鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法

2023-11-04 02:39:37 2

專利名稱：鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法
技術領域：
本發明屬於檢測器具技術領域，特別是一種鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法。
背景技術：
鑽具是鑽井作業的關鍵部件，鑽具包括鑽杆、鑽鋌、加重鑽杆、鑽具穩定器、鑽柱轉 換接頭等，它們之間通過螺紋進行連接，由於井下受力複雜，不可避免地會在螺紋部位產生 疲勞裂紋，嚴重的會導致鑽具斷裂事故，造成巨大的經濟損失。目前鑽具螺紋一般都採用磁粉檢測、超聲波檢測方法。磁粉檢測方法檢測鑽具螺紋存在以下幾個方面的限制
(1)磁粉檢測只方便外螺紋的檢測，對內螺紋的檢測觀察難度大，而且只能檢測螺紋表 面和近表面缺陷，不能檢測埋藏較深的內部缺陷，可探測的內部缺陷埋藏深度一般在1 2mm範圍內；
(2)採用磁粉檢測前需要對被檢測螺紋進行清洗，螺紋表面清潔度要求高，工序繁瑣， 檢測效率低，勞動強度比較大；
(3)磁粉檢測不能定量缺陷的深度；
(4)磁粉檢測都用肉眼觀察缺陷，磁痕的判斷和解釋需要有技術經驗的專業人員進行， 檢測結果受人為因素影響大，容易產生誤判或漏檢。受鑽具螺紋形狀的影響，超聲波檢測方法檢測鑽具螺紋根部裂紋的靈敏度比較 低，只能檢測比較大的，能夠對聲波進行反射的裂紋，並且探頭在鑽具端面掃查的過程耦合 不良，檢測結果受人為因素的影響比較大。超聲波檢測方法能夠比較準確地判定裂紋的位 置，但是對鑽具螺紋根部裂紋的深度進行量化評估存在一定的困難。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠對鑽具螺紋區域缺陷進行快速、準確地定量化檢測 和識別的鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法，提高鑽具螺紋檢測效率。本發明解決其技術問題採用的技術方案是設計一種鑽具螺紋裝置的裂紋檢測方 法，其特徵是它包括下列步驟首先，探頭骨架牙頂處的渦流線圈緊貼被測鑽具螺紋根部 的表面，然後，探頭骨架沿著被測鑽具螺紋旋轉的方向進行周向掃描，多線圈檢測，最後，渦 流線圈將檢測結果的電信號輸出到渦流檢測儀器中，通過渦流檢測儀器顯示出被測結果。所述的渦流線圈在探頭上均勻分布，只需旋轉q圈檢測覆蓋率即可以達到100%， q= N / n，N代表牙數，η代表渦流線圈數。依據裂紋檢測方法設計的鑽具螺紋裝置，其特徵是它包括由探頭骨架及探頭骨 架牙頂處的渦流線圈構成的檢測探頭，探頭骨架一側是與需要檢測的鑽具螺紋區的螺紋相 匹配的牙，探頭骨架另一側固定有金屬屏蔽外殼，探頭骨架的牙頂處置有渦流線圈。所述的檢測探頭分為外螺紋檢測探頭和內螺紋檢測探頭，外螺紋檢測探頭的渦流 線圈置於與外螺紋檢測探頭相對應的內螺紋骨架的牙頂，內螺紋檢測探頭的渦流線圈置於
3與內螺紋檢測探頭相對應的外螺紋骨架的牙頂。所述的渦流線圈的頂端延伸至探頭骨架的牙頂處，渦流線圈底端固定有壓縮彈 簧，壓縮彈簧壓於探頭骨架牙根部。所述的探頭骨架所用的材料是環氧樹脂。所述的探頭骨架內部有導線槽，導線槽與探頭骨架各牙的渦流線圈連通，導線槽 與探頭骨架一端固定連接的航空插座連通，渦流線圈引出線經由導線槽連接至航空插座， 渦流線圈經航空插頭與探傷儀電連接。所述的渦流線圈是由磁芯和漆包線兩部分組成，磁芯垂直於螺紋表面布置，漆包 線纏繞在磁芯上，漆包線經導線槽與航空插座內的引腳連接。本發明的有益效果是，通過在探頭骨架的牙頂處布置渦流線圈，運用電磁感應原 理檢測，當探頭在鑽具螺紋表面移動，由於缺陷引起材料的電導率、磁導率及尺寸的變化， 使金屬中渦流發生變化，進而使得渦流磁場對線圈的反作用不同於無缺陷的情況，因此引 起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑑別材料有無缺陷，本鑽具螺 紋渦流探頭由於渦流線圈下端有壓縮彈簧，因此使渦流線圈能夠適應不同規格鑽具螺紋的 變化，使其具有通用性，又能保證檢測探頭運動的平穩性，減小提離效應的影響。