CN103270388A - 石油工业中用的管状接头的螺纹的检查方法和检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对烃井勘探或作业用的管件螺纹（fc）进行检查的检查装置，检查装置包括：螺纹支承件（14），螺纹支承件可与管件的螺纹（fc）进行装配配合；用于在与管件的螺纹（fc）进行装配期间阻止螺纹支承件（14）前进的设备（12，fs）；纵向导轨（2），纵向导轨固定于阻止螺纹支承件（14）前进的设备（12，fs）并且沿着一方向延伸，该方向属于经过螺纹支承件（14）的螺纹的轴线的平面；管件螺纹（fc）的检查设备（9）；以及纵向导向设备（4），纵向导向设备用以引导螺纹的检查设备（9）沿纵向导轨（2）平移。本发明还涉及使用该检查装置的方法。

Description

石油工业中用的管状接头的螺纹的检查方法和检查装置

技术领域

本发明涉及用于检查在烃井勘探或作业中使用的管件的端部之一附近制作的螺纹的检查装置。本发明还涉及用于检查这种螺纹的检查方法。

背景技术

对烃井勘探或作业中用的管件的螺纹的合格性进行检查的多种检查装置是公知的。因为使用中（无论是钻探操作期间还是作业期间）受应力，螺纹区域最好按照规格和在公差范围内进行机加工。这样的装置使用可收集与螺纹几何学有关的数据的检查设备。这些设备可以是量规，通过匹配螺纹形状，量规能够显示作为参考值以及该值公差的函数的螺纹牙底宽度、螺距、螺纹锥形等的合格性（或不合格性）。这些设备也可以是传感器，传感器可对螺纹牙底宽度、螺纹高度等进行直接的测量。

但是，本申请人注意到，常常必需为进行检查而标示螺纹区域，以及还要非常精确地定位检查设备。在如文献US Re30647和US Re34467所详细说明的轴向旋紧自锁螺纹的情况下，其中螺纹牙底宽度随着距组件表面的距离而减小，当测量螺纹牙底时，必需参考距螺纹管件表面的距离。应当指出，管件表面是管件的远端或终端的表面。同样，当在具有恒定螺纹宽度的常规螺纹中测量螺纹牙底宽度时，通常是在螺纹半高处进行测量。因此这意味着检查设备必须以稳固地、精确地方式进行定位。

通常，公知的装置由三角规组成，三角规在螺纹管件的表面上产生一个支承点和接触螺纹管件的一或两个表面接触点。

但是，这种装置不能稳固地安装在螺纹管件上和不能用于沿着属于中间平面的一轴线进行测量。换句话说，这种装置不能用于有关螺纹管件表面的测量，螺纹管件的表面和表面接触点之间的被测段必然属于通过螺纹管件的回转轴线的平面。

发明内容

本申请人研制出一种稳固的检查装置，检查装置尤其可在坐标在三维坐标系统中被精确地确定的接触点进行螺纹检查。

本发明提供一种对烃井勘探或作业用的管件的螺纹进行检查的检查装置，检查装置包括：螺纹支承件，螺纹支承件可与管件的螺纹进行装配配合；用于在与管件的螺纹进行装配期间阻止螺纹支承件前进的设备；纵向导轨，纵向导轨固定于螺纹支承件并且沿着一方向延伸，该方向属于经过螺纹支承件的螺纹轴线的平面；管件螺纹的检查设备；以及纵向导向设备，纵向导向设备用以引导螺纹的检查设备沿纵向导轨平移。

