一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀的製作方法

2023-06-21 02:55:51

專利名稱：一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，它應用於石油管工程領域。
背景技術：
石油鑽柱是石油管材中用量最大、質量要求最高的管材，資料顯示，全國各油田每年至少發生鑽柱失效事故500起，直接經濟損失在4000萬元以上，因此，弄清鑽柱失效的主要原因，從而採取相應措施，提高鑽柱使用的壽命，對促進石油工業的發展具有十分重要的意義。對近年來各油田接連發生的鑽杆內加厚過渡區(墩粗部位)失效事故分析發現，造成這一事故的主要原因是內加厚過渡區結構設計不合理。檢查發現，大部分失效鑽杆內加厚過渡區錐度部分最小長度只有20-45mm，過渡區與管體交界處的曲率半徑Rft很小，且過渡區不光滑，存在凹坑、突起、尖角等缺陷。研究表明，錐度部分越短，Rft越小，內加厚過渡區的應力集中越嚴重，而當錐度部分長度彡100mm, Rft300mm時，應力集中趨於平緩。另據研究，鑽杆接頭及加厚部分剛性較高，不易彎曲，在狗腿子井段內加厚過渡區終了處正好是截面突變處，易發生彎曲，交變應力與腐蝕坑形成疊加，致使腐蝕坑迅速加深並萌生裂紋。關於鑽杆加厚部位質量的要求，在API 5DP中有這樣的表述「鑽杆內加厚輪廓上不應有尖角或截面突起，以免掛住90°的鉤型工具」，再無詳細的量化檢驗方法與工具。但鑽井過程中，因鑽杆加厚部位缺陷引起的鑽井事故一直在發生。為了避免這種情況繼續發生，油田、鑽杆生產廠、第三方檢驗機構等單位一直在做鑽杆加厚部位相關的研究工作，如加厚段的長度、加厚過渡帶的曲率半徑，加厚區缺陷的檢測設備等。關於鑽杆加厚部位缺陷檢測儀器，其原理大致如下幾種(1)90°鉤型工具在鑽杆加厚部位拉動90°的鉤型工具，檢驗是否能掛住，該儀器操作簡單，適合各種工況使用，但是測量精度低，不能對測量結果科學的量化，只能做簡單測量。(2)加厚部位數碼成像技術利用數碼成像技術，對鑽杆加厚部位照相，然後利用計算機技術，對照片進行處理，然後按照預定的缺陷指標，給出鑽杆加厚部位的各種參數。該技術的關鍵難點在於對照片的識別與處理，已有科研單位在做這方面的工作，國內尚未有成品。(3)雷射檢測技術利用雷射掃描技術，可直接檢測出鑽杆加厚部位的長度、曲率半徑、凹坑凸起大小，但是這種類型的儀器適合在工廠車間使用，不適合在野外作業使用，不能推廣。因此，現有鑽杆加厚部位缺陷檢測儀有的存在測量精度低、有的存在不適合野外使用等問題，尚未推廣使用。發明內容本實用新型的目的是提供一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀。本實用新型的使用不受使用環境的限制，能夠準確檢測出鑽杆加厚部位的缺陷，預防鑽井事故的發生。[0014]本實用新型的技術解決方案是一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，包括殼體(6)、傳動齒輪、齒條(5)、六向位移傳感測頭裝置( 和軸向位移傳感器(7)，殼體 (6)內設有凹形傳動輪(10)，凹形傳動輪(10)上設有齒條(5)，齒條( 與傳動齒輪(4)嚙合構成傳動機構，傳動齒輪(4)上設有手柄，齒條( 一端與軸向位移傳感器(7)連接，軸向位移傳感器(7)另一端與六向位移傳感測頭裝置( 連接。殼體(6) —端設有中空圓餅磁鐵(3)，磁鐵(3)上設有圓盤刻度。所述的齒條( 為三稜錐狀，齒條( 的一條稜位於凹形傳動輪(10)上，齒條(5) 的一個三稜錐面上設有螺紋與傳動齒輪(4)嚙合，齒條( 的另兩個三稜錐面上設有凹槽， 凹槽外設有一對圓柱形導軌(9)。所述的六向傳感測頭裝置(2)包括測頭(11)和感應裝置(12)，測頭(11)和感應裝置(1 之間設有彈簧(8)，六個測頭呈圓周均布在裝置一周。