专利名称：一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，它应用于石油管工程领域。
背景技术：
石油钻柱是石油管材中用量最大、质量要求最高的管材，资料显示，全国各油田每年至少发生钻柱失效事故500起，直接经济损失在4000万元以上，因此，弄清钻柱失效的主要原因，从而采取相应措施，提高钻柱使用的寿命，对促进石油工业的发展具有十分重要的意义。对近年来各油田接连发生的钻杆内加厚过渡区(墩粗部位)失效事故分析发现，造成这一事故的主要原因是内加厚过渡区结构设计不合理。检查发现，大部分失效钻杆内加厚过渡区锥度部分最小长度只有20-45mm，过渡区与管体交界处的曲率半径Rft很小，且过渡区不光滑，存在凹坑、突起、尖角等缺陷。研究表明，锥度部分越短，Rft越小，内加厚过渡区的应力集中越严重，而当锥度部分长度彡100mm, Rft300mm时，应力集中趋于平缓。另据研究，钻杆接头及加厚部分刚性较高，不易弯曲，在狗腿子井段内加厚过渡区终了处正好是截面突变处，易发生弯曲，交变应力与腐蚀坑形成叠加，致使腐蚀坑迅速加深并萌生裂纹。关于钻杆加厚部位质量的要求，在API 5DP中有这样的表述“钻杆内加厚轮廓上不应有尖角或截面突起，以免挂住90°的钩型工具”，再无详细的量化检验方法与工具。但钻井过程中，因钻杆加厚部位缺陷引起的钻井事故一直在发生。为了避免这种情况继续发生，油田、钻杆生产厂、第三方检验机构等单位一直在做钻杆加厚部位相关的研究工作，如加厚段的长度、加厚过渡带的曲率半径，加厚区缺陷的检测设备等。关于钻杆加厚部位缺陷检测仪器，其原理大致如下几种(1)90°钩型工具在钻杆加厚部位拉动90°的钩型工具，检验是否能挂住，该仪器操作简单，适合各种工况使用，但是测量精度低，不能对测量结果科学的量化，只能做简单测量。(2)加厚部位数码成像技术利用数码成像技术，对钻杆加厚部位照相，然后利用计算机技术，对照片进行处理，然后按照预定的缺陷指标，给出钻杆加厚部位的各种参数。该技术的关键难点在于对照片的识别与处理，已有科研单位在做这方面的工作，国内尚未有成品。(3)激光检测技术利用激光扫描技术，可直接检测出钻杆加厚部位的长度、曲率半径、凹坑凸起大小，但是这种类型的仪器适合在工厂车间使用，不适合在野外作业使用，不能推广。因此，现有钻杆加厚部位缺陷检测仪有的存在测量精度低、有的存在不适合野外使用等问题，尚未推广使用。发明内容本实用新型的目的是提供一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪。本实用新型的使用不受使用环境的限制，能够准确检测出钻杆加厚部位的缺陷，预防钻井事故的发生。[0014]本实用新型的技术解决方案是一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，包括壳体(6)、传动齿轮、齿条(5)、六向位移传感测头装置( 和轴向位移传感器(7)，壳体 (6)内设有凹形传动轮(10)，凹形传动轮(10)上设有齿条(5)，齿条( 与传动齿轮(4)啮合构成传动机构，传动齿轮(4)上设有手柄，齿条( 一端与轴向位移传感器(7)连接，轴向位移传感器(7)另一端与六向位移传感测头装置( 连接。壳体(6) —端设有中空圆饼磁铁(3)，磁铁(3)上设有圆盘刻度。所述的齿条( 为三棱锥状，齿条( 的一条棱位于凹形传动轮(10)上，齿条(5) 的一个三棱锥面上设有螺纹与传动齿轮(4)啮合，齿条( 的另两个三棱锥面上设有凹槽， 凹槽外设有一对圆柱形导轨(9)。所述的六向传感测头装置(2)包括测头(11)和感应装置(12)，测头(11)和感应装置(1 之间设有弹簧(8)，六个测头呈圆周均布在装置一周。本实用新型首次提出了采用径向、轴向位移传感器耦合检测技术检测钻杆加厚部位的各种缺陷(凹坑、凸起、加厚段长度、曲率半径等)，本实用新型具有测量精度高、操作简单、耐用、可在各种环境下使用的优点。可适用各个规格钻杆加厚部位缺陷的测定，具有广阔的应用前景。本实用新型不但适合在工厂使用，也适合在野外作业使用，适合推广使用。本实用新型具有以下特点1)本实用新型集材料、机械、电子、计算机技术于一体，具有较高的科技含量。2)本实用新型操作简便，自动化程度高，可适用于各种规格钻杆加厚部位缺陷的测定。3)本实用新型测量精度高，解决了石油行业长期以来对钻杆加厚部位缺陷检测的困难问题。
