专利名称：油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法和检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺纹密封检测技术领域，特别涉及油井油管柱螺纹及密封面损伤检 测，是一种利用声学检测原理进行油管柱螺纹及密封面损伤检测的方法和声学检测设备。
背景技术：
完井管柱是完井工程的重要环节，完井工程的最终目的要将完井管柱固定在井壁 上。因此完井管柱的连接强度和连接处的密封性要求很高，油管上扣后螺纹密封面的损伤 在井下复杂载荷作用下，易发生泄漏事故，尤其是在高温高压井中。由于井场的现有条件， 造成完井管柱密封性是比较难以保证。目前，检验密封完整性的方法主要是通过室内实物 试验进行评价，然后再解剖油管接头，查看螺纹及密封面有无损伤；油田现场采用氦气密封 检测装置对上扣后的油管螺纹接头进行密封检测，但并不能确定螺纹密封面是否损伤，而 且这种检测费用较高，一般只在重点井使用。因如何确定油管上扣后螺纹及密封面的完整性，进一步评判油管柱密封完整性， 如今还没有一个良好的检验分析方法。而从油田现场作业情况看，在高温高压井中因完井 管柱泄漏使套压升高，最终导致事故发生，在这之前即使使用了氦气密封检测装置确定管 柱密封良好。现有技术存在的主要问题油管上扣后螺纹密封面有无损伤无办法确定；现有的 氦气密封检测装置只能检测管柱密封性能，无法确定螺纹密封面的完整性，且检验费用较 高；室内全尺寸实物密封试验和剖析检验，不能代表井内整个下入的管柱。中国专利公告号CN201218806Y，提供了一种管道对接焊缝超声检测装置，包括发 射探头(发射器)、接受探头(接收器)、探头架、转换器和打印机组成。发射探头和接受探 头固定在连接轴上，两个探头的声束倾斜于焊道并相交于焊道中心。能检测焊缝，对焊缝缺 陷定位准确，但是测量精度不能达到要求。

发明内容
本发明的目的是提供一种油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，检测油管上 扣后螺纹及密封面的损伤情况，并评价油管螺纹及密封面的完整性和连续性。依据检测评 价结果，避免螺纹和密封面有损伤的油管下井，结合室内实物密封试验评价油管柱的密封 完整性。本发明采用的技术方案是油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置，所使用的检 测装置主要由超声发射探头群、运动夹具和计算机及控制器组成。计算机及控制器由导线 连接超声发射探头群。超声发射探头群由三个换能器组成，三个换能器分为发射/接收器、 接收/发射器和校正辅助器，三个换能器分别固定在运动夹具上。三个换能器的固定位置 是发射/接收器和接收/发射器固定在运动夹具两端的径向调节换能器夹上，发射/接收 器或接收/发射器与油管表面的夹角在2 10°度之间，校正辅助器固定在运动夹具中间 的轴向移动换能器夹上。校正辅助器与油管接箍中心线垂直。
所述的运动夹具主要由四边形主框架、马达、主动轮、从动轮、径向调节换能器夹、 轴向移动换能器夹组成。径向调节换能器夹和轴向移动换能器夹上的微调螺栓上下旋转运 动调节换能器与被测油管和接箍表面的耦合接触；运动夹具上的马达通过齿轮连杆机构带 动传动螺杆的旋转运动，同时马达通过曲柄连杆机构控制主动轮的运动，带动从动轮；马达 与计算机及控制器通过导线连接在一起；运动夹具上配有四个对称的弹簧扣箍，弹簧扣箍 一端固定在四边形主框架上，另一端扣在轮架上，轮架支撑主动轮和从动轮。所述的发射/接收器或接收/发射器与油管表面的夹角指的是以下描述的夹角 一个剖面通过油管和油管接箍的中心线，并且发射/接收器或接收/发射器在此剖面内；油 管表面和发射/接收器或接收/发射器的压电晶片平面，与剖面之间组成一个夹角。在发 射/接收器、接收/发射器和校正辅助器的压电晶片平面下固定有填充物，填充物包括有 机玻璃或尼龙。油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置检测原理。参阅图1和图2。用于检测油 管柱接头螺纹和/或密封面损伤程度。