本實用新型首次提出了採用徑向、軸向位移傳感器耦合檢測技術檢測鑽杆加厚部位的各種缺陷(凹坑、凸起、加厚段長度、曲率半徑等)，本實用新型具有測量精度高、操作簡單、耐用、可在各種環境下使用的優點。可適用各個規格鑽杆加厚部位缺陷的測定，具有廣闊的應用前景。本實用新型不但適合在工廠使用，也適合在野外作業使用，適合推廣使用。本實用新型具有以下特點1)本實用新型集材料、機械、電子、計算機技術於一體，具有較高的科技含量。2)本實用新型操作簡便，自動化程度高，可適用於各種規格鑽杆加厚部位缺陷的測定。3)本實用新型測量精度高，解決了石油行業長期以來對鑽杆加厚部位缺陷檢測的困難問題。
圖1是本實用新型結構示意圖。圖2是傳動機構結構示意圖。圖3是圖2中B-B剖視圖。圖4是六向位移傳感測頭裝置結構示意圖。圖5是本實用新型測量原理示意圖。
具體實施方式
1、可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀機械部分一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，包括殼體6、傳動齒輪4、齒條5、六向位移傳感測頭裝置2和軸向位移傳感器7，殼體6為圓筒形，殼體6 —端設有中空圓餅磁鐵 3，磁鐵3上設有圓盤刻度。磁鐵3上刻有的圓環用於將儀器與待測鑽杆1對準。殼體6內設有一對圓柱形導軌9，導軌9下方設有凹形傳動輪10，凹形傳動輪10上設有齒條5，所述的齒條5為三稜錐狀，齒條5的一條稜位於凹形傳動輪10上，齒條5的一個三稜錐面上設有螺紋與傳動齒輪4嚙合，傳動齒輪4上設有手柄，齒條5的另兩個三稜錐面上設有凹槽， 凹槽與圓柱形導軌9接觸。齒條5 —端與軸向位移傳感器7連接，軸向位移傳感器用於檢測測頭(齒條)的軸向位移。軸向位移傳感器7另一端與六向位移傳感測頭裝置2連接。 所述的六向位移傳感測頭裝置2包括測頭11和感應裝置12，測頭11前端為側球，其餘部位為側杆。由於測量時測頭與鑽杆1內壁接觸引起的磨察損耗是不可避免的，側球採用專用超硬合金製作，並在測頭上塗上耐磨塗料。測頭11和感應裝置12之間設有彈簧8，六個測頭11呈圓周均布在裝置一周。在彈簧8的作用下六向位移傳感測頭裝置2壓在工件表面上。壓在工件表面上的測頭一端呈球形，以便在工件表面滑行，側球大小可根據被測工件表面的缺陷大小作調整，測頭伸縮量適合不同內徑的鑽杆。本實用新型齒條5、凹形傳動輪 10、傳動齒輪4、手柄為一整體，稱為傳動機構，通過手柄可控制齒條5在凹形傳動輪10上往返移動，六向位移傳感測頭裝置2沿被測表面滑行，六向位移測頭傳感測頭裝置2檢測徑向位移。2、可攜式鑽杆墩粗部位缺陷檢測儀電氣部分(1)傳感器採用解析度、響應速度滿足測量要求的容柵位移傳感器。(2)電源採用蓄電池供電。(3)信號放大與調製模塊為避免外界信號幹擾，信號放大與調製模塊放置於傳感器的位置，本儀器有七個傳感器，分別為六向傳感器(每個方向一個傳感器)與軸向位移傳感器。在相敏整流器輸出端產生與被測表面成比例的模擬信號，經線性放大調製成數位訊號，經數據輸出口傳至計算器中，其中A/D宜採用與傳感器解析度匹配的高精度、高速轉換晶片。3、可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀數據處理及採集部分數據處理及採集軟體安裝在計算機中，將信號放大與調製模塊傳輸過來的數據進行採集，並具有數據存儲與處理的功能，根據測試數據可將被測鑽杆的內部結構以三維模型表示出來，將自動標出缺陷類型(凸、凹)、大小及位置，具有圖形及報表列印功能。適用於生產現場，測量多種鑽杆墩粗部位的表面缺陷，根據選定的測量條件，計算相應的參數， 在液晶顯示屏上清晰地顯示出全部測量參數和波形圖形，根據定級標準自動顯示鑽杆墩粗部位的表面缺陷級別。本實用新型具體實施步驟如下1.測量方法(1)在檢測前，首先對儀器進行校準，檢查六向位移傳感測頭裝置2能否順利彈起；檢查數據採集系統能否檢測到數據；檢查傳動機構裝置是否能正常工作。