可攜式石油管外螺紋錐度測量儀的製作方法
2023-05-23 14:30:06
可攜式石油管外螺紋錐度測量儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，屬於石油領域。所述可攜式石油管外螺紋錐度測量儀包括主杆、滑杆、鎖緊螺釘、測量爪、位移傳感器、測頭及數字顯示盒，其中，所述測量爪、所述測頭球心、所述主杆以及所述滑杆均在同一平面上。本發明可一次性完成石油管外螺紋錐度測量，並通過數字顯示器直接顯示出被測石油管外螺紋的錐度，測量人員可以根據顯示的數據直接判斷該外螺紋錐度是否符合要求，故本發明在充分保證石油管外螺紋錐度測量準確性的前提下，解決錐度測量過程繁瑣、容易錯扣、需要檢測人員具備豐富檢測經驗等問題，大幅提高石油管外螺紋錐度檢測效率，有效降低檢測成本，並且方便檢測使用。
【專利說明】可攜式石油管外螺紋錐度測量儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油領域，特別涉及一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀。
【背景技術】
[0002]石油管螺紋是帶有一定錐度的螺紋，其錐度定義為螺紋中徑在單位長度上的增加量，通常指I英寸長度上的增加量。錐度按標準要求分錐度1:16、1:12、1:6或1:4。為保證石油管在鑽採過程中的安全，在各類標準及規範中對石油管螺紋各項參數均有明確的檢測要求，來確保石油套管連接螺紋的加工尺寸精度和互換性，以提高石油管螺紋連接的安全可靠性。
[0003]而錐度是評價螺紋加工質量、螺紋磨損或者變化情況非常重要的一個參數。根據API (美國石油標準學會)Spec5 B-2008《套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規範》及API Spec7-2-2008《旋轉臺肩式螺紋連接的加工、測量和檢驗規範》中要求，錐度應按標準規定測量位置和測量步驟用專用的測量儀器進行錐度測量。
[0004]現有的石油管外螺紋錐度測量儀存在下述問題:需要多步驟才能完成錐度測量，存在測量過程繁瑣的問題；測量時容易錯扣，且無法保證錐度測量在同一母線上；測量需要具備豐富檢測經驗的檢測人員方可保證檢測數據的準確性。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，可一次性完成石油管外螺紋錐度的測量，大幅降低對檢測人員檢測經驗方面的要求，並且檢測數據準確可靠，方便檢測使用。所述技術方案如下:
[0006]一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，包括主杆、滑杆、鎖緊螺釘、測量爪、位移傳感器、測頭及數字顯示盒，其中，所述測量爪、所述測頭球心、所述主杆以及所述滑杆均在同
一平面上；
[0007]所述主杆包括兩根管體及兩個擋塊，所述兩根管體等長，所述兩根管體在同一平面相互平行且間隔設置，所述兩個擋塊分別設置在所述兩根管體的兩端；
[0008]所述滑杆包括左滑杆和右滑杆，所述左滑杆和所述右滑杆均垂直套接所述兩根管體上，並且均與所述兩根管體形成間隙配合，所述鎖緊螺釘包括左鎖緊螺釘和右鎖緊螺釘，所述左滑杆通過所述左鎖緊螺釘與所述主杆鎖定，所述右滑杆通過所述右鎖緊螺釘與所述主杆鎖定；
[0009]所述測量爪包括左下測量爪、左上測量爪、右下測量爪和右上測量爪，所述測量爪均與所述主杆平行，所述測量爪均等長，所述測量爪內均安裝有彈簧，使得所述測量爪始終受指向所述測頭的力，其中，所述左下測量爪和所述左上測量爪分別裝配在所述左滑杆上，所述右下測量爪和所述右上測量爪分別裝配在所述右滑杆上，所述左下測量爪和所述右下測量爪距所述主杆的距離相等，所述左下測量爪和所述左上測量爪相距一英寸，右下測量爪和右上測量爪相距一英寸；[0010]所述位移傳感器包括四個，所述四個位移傳感器分別設置在所述測量爪與其相對應的所述滑杆的連接處；
