一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法

2023-04-27 14:59:46 2

專利名稱：一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法
技術領域：
本發明涉及測量領域，具體來說為一種測量方法，特別是一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法。
背景技術：
用於石油鑽探的鑽杆是按API標準生產製造的。其結構是在鑽杆管體兩端各對焊一個外螺紋鑽杆接頭和一個內螺紋鑽杆接頭。由於管體較薄，為了增加與接頭連接處的強度，管體兩端對焊部分是加厚的。加厚形式有內加厚、外加厚及內外加厚三種，其中內外加厚是鑽杆普遍採用的加厚形式。如圖1所示，對於內外加厚鑽杆，D是管體外徑，d是管體內徑，Dou是加厚端外徑， dou是加厚端內徑。Leu是外加厚段長度，Meu是外加厚段與管體過渡的外圓錐段長度。Liu 是內加厚段長度，Miu是內加厚段與管體過渡的內圓錐段長度。R是內圓錐段長度Miu與管體之間過渡的圓角。在以上各項參數中，內加厚端過渡區的參數Miu與R非常重要。隨著Miu長度的增加以及R半徑的增大，內加厚端過渡區消失點的應力逐漸減少，應力集中程度逐漸降低， 從而提高了鑽杆的疲勞壽命，避免管體刺穿事故的發生。由於加厚工藝本身的特點決定了當Miu長度增加時，R半徑必然增大。因此API標準明確規定，Miu彡76. 2mm，而中國石油行業標準更進一步規定Miu ^ 100mm。雖然鑽杆Miu對鑽杆產品的質量至關重要，但一直以來，這一關鍵技術參數缺乏有效的測量手段，尤其是Miu的在線全自動檢測更是世界性難題。此前，對於Miu的測量主要採用破壞性的解剖測量與非破壞性的軌跡儀測量兩種。解剖測量只能抽樣檢測。而軌跡儀測量由於測量速度很慢，取得數據後仍需人工判定，嚴重影響產能，也只能離線抽樣檢測。中國專利200720075014. X公開了一種鑽杆內加厚段自動測量裝置，用於測量鑽杆三維內輪廓尺寸參數，其包括測量臂、驅動機構；測量臂包括測量箱體，其箱壁開有測量窗；光學鏡組設於測量箱體內，對應測量窗；光源體設於光學鏡組一側；攝像機設於光學鏡組另一側，將採集的數據傳送至控制計算機構；驅動機構聯接於測量臂。檢測時，光源體發出一組發散光束，經光學鏡組反射，透過測量窗在被測鑽杆內表面沿圓周方向形成一組環形分布的多個光斑，每個光斑代表鑽杆內輪廓上某個點，這些光斑再通過光學鏡組成像後由攝像機採樣，通過圖像數據處理，獲得光斑所在點的空間坐標。當測量臂沿著鑽杆軸線移動時，每個光斑掃描出鑽杆內表面的一條母線輪廓，從而獲得準確的鑽杆三維內輪廓尺寸參數。中國專利02215180. X給出了一種鑽杆內加厚軌跡測繪儀。採用該測繪儀能按 1 1比例繪製的加厚軌跡曲線，再通過測量加厚軌跡曲線確定Miu的長度。但是一方面軌跡曲線仍需要人工判斷其拐點，且無法解決準確判定的難題，誤差較大。另一方面，測量時要先將軌跡測繪儀固定到鑽杆端部後再進行，所需時間較長，無法進行在線測量，只能進行離線測量，不適應連續生產要求。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鑽杆內加厚端過渡區測量方法，該測量方法可以在不破壞鑽杆的前提下，計算出內加厚段與管體過渡的內圓錐段長度。而且該測量方法測量時間短、操作方便、準確可靠。為了解決上述技術問題，本發明提供一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法，其包括測量儀，所述測量儀包括測量臂，該測量臂包括，測量箱體，其箱壁開有供光線透過的測量窗；光學鏡組，設置於測量箱體內，對應位於測量窗，設反射面，該反射面與軸線呈一角度；光源體，設置於光學鏡組一側；攝像機，設置於光學鏡組另外一側，將採集的數據傳送至一控制計算機構；驅動機構，聯接於測量臂；控制計算機，分別電性連接驅動機構及測量臂，較好的是所述測量方法包括以下步驟a、採用測量儀，測量在管內壁軸向上每間隔固定步距，管內壁到其軸線的距離值 L (Li、L2……)，同時得到一組管壁相對其軸線所在的點E (El、E2……)；b、採用曲線回歸法確定近加厚端過渡區內壁二次函數fl (Miu)、近管體過渡區內壁二次函數f2(Miu)、加厚端內壁一次函數f(dou)及管體內壁一次函數f(d)；C、由近加厚端過渡區內壁二次函數fl (Miu)與加厚端內壁一次函數f(dou)確定交點D1，近管體過渡區內壁二次函數f2 (Miu)與管體內壁一次函數f(d)確定交點D2;d、根據二個交點Dl與D2，確定鑽杆內加厚端過渡區長度Miu為點Dl與D2之間的距離。根據本發明所述的測量方法，較好的是所述固定步距的範圍為0. 5 20mm。根據本發明所述的測量方法，較好的是所述測量儀軸向運動測量的有效距離從管端向內500mm。本發明所述的鑽杆內加厚端過渡區測量方法，可以在不破壞鑽杆的前提下，計算出內加厚段與管體過渡的內圓錐段長度，而且該測量方法測量時間短、操作方便、準確可罪。