补充或替代的可选特征将在下面详细说明。

在与管件的螺纹进行装配期间阻止螺纹支承件前进的设备可以是固定于螺纹支承件的止挡面。

在与管件的螺纹进行装配期间阻止螺纹支承件前进的设备可以由螺纹支承件的螺纹组成，所述螺纹是轴向旋紧自锁式的。

纵向导轨可沿着平行于螺纹支承件的螺纹轴线的方向延伸。

纵向导轨可沿着平行于螺纹支承件的螺纹锥形的方向延伸。

纵向导向设备可包括导向轴承，导向轴承可在纵向导轨中滑动。

检查装置还可包括径向导向设备，径向导向设备可沿着与螺纹支承件的螺纹轴线垂直且相交的方向引导螺纹的检查设备。

径向导向设备可包括导向轴承，导向轴承可在固定于纵向导向设备的径向导轨中滑动。

径向导向设备可包括两个平行的板条，每个板条在其一端固定于纵向导向设备，另一端固定于螺纹检查设备。

检查装置还可包括沿纵向导轨确定检查管件螺纹的检查设备的位置的定位设备。

确定螺纹的检查设备的位置的定位设备可包括在纵向导轨上的标度。

确定螺纹的检查设备的位置的定位设备可由电位计形成，电位计包括标度尺和游标，标度尺以平行的方式固定于纵向导轨，游标可沿所述标度尺滑动。

构成螺纹支承件的材料可选自铜或硬聚酰胺类塑性材料，使得支承件的螺纹表面具有高耐磨强度。

管件螺纹的检查设备可包括两个臂，每个臂具有第一端部和第二端部，第一端部通过可变形部分连接在一起，可变形部分允许第二端部之间的角位移，第二端部每个承载一接触元件，检查设备还包括确定角位移的设备。

管件螺纹的检查设备可包括共焦传感器。

本发明还涉及对烃井勘探或作业用的管件螺纹进行检查的检查方法，其中：

－根据本发明的检查装置的螺纹支承件，与管件的螺纹进行装配，直至装配进程被阻止，检查装置还配有径向导向设备；

－管件螺纹的检查设备沿纵向导轨定位在一选择的位置Po，所述检查设备包括两个臂，每个臂配有第一端部和第二端部，第一端部通过可变形部分连接在一起，可变形部分允许第二端部之间的角位移，第二端部每个承载一接触元件，检查设备还包括确定位移的设备；

－定位检查设备，使得检查装置的接触元件之一与螺纹的承载牙侧接触，而另一接触元件与螺纹的入扣牙侧接触，两个接触元件在相同的螺纹牙底内；

－测量角位移e；

－将前面测量的角位移e与参考值e-ref进行比较。

本发明还涉及对烃井勘探或作业用的管件螺纹进行检查的另一种检查方法，其中：

－本发明的检查装置的螺纹支承件，与管件螺纹进行装配，直至装配进程被阻止，检查装置还配有径向导向设备，并包括作为螺纹检查设备的共焦传感器；

－沿纵向导轨移动共焦传感器；

－处理共焦传感器收集的数据，以确定螺纹牙形。

附图说明

根据下面对非限制性实施例的详细说明和附图，本发明的其它优点和特征得以显现，附图不仅用来更好地理解本发明，而且也有助于进行适当的说明。

图1示出两个螺纹管件装配而成的接头的剖视图。

图2示出管件的螺纹的剖视图的细部图。

图3示出本发明的一个实施例的透视图。

图4示出本发明的一个实施例的分解视图。

图5示出本发明的一个实施例。

图6示出本发明的一个细部的透视图。

具体实施方式

图1示出两个大体管状的管件之间的螺纹接头，所述管件用于通过螺纹连接在一起且用于安装到烃井的作业管中。通常，接头包括一个配有阳端1的元件和一个配有阴端2的元件，阳端1能够连接于阴端2。在这种接头中，阳端1包括第一密封面和第二密封面，第一密封面和第二密封面分别可与阴端2的第一密封面和相应的第二密封面过盈配合，以形成第一密封区域5和第二密封区域6。阳端1还包括外螺纹区域3，外螺纹区域可装配到阴端2的相应的螺纹区域4中，所述螺纹区域设置在两个密封区域5和6之间。阳端1和阴端2每个结束于相应的远端面7和8。

图2示出自锁外螺纹的螺纹区域3的细部。互补的内螺纹在附图中未示出。术语“自锁”螺纹意指具有下文细述特征的螺纹。外螺纹，如同内螺纹，具有恒定的螺距。外螺纹和内螺纹的宽度朝其相应的远端面7、8的方向减小，使得当装配时，外和内螺纹通过在一个预定位置彼此锁定而结束。