[0011]所述測頭包括四個，所述四個測頭分別與所述測量爪的測量端螺紋連接，在未工作狀態下，所述左測下測量爪及所述左上測量爪對應的兩個測頭連線、以及所述右測下測量爪及所述右上測量爪對應的兩個測頭連線均垂直於所述主杆；
[0012]所述數字顯示盒設置在所述主杆的中間，所述數字顯示盒中設有單片機，所述數字顯示盒上設有電源開關按鈕、回零按鈕、螺紋類型選擇按鈕和數字顯示屏。
[0013]具體地，所述所有的位移傳感器、所述單片機以及所述數字顯示盒之間通過電纜形成電路。
[0014]更具體地,測得的石油管外螺紋錐度通過修正後為(D1-D2) cos ( Θ+(J))/C0S(J)，並通過所述數字顯示盒上的所述螺紋類型選擇按鈕選擇對應的修正係數cos( θ + φ)/(:08φ，
[0015]其中:
[0016]D1為所述左上測量爪對應的位移傳感器和所述右上測量爪對應的位移傳感器之間的傳輸數位訊號的差值；
[0017]D2為所述左下測量爪對應的位移傳感器和所述右下測量爪對應的位移傳感器之間的傳輸數位訊號差值的最大值，
[0018]Θ為理論半螺旋升角，
[0019]φ為理論半錐角。
[0020]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:相比現有技術，本發明實施例所述可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，可一次性完成石油管外螺紋錐度測量，並通過數字顯示器直接顯示出被測石油管外螺紋的錐度，測量人員可以根據顯示的數據直接判斷該外螺紋錐度是否符合要求，故本發明在充分保證石油管外螺紋錐度測量準確性的前提下，解決錐度測量過程繁瑣、容易錯扣、需要檢測人員具備豐富檢測經驗等問題，大幅提高石油管外螺紋錐度檢測效率，有效降低檢測成本，並且方便檢測使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發明實施例提供的是可攜式石油管外螺紋錐度測量儀的俯視圖；
[0023]圖2a本發明實施例提供的是可攜式石油管外螺紋錐度測量儀測量狀態的俯視圖；
[0024]圖2b是圖2a的主視圖。
[0025]圖3是使用本發明可攜式石油管外螺紋錐度測量儀的數學原理圖。
[0026]圖中各符號表示含義如下:
[0027]1.主杆，2.數字顯示盒，3.電源開關按鈕，4.回零按鈕，5.螺紋類型選擇按鈕，
6.數字顯示屏，7.擋塊，8.鎖緊螺釘，9.左滑杆，10.右滑杆，11.左下測量爪，12.右下測量爪，13.左上測量爪，14.右上測量爪，15.位移傳感器，16.測頭，17.石油管外螺紋接頭。【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]如圖1所示，一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，包括主杆1、滑杆、鎖緊螺釘8、測量爪、位移傳感器15、測頭16及數字顯示盒2，其中，所述測量爪、所述測頭16球心、所述主杆I以及所述滑杆均在同一平面上；
[0030]所述主杆I包括兩根管體及兩個擋塊7，所述兩根管體等長，所述兩根管體在同一平面相互平行且間隔設置，所述兩個擋塊7分別設置在所述兩根管體的兩端；
[0031]所述滑杆包括左滑杆9和右滑杆10，所述左滑杆9和所述右滑杆10均垂直套接所述兩根管體上，並且均與所述兩根管體形成間隙配合，所述鎖緊螺釘8包括左鎖緊螺釘和右鎖緊螺釘，所述左滑杆9通過所述左鎖緊螺釘與所述主杆I鎖定，所述右滑杆10通過所述右鎖緊螺釘與所述主杆I鎖定；