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明實施例的結構示意圖； 圖2是圖1的B處放大圖3是圖1的左視圖4是本發明實施例應用於外螺紋的結構示意圖； 圖5是本發明實施例應用於內螺紋的結構示意圖； 圖6是檢驗結果的輸出信號圖。圖中1、金屬屏蔽外殼；2、壓縮彈簧；3、探頭骨架；4、渦流線圈；5、導線槽；6、航 空插座；7、漆包線；8、磁芯；9、鑽具本體；10、檢測探頭；11、鑽具螺紋區。
具體實施例方式實施例1
本發明的鑽具螺紋裂紋檢測方法，包括下列步驟首先，探頭骨架3牙頂處的渦流 線圈4緊貼被測鑽具螺紋根部的表面，然後，探頭骨架3沿著被測鑽具螺紋旋轉的方向進行 周向掃描，多線圈檢測，最後，渦流線圈4將檢測結果的電信號輸出到渦流檢測儀器中，通 過渦流檢測儀器顯示出被測結果。實施例2
本發明的鑽具螺紋探頭，它包括由探頭骨架3及探頭骨架3牙頂處的渦流線圈4構成 的檢測探頭10，探頭骨架3 —側是與需要檢測的鑽具螺紋區11的螺紋相匹配的牙，探頭骨 架3另一側固定有金屬屏蔽外殼1，探頭骨架3的牙頂處置有渦流線圈4，通過探頭骨架3 的牙緊貼需要檢測的鑽具螺紋區11的螺紋，探頭骨架3牙頂的渦流線圈4檢測到被測螺紋 的裂紋情況，實現螺紋裂紋檢測。
4
實施例3
如圖1，本發明的結構示意圖所示，本發明主要由金屬屏蔽外殼1、壓縮彈簧2、探頭骨 架3、渦流線圈4組成，探頭骨架3所用的材料是環氧樹脂。探頭骨架3採用環氧樹脂套膜 澆注，與鑽具螺紋區11的螺紋匹配性好，探頭骨架3—側是與需要檢測的鑽具螺紋區11的 螺紋相匹配的牙，探頭骨架3另一側固定有金屬屏蔽外殼1，金屬屏蔽外殼1能夠起到屏蔽 外界電磁幹擾的作用，使得測量結果更加準確，探頭骨架3的牙內置有渦流線圈4，渦流線 圈4的頂端延伸至探頭骨架3的牙頂處，渦流線圈4底端固定有壓縮彈簧2，壓縮彈簧2壓 於探頭骨架3牙根部，渦流線圈4在壓縮彈簧2的作用下，以一定的壓力，壓於螺紋牙根部， 實現渦流線圈4徑向的較小浮動。探頭骨架3內部有導線槽5，導線槽5與探頭骨架3各牙的渦流線圈4連通，導線 槽5與探頭骨架3 —端固定連接的航空插座6連通，渦流線圈4引出線經由導線槽5連接 至航空插座6，渦流線圈4經航空插頭6與探傷儀電連接。將檢測信號輸入到探傷儀，探傷 儀激勵信號亦由此輸入探頭，探傷儀為現有已知設備，在此不詳細說明。如圖2所示，渦流線圈4是由磁芯8和漆包線7兩部分組成，磁芯8垂直於螺紋表 面布置，漆包線7纏繞在磁芯8上，漆包線7經導線槽5與航空插座6內的引腳連接。實施例4
如圖4、圖5的本發明應用於外螺紋、內螺紋的結構示意圖所示，本渦流探頭10的 探頭骨架3可根據不同的鑽具螺紋區11的螺紋設計成相應的結構，檢測探頭10分為外螺 紋檢測探頭和內螺紋檢測探頭，外螺紋檢測探頭的渦流線圈4置於與外螺紋檢測探頭相對 應的內螺紋骨架的牙頂，內螺紋檢測探頭的渦流線圈4置於與內螺紋檢測探頭相對應的外 螺紋骨架的牙頂，檢測時檢測探頭10緊貼鑽具本體9的鑽具螺紋區11的螺紋表面，檢測探 頭10沿著鑽具螺紋區11螺紋旋轉的方向進行周向掃描。實施例5
使用時，探頭骨架3牙頂處的渦流線圈4緊貼被測鑽具螺紋根部的表面，由於渦流線 圈4下端有壓縮彈簧2，因此使渦流線圈能夠適應不同規格鑽具螺紋的變化，使其具有通用 性，又能保證檢測探頭運動的平穩性，減小提離效應的影響；探頭沿著被測鑽具螺紋旋轉的 方向進行周向掃描，多線圈檢測，渦流線圈在探頭上均勻分布，只需旋轉q圈檢測覆蓋率即 可以達到100%，q= N / n，N代表牙數，η代表渦流線圈數，可以防止漏檢，提高檢測效率。 根據檢測元件的分布和檢測信號的對應關係，可以實現缺陷的定位。渦流探傷是運用電磁感應原理，渦流探傷儀通過航空插頭6將正弦波電流輸於渦 流探傷探頭的渦流線圈4中，渦流線圈4既為激勵線圈，亦為檢測線圈，在周圍建立交變的 磁場，當探頭接近金屬表面時，線圈周圍的交變磁場在金屬表面產生感應電流即渦流。