径向调节换能器夹12和轴向移动换能器夹14上的 微调螺栓11上下旋转调节三个换能器与被测表面的耦合接触；运动夹具4上的马达8通过 齿轮连杆机构带动传动螺杆9旋转运动，从而实现校正辅助器3的轴向运动；同时马达8通 过曲柄连杆机构控制主动轮10的运动，带动从动轮15，实现三个换能器的周向运动；马达8 与计算机及控制器7通过导线连接在一起，实现计算机可控；运动夹具4上配有四个对称的 弹簧扣箍17，弹簧扣箍17 —端固定在四边形主框架13上，另一端扣在轮架16上，轮架16 支撑主动轮10和从动轮15，弹簧扣箍17使主动轮和从动轮紧紧抱住被测油管接箍6外表 面。被测油管接头指由两个油管1端部外螺纹与和一个油管接箍6连接而成；计算机 及控制器7是整个设备的控制仪器，三个换能器的运动、发射频率的大小、接收信号的衰减 增益和校正以及信号的处理主要靠此计算机及控制器7实现。油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，A、在油管接箍的两端分别连接油管，在油管接箍外表面和两端面涂刷耦合剂；靠 近油管接箍的油管外表面涂刷耦合剂；B、在油管接箍上安装运动夹具，使运动夹具的主动轮和从动轮依靠弹簧扣箍压紧 在油管接箍外表面；C、把发射/接收器和接收/发射器分别安装在运动夹具两端的径向调节换能器夹 上，并调节微调螺栓使发射/接收器和接收/发射器与油管外表面耦合接触；D、把校正辅助器安装在轴向移动换能器夹上，调节微调螺栓，使校正辅助器与油 管接箍外表面耦合接触；E、把发射/接收器、接收/发射器和校正辅助器的数据线与马达控制线接入计算 机及控制器系统，启动检测装置马达；F、计算机及控制器控制运动夹具在油管接箍外表面进行圆周运动，并带动发射/ 接收器、接收/发射器和校正辅助器同时做周向运动，同时校正辅助器在传动螺杆的带动 下沿油管接箍外表面进行轴向运动；G、调节信号频率，对接箍内螺纹密封面损伤情况检测；H、首先发射/接收器和接收/发射器分别进行一次检测，获取检测结果，然后校正辅助器做轴向运动，并在发射与接收线路上对前一检测结果进行校正扫查；完成一次螺纹 密封面纵面检测；I、运动夹具带动发射/接收器、接收/发射器和校正辅助器在油管接箍外表面做 周向移动，移动角度和移动时间间隔通过马达控制；J、循环H步骤和I步骤；运动夹具沿油管接箍表面旋转一周，完成油管接箍与油管 的螺纹密封面检测；K、依据检测结果，评判油管柱螺纹密封面的损伤情况。在A步骤中涂刷耦合剂，用超声耦合剂的目的首先是充填接触面之间的微小空 隙，排除换能器与被测物表面之间的空气，使超声波能有效地传入被测物，提高声强透射 率；其次耦合剂还有减少摩擦的作用。可使用的耦合剂有机油、水、水玻璃等。发射/接收器和接收/发射器是一种超声波检测探头，市场有产品销售。本发明 发射/接收器和接收/发射器采用的是一种斜探头。校正辅助器是一种超声波检测探头，本发明主要指直探头，主要用于校正对发射 器与接收器之间信号幅度，以防止出现漏测、误测。本发明的有益效果本发明油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置，采用了校正 辅助器探头，与发射器、接收器采集的信号进行对比校正，提高测量精度。能评判油管上扣 后接头螺纹密封面是否损伤，可避免有损伤的接头下入井内，保证管柱结构的安全，进一步 保障了整口井的生产安全，对提高整个石油生产效率具有现实意义。


图1是利用本发明油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置，进行油管柱螺纹及密 封面损伤检测示意图。图2是本发明油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置的运动夹具的结构示意图。图3是三个换能器与被测表面的耦合接触示意图。图中，1.油管，2.发射/接收器，3.校正辅助器，4.运动夹具，5.接收/发射器， 6.油管接箍，7.计算机及控制器，8.马达，9.传动螺杆，10.主动轮，11.微调螺栓，12.径向 调节换能器夹，13.四边形主框架，14.轴向移动换能器夹，15.从动轮，16.轮架，17.弹簧扣箍。