图1是本实用新型结构示意图。图2是传动机构结构示意图。图3是图2中B-B剖视图。图4是六向位移传感测头装置结构示意图。图5是本实用新型测量原理示意图。
具体实施方式
1、便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪机械部分一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，包括壳体6、传动齿轮4、齿条5、六向位移传感测头装置2和轴向位移传感器7，壳体6为圆筒形，壳体6 —端设有中空圆饼磁铁 3，磁铁3上设有圆盘刻度。磁铁3上刻有的圆环用于将仪器与待测钻杆1对准。壳体6内设有一对圆柱形导轨9，导轨9下方设有凹形传动轮10，凹形传动轮10上设有齿条5，所述的齿条5为三棱锥状，齿条5的一条棱位于凹形传动轮10上，齿条5的一个三棱锥面上设有螺纹与传动齿轮4啮合，传动齿轮4上设有手柄，齿条5的另两个三棱锥面上设有凹槽， 凹槽与圆柱形导轨9接触。齿条5 —端与轴向位移传感器7连接，轴向位移传感器用于检测测头(齿条)的轴向位移。轴向位移传感器7另一端与六向位移传感测头装置2连接。 所述的六向位移传感测头装置2包括测头11和感应装置12，测头11前端为侧球，其余部位为侧杆。由于测量时测头与钻杆1内壁接触引起的磨察损耗是不可避免的，侧球采用专用超硬合金制作，并在测头上涂上耐磨涂料。测头11和感应装置12之间设有弹簧8，六个测头11呈圆周均布在装置一周。在弹簧8的作用下六向位移传感测头装置2压在工件表面上。压在工件表面上的测头一端呈球形，以便在工件表面滑行，侧球大小可根据被测工件表面的缺陷大小作调整，测头伸缩量适合不同内径的钻杆。本实用新型齿条5、凹形传动轮 10、传动齿轮4、手柄为一整体，称为传动机构，通过手柄可控制齿条5在凹形传动轮10上往返移动，六向位移传感测头装置2沿被测表面滑行，六向位移测头传感测头装置2检测径向位移。2、便携式钻杆墩粗部位缺陷检测仪电气部分(1)传感器采用分辨率、响应速度满足测量要求的容栅位移传感器。(2)电源采用蓄电池供电。(3)信号放大与调制模块为避免外界信号干扰，信号放大与调制模块放置于传感器的位置，本仪器有七个传感器，分别为六向传感器(每个方向一个传感器)与轴向位移传感器。在相敏整流器输出端产生与被测表面成比例的模拟信号，经线性放大调制成数字信号，经数据输出口传至计算器中，其中A/D宜采用与传感器分辨率匹配的高精度、高速转换芯片。3、便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪数据处理及采集部分数据处理及采集软件安装在计算机中，将信号放大与调制模块传输过来的数据进行采集，并具有数据存储与处理的功能，根据测试数据可将被测钻杆的内部结构以三维模型表示出来，将自动标出缺陷类型(凸、凹)、大小及位置，具有图形及报表打印功能。适用于生产现场，测量多种钻杆墩粗部位的表面缺陷，根据选定的测量条件，计算相应的参数， 在液晶显示屏上清晰地显示出全部测量参数和波形图形，根据定级标准自动显示钻杆墩粗部位的表面缺陷级别。本实用新型具体实施步骤如下1.测量方法(1)在检测前，首先对仪器进行校准，检查六向位移传感测头装置2能否顺利弹起；检查数据采集系统能否检测到数据；检查传动机构装置是否能正常工作。