此渦 流也產生相同頻率的磁場，其方向與線圈磁場方向相反的。渦流通道的損耗電阻，以及渦流 產生的反磁通，又反射到探頭線圈，從而改變了線圈電流的大小及相位，即改變了線圈的阻 抗。因此，當探頭在鑽具螺紋表面移動，由於缺陷引起材料的電導率、磁導率及尺寸的變化， 使金屬中渦流發生變化，進而使得渦流磁場對線圈的反作用不同於無缺陷的情況，因此引 起線圈阻抗變化，通過渦流檢測儀器測量出這種變化量就能鑑別材料有無缺陷。本渦流探 頭由於採用特殊的結構，使渦流線圈直接接近螺紋根部，可以有效檢測出螺紋根部的缺陷。渦流檢測儀器經檢波放大濾波後的輸出信號如圖6所示，每一個尖鋒為缺陷波，其幅值的大小反映缺陷的深度。
權利要求
鑽具螺紋裝置的裂紋檢測方法，其特徵是它包括下列步驟首先，探頭骨架(3)牙頂處的渦流線圈(4)緊貼被測鑽具螺紋根部的表面，然後，探頭骨架(3)沿著被測鑽具螺紋旋轉的方向進行周向掃描，多線圈檢測，最後，渦流線圈(4)將檢測結果的電信號輸出到渦流檢測儀器中，通過渦流檢測儀器顯示出被測結果。
2.根據權利要求1所述的鑽具螺紋裝置的裂紋檢測方法，其特徵是所述的渦流線圈(4)在探頭上均勻分布，只需旋轉q圈檢測覆蓋率即可以達到100%，q=N / n，N代表牙數， η代表渦流線圈數。
3.依據裂紋檢測方法設計的鑽具螺紋裝置，其特徵是它包括由探頭骨架(3)及探頭 骨架(3)牙頂處的渦流線圈(4)構成的檢測探頭(10)，探頭骨架(3) —側是與需要檢測的鑽 具螺紋區(11)的螺紋相匹配的牙，探頭骨架(3)另一側固定有金屬屏蔽外殼(1)，探頭骨架 (3 )的牙頂處置有渦流線圈(4 )。
4.根據權利要求3所述的鑽具螺紋裝置，其特徵是所述的檢測探頭(10)分為外螺紋 檢測探頭和內螺紋檢測探頭，外螺紋檢測探頭的渦流線圈(4)置於與外螺紋檢測探頭相對 應的內螺紋骨架的牙頂，內螺紋檢測探頭的渦流線圈(4)置於與內螺紋檢測探頭相對應的 外螺紋骨架的牙頂。
5.根據權利要求3所述的鑽具螺紋裝置，其特徵是所述的渦流線圈(4)的頂端延伸至 探頭骨架(3)的牙頂處，渦流線圈(4)底端固定有壓縮彈簧(2)，壓縮彈簧(2)壓於探頭骨架 (3)牙根部。
6.根據權利要求3所述的鑽具螺紋裝置，其特徵是所述的探頭骨架(3)所用的材料是 環氧樹脂。
7.根據權利要求3所述的鑽具螺紋裝置，其特徵是所述的探頭骨架(3)內部有導線槽(5)，導線槽(5)與探頭骨架(3)各牙的渦流線圈(4)連通，導線槽(5)與探頭骨架(3)—端 固定連接的航空插座(6)連通，渦流線圈(4)引出線經由導線槽(5)連接至航空插座(6)，渦 流線圈(4)經航空插頭(6)與探傷儀電連接。
8.根據權利要求3所述的鑽具螺紋裝置，其特徵是所述的渦流線圈(4)是由磁芯(8) 和漆包線(7 )兩部分組成，磁芯(8 )垂直於螺紋表面布置，漆包線(7 )纏繞在磁芯(8 )上，漆 包線(7)經導線槽(5)與航空插座(6)內的引腳連接。
全文摘要
本發明屬於檢測器具技術領域，特別是一種鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法，其方法特徵是它包括下列步驟首先，探頭骨架牙頂處的渦流線圈緊貼被測鑽具螺紋根部的表面，然後，探頭骨架沿著被測鑽具螺紋旋轉的方向進行周向掃描，多線圈檢測，最後，渦流線圈將檢測結果的電信號輸出到渦流檢測儀器中，通過渦流檢測儀器顯示出被測結果；所述的渦流線圈在探頭上均勻分布，只需旋轉q圈檢測覆蓋率即可以達到100％，q=N／n，N代表牙數，n代表渦流線圈數。它提供了一種能夠對鑽具螺紋區域缺陷進行快速、準確地定量化檢測和識別的鑽具螺紋裝置及裂紋檢測方法，提高了鑽具螺紋檢測效率。
文檔編號E21B17/02GK101893603SQ201010247360
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者劉建龍, 劉生平, 史建, 李潤苗, 楊琳瑜, 王強 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司長慶鑽井總公司