[0032]所述測量爪包括左下測量爪11、左上測量爪13、右下測量爪12和右上測量爪14，所述測量爪均與所述主杆I平行，所述測量爪均等長，所述測量爪內均安裝有彈簧，使得所述測量爪始終受指向所述測頭16的力，其中，所述左下測量爪11和所述左上測量爪13分別裝配在所述左滑杆9上，所述左下測量爪11和所述左上測量爪13可相對所述左滑杆9移動，所述右下測量爪12和所述右上測量爪14分別裝配在所述右滑杆10上，所述右下測量爪12和所述右上測量爪14可相對所述右滑杆10移動，所述左下測量爪11和所述右下測量爪12距所述主杆I的距離相等，所述左下測量爪11和所述左上測量爪13相距一英寸，右下測量爪12和右上測量爪14相距一英寸；所述位移傳感器15包括四個，所述四個位移傳感器15分別設置在所述測量爪與其相對應的所述滑杆的連接處；
[0033]所述測頭16包括四個，所述四個測頭16分別與所述測量爪的測量端螺紋連接，在未工作狀態下，所述左測下測量爪11及所述左上測量爪13對應的兩個測頭16連線、以及所述右測下測量爪12及所述右上測量爪14對應的兩個測頭16連線均垂直於所述主杆1，以保證左上測頭和右上測頭有一致的零位。
[0034]所述數字顯示盒2設置在所述主杆I的中間，所述數字顯示盒2中設有單片機，所述數字顯示盒2上設有電源開關按鈕3、回零按鈕4、螺紋類型選擇按鈕5和數字顯示屏6。
[0035]本發明實施例所述可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，可一次性完成石油管外螺紋錐度測量，並通過數字顯示器直接顯示出被測石油管外螺紋的錐度，測量人員可以根據顯示的數據直接判斷該外螺紋錐度是否符合要求，故本發明在充分保證石油管外螺紋錐度測量準確性的前提下，解決錐度測量過程繁瑣、容易錯扣、需要檢測人員具備豐富檢測經驗等問題，大幅提高石油管外螺紋錐度檢測效率，有效降低檢測成本，並且方便檢測使用。
[0036]具體地，如圖1所示，所述所有的位移傳感器15、所述單片機以及所述數字顯示盒2之間通過電纜形成電路。
[0037]更具體地，如圖3所示，測得的石油管外螺紋錐度通過修正後為(D1-D2)cos( θ + φ)/(308φ，並通過所述數字顯示盒2上的所述螺紋類型選擇按鈕5選擇對應的修正係數 COS ( Θ + φ) /COS Φ ,
[0038]其中:[0039]D1為所述左上測量爪13對應的位移傳感器15和所述右上測量爪14對應的位移傳感器15之間的傳輸數位訊號的差值；
[0040]D2為所述左下測量爪11對應的位移傳感器15和所述右下測量爪12對應的位移傳感器15之間的傳輸數位訊號差值的最大值，
[0041]Θ為理論半螺旋升角，
[0042]φ為理論半錐角。
[0043]如圖3所示使用本發明可攜式石油管外螺紋錐度測量儀的數學原理圖，其中，為了便於理解圖3中螺紋部分未畫，螺旋升角有意放大，本領域普通技術人員可知螺紋具有一定的螺旋升角，本發明是將測頭置於相應的螺紋槽中，因此在旋轉過程中，其軌跡是沿螺旋升角行進的，按照錐度的定義應該是圖3中DE (直徑)減去AB (直徑)；而實際測量出的是DF和AC，因此要進行必要的修正方可得到相應的錐度。
[0044]本發明的數學原理是:如圖3所示，通過測量爪與滑杆處裝配的位移傳感器15採集到的數據，在所設計的單片機上實現減法運算得到D1和D2，其中，單片機減法運算得到左下測量爪11和右下測量爪12之間的位移傳感器15傳輸數位訊號差值的最大值D2,同時減法運算得到左上測量爪13和右上測量爪14之間的位移傳感器15傳輸數位訊號的差值Dp理論上錐度是指螺紋中徑在單位長度上的增加量，通常指螺紋中徑在一英寸長度上的增加量。實測錐度為D1-D2，但考慮螺紋升角影響因素，依據三角函數關係將實測錐度D1-D2進行修正，修正後的錐度最後通過數字顯示屏6顯示,為Θ+(J))/C0S(J)，Θ為理論半螺旋升角，Φ為理論半錐角，(308(θ+φ)/(308φ為修正係數，在石油管螺紋中，確定的螺紋類型對應唯一的理論螺旋升角和理論錐角，因此也對應唯一的修正係數，修正係數的選取通過螺紋類型選擇按鈕5來選擇。如圖2a及圖2b所示，本發明所述便捷式石油管外螺紋錐度測量儀測量過程:
[0045]首先，根據所測量石油管外螺紋接頭17尺寸調整左滑杆9和右滑杆10在主杆I上的位置，保證在整個測量過程中，所有測頭16均在所測石油管外螺紋接頭17對應的螺紋槽內；在開始測量前，先打開電源開關按鈕3，根據被測石油管外螺紋接頭17螺紋類型再按下螺紋類型選擇按鈕5，最後按下回零按鈕4 ;拉動左下測量爪11和左上測量爪13，使上述測量爪測頭16置於石油管外螺紋接頭17的螺紋槽內，保證左滑杆9與被測石油管外螺紋接頭17軸線平行，主杆I與石油管外螺紋接頭17端面平行；右下測量爪12和右上測量爪14在方向相反的對測螺紋槽內做小圓弧擺動，通過單片機減法運算得到左下測量爪11和右下測量爪12之間的位移傳感器15傳輸數位訊號差值的最大值D2,同時減法運算得到左上測量爪13和右上測量爪14之間的位移傳感器15傳輸數位訊號的差值Dp經數學修正後，最後在數字顯示屏6上顯示錐度為(D1-D2) cos ( Θ + φ) /cos Φ。
[0046]上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，其特徵在於，包括主杆、滑杆、鎖緊螺釘、測量爪、位移傳感器、測頭及數字顯示盒，其中，所述測量爪、所述測頭球心、所述主杆以及所述滑杆均在同一平面上； 所述主杆包括兩根管體及兩個擋塊，所述兩根管體等長，所述兩根管體在同一平面相互平行且間隔設置，所述兩個擋塊分別設置在所述兩根管體的兩端； 所述滑杆包括左滑杆和右滑杆，所述左滑杆和所述右滑杆均垂直套接所述兩根管體上，並且均與所述兩根管體形成間隙配合，所述鎖緊螺釘包括左鎖緊螺釘和右鎖緊螺釘，所述左滑杆通過所述左鎖緊螺釘與所述主杆鎖定，所述右滑杆通過所述右鎖緊螺釘與所述主杆鎖定； 所述測量爪包括左下測量爪、左上測量爪、右下測量爪和右上測量爪，所述測量爪均與所述主杆平行，所述測量爪均等長，所述測量爪內均安裝有彈簧，使得所述測量爪始終受指向所述測頭的力，其中，所述左下測量爪和所述左上測量爪分別裝配在所述左滑杆上，所述右下測量爪和所述右上測量爪分別裝配在所述右滑杆上，所述左下測量爪和所述右下測量爪距所述主杆的距離相等，所述左下測量爪和所述左上測量爪相距一英寸，右下測量爪和右上測量爪相距一英寸； 所述位移傳感器包括四個，所述四個位移傳感器分別設置在所述測量爪與其相對應的所述滑杆的連接處； 所述測頭包括四個，所述四個測頭分別與所述測量爪的測量端螺紋連接，在未工作狀態下，所述左測下測量爪及所述左上測量爪對應的兩個測頭連線、以及所述右測下測量爪及所述右上測量爪對應的兩個測頭連線均垂直於所述主杆； 所述數字顯示盒設置在所述主杆的中間，所述數字顯示盒中設有單片機，所述數字顯示盒上設有電源開關按鈕、回零按鈕、螺紋類型選擇按鈕和數字顯示屏。
2.根據權利要求1所述的可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，其特徵在於，所述所有的位移傳感器、所述單片機以及所述數字顯示盒之間通過電纜形成電路。
3.根據權利要求1或2所述的可攜式石油管外螺紋錐度測量儀，其特徵在於，測得的石油管外螺紋錐度通過修正後為(D1-D2) cos ( Θ + φ) /cos Φ，並通過所述數字顯示盒上的所述螺紋類型選擇按鈕選擇對應的修正係數cos ( Θ + φ) /cos Φ， 其中: D1為所述左上測量爪對應的位移傳感器和所述右上測量爪對應的位移傳感器之間的傳輸數位訊號的差值； D2為所述左下測量爪對應的位移傳感器和所述右下測量爪對應的位移傳感器之間的傳輸數位訊號差值的最大值， Θ為理論半螺旋升角， Φ為理論半錐角。
【文檔編號】G01B21/22GK103542831SQ201210242464
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月12日 優先權日:2012年7月12日
【發明者】白小亮, 衛尊義, 餘志 , 馮娜, 付彧 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所