具体实施例方式实施例1 以一个能测量直径为88. 9mm的油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置 为例，对本发明作进一步详细说明。参阅图1和图2。本发明油管柱螺纹及密封面损伤声学检测装置，主要由声发射 探头群、运动夹具4和计算机及控制器7组成。声发射探头群由三个换能器组成，三个换能 器分为发射/接收器2、接收/发射器5和校正辅助器3，发射器和接收器放于接头两端且 相对应同时做周向运动，校正辅助器置于接头表面做轴向和周向运动，这三个换能器安装 在150mm长的运动夹具4上。三个换能器的固定位置是发射/接收器2和接收/发射器 5固定在运动夹具4两端的径向调节换能器夹12上。参阅图3。发射/接收器2和接收/ 发射器5与油管接箍6中心线夹角5°。参阅图2。校正辅助器3固定在运动夹具4中间的轴向移动换能器夹14上。通过换能器夹上的微调螺栓11上下旋转运动调节换能器与 被测油管表面的耦合接触；运动夹具4上的马达8通过齿轮连杆机构带动传动螺杆9的旋 转运动，从而实现校正辅助器的轴向运动；同时马达通过曲柄连杆机构控制主动轮10的运 动，带动从动轮15，实现换能器的周向运动；马达与计算机及控制器通过数据电缆连接在 一起，实现计算机可控；运动夹具4上配有四个对称的弹簧扣箍17，弹簧扣箍17 —端固定 在四边形主框架13上，另一端扣在轮架16上，轮架16支撑主动轮10和从动轮15，弹簧扣 箍17使主动轮和从动轮紧紧抱住被测油管接箍6表面。在发射/接收器2、接收/发射器 5和校正辅助器3的压电晶片平面下固定有填充物，填充物采用有机玻璃。填充物的下表面 为弧面型，与被测表面的弧度相等。发射/接收器2和接收/发射器5采用的是2. 5P65型 斜探头，校正辅助器3采用的是2. 5P6型直探头。油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法参阅图2。1、针对88. 9mm规格的油管柱螺纹，选择长150mm的运动夹具；2、在油管接箍6的两端分别连接油管1，在油管接箍6外表面和两端面涂刷耦合 剂；靠近油管接箍6的油管1外表面涂刷耦合剂(水)；3、在油管接箍6上装卡运动夹具4，使运动夹具4的主动轮10和从动轮15依靠弹 簧扣箍17压紧在油管接箍6外表面；4、把发射/接收器2和接收/发射器5分别安装在运动夹具4两端的径向调节换 能器夹12上，并调节微调螺栓11使发射/接收器2和接收/发射器5与油管1外表面耦 合接触；5、把校正辅助器3安装在轴向移动换能器夹14上，调节微调螺栓11，使校正辅助 器3与油管接箍6外表面耦合接触；6、把发射/接收器2、接收/发射器5和校正辅助器3的数据线与马达控制线接入 计算机及控制器7系统，启动检测装置马达8 ；7、计算机及控制器7控制运动夹具4在油管接箍6外表面进行圆周运动，并带动 发射/接收器2、接收发/射器5和校正辅助器3同时做周向运动，同时校正辅助器3在传 动螺杆9的带动下沿油管接箍6外表面进行轴向运动；8、调节信号频率，对接箍内螺纹密封面损伤情况检测；9、首先发射/接收器2和接收/发射器5分别进行一次检测，获取检测结果，然后 校正辅助器3做轴向运动，并在发射与接收线路上对前一检测结果进行校正扫查；完成一 次螺纹密封面纵面检测；10、运动夹具4带动发射接收器2、接收发射器5和校正辅助器3在油管接箍6外 表面做周向移动，移动角度和移动时间间隔通过马达8控制；11、循环9步骤和10步骤；运动夹具4沿油管接箍6表面旋转一周，完成油管接箍 6与油管1的螺纹密封面检测；12、依据检测结果，评判油管柱螺纹密封面的损伤情况。
权利要求
一种油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，其特征在于A、在油管接箍(6)的两端分别连接油管(1)，在油管接箍(6)外表面和两端面涂刷耦合剂；靠近油管接箍(6)的油管(1)外表面涂刷耦合剂；B、在油管接箍(6)上安装运动夹具(4)，使运动夹具(4)的主动轮(10)和从动轮(15)依靠弹簧扣箍(17)压紧在油管接箍(6)外表面；C、把发射/接收器(2)和接收/发射器(5)分别安装在运动夹具(4)两端的径向调节换能器夹(12)上，并调节微调螺栓(11)使发射/接收器(2)和接收/发射器(5)与油管(1)外表面耦合接触；D、把校正辅助器(3)安装在轴向移动换能器夹(14)上，调节微调螺栓(11)，使校正辅助器(3)与油管接箍(6)外表面耦合接触；E、把发射/接收器(2)、接收/发射器(5)和校正辅助器(3)的数据线与马达控制线接入计算机及控制器(7)系统，启动检测装置马达(8)；F、计算机及控制器(7)控制运动夹具(4)在油管接箍(6)外表面进行圆周运动，并带动发射/接收器(2)、接收/发射器(5)和校正辅助器(3)同时做周向运动，同时校正辅助器(3)在