當各項指標滿足要求後，進行下一步操作。(2)將可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀伸進待測鑽杆1內部，並通過磁鐵3上的對準圓環將檢測儀準確固定在鑽杆端部。(3)啟動測量系統，轉動手柄，六向位移傳感測頭裝置2在傳動機構裝置的帶動下沿著鑽杆1內壁往返滑動，數據採集系統自動檢測並記錄下測頭徑向、軸向軌跡，經軟體系統處理後輸出。(4)測量結束，關閉測量系統，將儀器從鑽杆上卸掉下。2.可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀測量原理可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀的核心部件有兩大傳感器組成，一個六向位移傳感測頭裝置2，檢測測頭的徑向位移，圖5中的Y軸方向的位移，另一個為軸向位移傳感器 7，檢測測頭軸向位移，圖5中X軸方向位移。(1)當鑽杆加厚部位有凸起時，則測頭受壓縮，測頭位移傳感器會記錄下此時測頭的徑向位移，同理凹坑也是如此。(2)通過對檢測到的數據處理分析，還可得到鑽杆加厚部位的加厚段的長度，曲率半徑，加厚段長度容易得出，Y軸方向位移變化量為O的直線之間的距離Liu。曲率半徑怎可通過如下公式得到
權利要求1.一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，包括殼體(6)、傳動齒輪、齒條(5)、 六向位移傳感測頭裝置( 和軸向位移傳感器(7)，其特徵在於殼體(6)內設有凹形傳動輪(10)，凹形傳動輪(10)上設有齒條(5)，齒條( 與傳動齒輪(4)嚙合構成傳動機構，傳動齒輪(4)上設有手柄，齒條( 一端與軸向位移傳感器(7)連接，軸向位移傳感器(7)另一端與六向位移傳感測頭裝置( 連接。
2.如權利要求1所述的新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，其特徵在於殼體(6) 一端設有中空圓餅磁鐵(3)，磁鐵C3)上設有圓盤刻度。
3.如權利要求1所述的新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，其特徵在於所述的齒條( 為三稜錐狀，齒條(5)的一條稜位於凹形傳動輪(10)上，齒條(5)的一個三稜錐面上設有螺紋與傳動齒輪(4)嚙合，齒條( 的另兩個三稜錐面上設有凹槽，凹槽外設有一對圓柱形導軌(9)。
4.如權利要求1所述的新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，其特徵在於所述的六向傳感測頭裝置(2)包括測頭(11)和感應裝置(12)，測頭(11)和感應裝置(12)之間設有彈簧(8)，六個測頭呈圓周均布在裝置一周。
專利摘要本實用新型涉及一種新型可攜式鑽杆加厚部位缺陷檢測儀，包括殼體、傳動齒輪、齒條、六向位移傳感測頭裝置和軸向位移傳感器，齒條與傳動齒輪嚙合構成傳動機構，傳動齒輪上設有手柄，齒條一端與軸向位移傳感器連接，軸向位移傳感器另一端與六向位移傳感測頭裝置連接。本實用新型首次提出了採用徑向、軸向位移傳感器耦合檢測技術檢測鑽杆加厚部位的各種缺陷(凹坑、凸起、加厚段長度、曲率半徑等)，本實用新型具有測量精度高、操作簡單、耐用、可在各種環境下使用的優點。可適用各個規格鑽杆加厚部位缺陷的測定，具有廣闊的應用前景。本實用新型不但適合在工廠使用，也適合在野外作業使用，適合推廣使用。
文檔編號G01B21/02GK202008358SQ201020645090
公開日2011年10月12日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者衛棟, 曹峰, 楊力能, 馬躍鵬 申請人:西安三環科技開發總公司