当各项指标满足要求后，进行下一步操作。(2)将便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪伸进待测钻杆1内部，并通过磁铁3上的对准圆环将检测仪准确固定在钻杆端部。(3)启动测量系统，转动手柄，六向位移传感测头装置2在传动机构装置的带动下沿着钻杆1内壁往返滑动，数据采集系统自动检测并记录下测头径向、轴向轨迹，经软件系统处理后输出。(4)测量结束，关闭测量系统，将仪器从钻杆上卸掉下。2.便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪测量原理便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪的核心部件有两大传感器组成，一个六向位移传感测头装置2，检测测头的径向位移，图5中的Y轴方向的位移，另一个为轴向位移传感器 7，检测测头轴向位移，图5中X轴方向位移。(1)当钻杆加厚部位有凸起时，则测头受压缩，测头位移传感器会记录下此时测头的径向位移，同理凹坑也是如此。(2)通过对检测到的数据处理分析，还可得到钻杆加厚部位的加厚段的长度，曲率半径，加厚段长度容易得出，Y轴方向位移变化量为O的直线之间的距离Liu。曲率半径怎可通过如下公式得到
权利要求1.一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，包括壳体(6)、传动齿轮、齿条(5)、 六向位移传感测头装置( 和轴向位移传感器(7)，其特征在于壳体(6)内设有凹形传动轮(10)，凹形传动轮(10)上设有齿条(5)，齿条( 与传动齿轮(4)啮合构成传动机构，传动齿轮(4)上设有手柄，齿条( 一端与轴向位移传感器(7)连接，轴向位移传感器(7)另一端与六向位移传感测头装置( 连接。
2.如权利要求1所述的新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，其特征在于壳体(6) 一端设有中空圆饼磁铁(3)，磁铁C3)上设有圆盘刻度。
3.如权利要求1所述的新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，其特征在于所述的齿条( 为三棱锥状，齿条(5)的一条棱位于凹形传动轮(10)上，齿条(5)的一个三棱锥面上设有螺纹与传动齿轮(4)啮合，齿条( 的另两个三棱锥面上设有凹槽，凹槽外设有一对圆柱形导轨(9)。
4.如权利要求1所述的新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，其特征在于所述的六向传感测头装置(2)包括测头(11)和感应装置(12)，测头(11)和感应装置(12)之间设有弹簧(8)，六个测头呈圆周均布在装置一周。
专利摘要本实用新型涉及一种新型便携式钻杆加厚部位缺陷检测仪，包括壳体、传动齿轮、齿条、六向位移传感测头装置和轴向位移传感器，齿条与传动齿轮啮合构成传动机构，传动齿轮上设有手柄，齿条一端与轴向位移传感器连接，轴向位移传感器另一端与六向位移传感测头装置连接。本实用新型首次提出了采用径向、轴向位移传感器耦合检测技术检测钻杆加厚部位的各种缺陷(凹坑、凸起、加厚段长度、曲率半径等)，本实用新型具有测量精度高、操作简单、耐用、可在各种环境下使用的优点。可适用各个规格钻杆加厚部位缺陷的测定，具有广阔的应用前景。本实用新型不但适合在工厂使用，也适合在野外作业使用，适合推广使用。
文档编号G01B21/02GK202008358SQ201020645090
公开日2011年10月12日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者卫栋, 曹峰, 杨力能, 马跃鹏 申请人:西安三环科技开发总公司