圖1為現有技術中鑽杆內外加厚示意圖；圖2為本發明所述測量方法中測量儀檢測的管內壁到其軸線的距離值L(L1、 L2……)和管壁相對其軸線所在的點E(E1、E2……)示意圖；圖3為本發明所述測量方法中，採用曲線回歸方法，用函數表示管內各段示意圖。
具體實施方式
以下，用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。本實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。實施例如圖2所示，測量儀的探頭沿管體軸向運動進入管體，測量垂直軸向方向上管體軸線至管內壁的距離。在軸向上每間隔固定步距測量一個值，得到一組距離值L(L1、 L2……)，同時得到一組管壁所在的點E(E1、E2……)。根據這一組點E，採用曲線回歸方法， 得到近加厚端過渡區內壁二次函數fl (Miu)、近管體過渡區內壁二次函數f2 (Miu)、加厚端內壁一次函數f(dou)及管體內壁一次函數f(d)四個函數。其中採用一次函數或者二次函數來表示各段管壁軌跡，是因為加厚端內壁與管體內壁都是直線，所以選用一次函數來表示，而加厚端過渡區內壁與近管體過渡區內壁都是曲線，故採用二次函數來表示。如圖3所示，由近加厚端過渡區內壁二次函數fl (Miu)與加厚端內壁一次函數 f(dou)確定交點D1，近管體過渡區內壁二次函數f2 (Miu)與管體內壁一次函數f(d)確定交點D2。作Dl及D2到基線L的垂線交於Dl'、D2'。Dl'和D2'之間的距離即為測得的鑽杆內加厚端過渡區長度Miu。下面以Φ127Χ9. 19mm鑽杆為例，具體說明本發明所述測量方法的實施過程。設，Φ 127 X 9. 19鑽杆加厚後加厚端各參數尺寸如下管體外徑D為127mm，管體內徑d名義值為108. 62mm,加厚端外徑Dou約為135mm，加厚端內徑dou約為85mm，外加厚段長度Leu約為85mm，外加厚段與管體過渡的外圓錐段長度Meu約為50mm，內加厚段長度Liu約為80mm，內加厚段與管體過渡的內圓錐段長度Miu約在150-180之間，並且，其加厚端過渡區長度的測定如下以測量儀雷射探頭起始測量點為原點0，以雷射探頭前進方向為Y軸，以垂直Y軸的雷射測量方向為X軸建立平面坐標系Χ0Υ。雷射探頭測量以一定步距採集點，得到管壁的一組距離值，在平面坐標系XOY —組管壁的坐標點An (xn, yn)，如表1所示。其中An表示平面坐標系下測量得到的管壁點的坐標，xn為管壁點的橫坐標值，yn為管壁點的縱坐標值。雷射探頭前進以一步距採集一個數據，即yn-yn-l =步距，當 η = 1 時，yl = 0。表1測量API標準5〃 (127X9. 19)加厚鑽杆得到的一組坐標值An (xn，yn)(單位mm)
權利要求
1.一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法，其包括測量儀，所述測量儀包括測量臂、驅動機構和控制計算機，其特徵在於所述測量方法包括以下步驟a、採用測量儀，測量在管內壁軸向上每間隔固定步距，管內壁到其軸線的距離值L(L1、 L2……)，同時得到一組管壁相對其軸線所在的點E(E1、E2……)；b、採用曲線回歸法確定近加厚端過渡區內壁二次函數fl(Miu)、近管體過渡區內壁二次函數f2(Miu)、加厚端內壁一次函數f(dou)及管體內壁一次函數f(d)；c、由近加厚端過渡區內壁二次函數fI(Miu)與加厚端內壁一次函數f(dou)確定交點 D1，近管體過渡區內壁二次函數f2 (Miu)與管體內壁一次函數f(d)確定交點D2;d、根據二個交點Dl與D2，確定鑽杆內加厚端過渡區長度Miu為點Dl與D2之間的距1 O
2.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述測量臂包括， 測量箱體，其箱壁開有供光線透過的測量窗；光學鏡組，設置於測量箱體內，對應位於測量窗，設反射面，該反射面與軸線呈一角度；光源體，設置於光學鏡組一側；攝像機，設置於光學鏡組另外一側，將採集的數據傳送至一控制計算機構；所述驅動機構，聯接於測量臂；所述控制計算機，分別電性連接驅動機構及測量臂。
3.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述固定步距的範圍為0.5 20mm。
4.根據權利要求1所述的測量方法，其特徵在於所述測量儀軸向運動測量的有效距離從管端向內500mm。
全文摘要
一種鑽杆內加厚端過渡區的測量方法，包括以下步驟a、採用測量儀，測量在管內壁軸向上每間隔固定步距，管內壁到其軸線的距離值L(L1、L2……)，而得到一組管壁相對其軸線所在的點E(E1、E2……)；b、採用曲線回歸法確定近加厚端過渡區內壁二次函數f1(Miu)、近管體過渡區內壁二次函數f2(Miu)、加厚端內壁一次函數f(dou)及管體內壁一次函數f(d)；c、由函數f1(Miu)與f(dou)確定交點D1，函數f2(Miu)與f(d)確定交點D2；d、由交點D1與D2，確定鑽杆內加厚端過渡區長度Miu。該方法，可以在不破壞鑽杆的前提下，計算出內加厚段與管體過渡的內圓錐段長度，操作方便、準確可靠。
文檔編號G01B11/02GK102410814SQ20101028773
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者吉偉英, 王偉, 趙鵬 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司