传动螺杆(9)的带动下沿油管接箍(6)外表面进行轴向运动；G、调节信号频率，对接箍内螺纹密封面损伤情况检测；H、首先发射/接收器(2)和接收/发射器(5)分别进行一次检测，获取检测结果，然后校正辅助器(3)做轴向运动，并在发射与接收线路上对前一检测结果进行校正扫查；完成一次螺纹密封面纵面检测；I、运动夹具(4)带动发射/接收器(2)、接收/发射器(5)和校正辅助器(3)在油管接箍(6)外表面做周向移动，移动角度和移动时间间隔通过马达(8)控制；J、循环H步骤和I步骤；运动夹具(4)沿油管接箍(6)表面旋转一周，完成油管接箍(6)与油管(1)的螺纹密封面检测；K、依据检测结果，评判油管柱螺纹密封面的损伤情况。
2.根据权利要求1所述的油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法是其特征是所使 用的检测装置主要由超声发射探头群、运动夹具(4)和计算机及控制器(7)组成；计算机及 控制器(7)由导线连接超声发射探头群，超声发射探头群由三个换能器组成，三个换能器 分为发射/接收器(2)、接收/发射器(5)和校正辅助器(3)，三个换能器分别固定在运动 夹具(4)上，三个换能器的固定位置是发射/接收器(2)和接收/发射器(5)固定在运动 夹具(4)两端的径向调节换能器夹(12)上，发射/接收器(2)或接收/发射器(5)与油管 ⑴表面的夹角在2 10°度之间，校正辅助器(3)固定在运动夹具⑷中间的轴向移动 换能器夹(14)上，校正辅助器(3)与油管接箍(6)中心线垂直。
3.根据权利要求2所述的油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，其特征是所述的 运动夹具⑷主要由四边形主框架(13)、马达(8)、主动轮(10)、从动轮(15)、径向调节换 能器夹(12)、轴向移动换能器夹(14)组成，径向调节换能器夹(12)和轴向移动换能器夹 (14)上的微调螺栓(11)上下旋转运动调节换能器与被测油管和接箍表面的耦合接触；运 动夹具(4)上的马达(8)通过齿轮连杆机构带动传动螺杆(9)的旋转运动，同时马达(8) 通过曲柄连杆机构控制主动轮(10)的运动，带动从动轮(15)；马达(8)与计算机及控制器(7)通过导线连接在一起；运动夹具(4)上配有四个对称的弹簧扣箍(17)，弹簧扣箍(17)一端固定在四边形主框架(13)上，另一端扣在轮架(16)上，轮架(16)支撑主动轮(10)和 从动轮(15)。
4.根据权利要求2所述的油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，其特征是所述的 发射/接收器(2)或接收/发射器(5)与油管(1)表面的夹角指的是以下描述的夹角一 个剖面通过油管(1)和油管接箍(6)的中心线，并且发射/接收器(2)或接收/发射器(5) 在此剖面内；油管(1)表面和发射/接收器(2)或接收/发射器(5)的压电晶片平面，与剖 面之间组成一个夹角。
5.根据权利要求2所述的油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，其特征是在发射/ 接收器(2)接收/发射器(5)和校正辅助器(3)的压电晶片平面下固定有填充物，填充物 包括有机玻璃或尼龙。
全文摘要
油管柱螺纹及密封面损伤声学检测方法，应用于螺纹密封检测技术领域。安装运动夹具，使运动夹具的主动轮和从动轮压紧在油管接箍外表面；安装发射/接收器和接收/发射器；把校正辅助器安装在轴向移动换能器夹上；运动夹具在油管接箍外表面进行圆周运动；对接箍内螺纹密封面损伤情况检测；发射/接收器和接收/发射器分别进行一次检测后，校正辅助器对前一检测结果进行校正检测；依据检测结果，评判油管柱螺纹密封面的损伤情况。效果是能检测油管上扣后接头螺纹密封面是否损伤，避免有损伤的接头下入井内，保证管柱安全，进一步保障了整口井的生产安全，提高生产效率。
文档编号G01N29/04GK101886542SQ20101022706
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者刘文红, 李磊, 林凯, 王建东, 王建军, 王新虎, 申昭熙 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油天然气集团公司管材研究所