更确切地说，内螺纹的承载牙侧的螺距，如同内螺纹的入扣牙侧的螺距，是恒定的。承载牙侧的螺距大于入扣牙侧的螺距。

外螺纹3的入扣牙侧31的螺距是恒定的，如同外螺纹的承载牙侧30的螺距。入扣牙侧31的螺距小于承载牙侧30的螺距。

接触主要在外和内承载牙侧30之间进行，与外和内入扣牙侧31一样。通常，外螺纹的牙顶和内螺纹的牙底之间留有间隙，而外螺纹32的牙底33和内螺纹的牙顶是接触的。间隙意味着润滑脂可在装配期间被排出，避免润滑脂造成超压的任何危险。

螺纹具有在承载牙侧之间宽度恒定的螺距LFP_P和具有在入扣牙侧之间宽度恒定的螺距SFP_P，而且螺纹牙底宽度朝管件的远端面7的方向从数值WIDTHmin增大到数值WIDTHmax。

有利地，外和内螺纹具有燕尾形轮廓，使得它们在装配之后彼此牢固配合。这种附加的保障避免脱离（亦称跳开）的危险，脱离相应于在接头受到大的弯曲、拉伸或压力负荷时外和内螺纹分离。有利地，螺纹1和2具有沿着锥形母线的100锥形轮廓，以促使外螺纹件啮合到内螺纹件中。

通常，此锥形母线与轴线10形成一个在1.5度至5度范围内的角度。在目前的情况下，锥形母线被确定为经过承载牙侧中央。

图3和4示出用于烃井勘探或作业的管件螺纹的检查装置。检查装置包括螺纹支承件14，螺纹支承件可与管件的螺纹进行装配配合。该螺纹支承件14是一壳体，壳体由锥形部分的扇面支承。换句话说，如果沿着垂直于锥形部分轴线的平面获取支承件14的截面，得到的是一圆弧。该壳体要么在检查装置用于检查外螺纹管件的情况下其内周表面上被车螺纹，要么在检查装置用于检查内螺纹管件的情况下其外周表面上被车螺纹。应该注意，螺纹支承件14优选以可拆装的方式固定于所述检查装置。实际上，必须可以改变螺纹支承件14，使之可与管件的螺纹fc进行装配配合。因此，支承其的锥形部分必须与管件具有相同的锥形和此外具有兼容的直径。同样，支承件的螺纹必须与管件的螺纹兼容。优选地，所述支承件在小于管件圆周的四分之一的圆弧上圆周地延伸。

检查装置还包括用于检查管件螺纹的检查设备9。螺纹检查设备9固定在纵向导向设备4上，纵向导向设备可引导所述检查设备9沿着纵向导轨2平移。

纵向导轨2固定于螺纹支承件14并沿着一方向延伸，该方向属于经过螺纹支承件14的螺纹轴线的平面。

在第一种构型中，纵向导轨2沿着平行于螺纹支承件14的螺纹轴线的方向延伸，所述轴线与管件螺纹的轴线重合。因此，当检查装置安装在管件上时，纵向导轨平行于管件螺纹的轴线。这种构型允许直接测量检查设备9相对于管件表面的距离。实际上，该距离对应于分开设备9与表面（也称为远端面）的纵向导轨的部分。

在第二种构型中，纵向导轨22沿着平行于螺纹支承件14的锥形的方向延伸，该方向也对应管件的锥形100。因此，当检查装置安装在管件上时，纵向导轨平行于管件的锥形。这种构型意味着管件的螺纹与测量设备9之间的距离可保持恒定。

检查装置还包括用于在螺纹支承件与管件螺纹装配的期间阻止螺纹支承件14前进的设备12。

在图3和4所示的第一变型中，用于在螺纹支承件与管件螺纹装配期间阻止螺纹支承件14前进的设备是固定于螺纹支承件14的止挡面12。如图5中可见，当螺纹支承件14的螺纹fs与所述管件的螺纹fc充分地装配时，止挡面12承靠在所述管件的表面上。

在第二变型中，用于在螺纹支承件与管件螺纹装配期间阻止螺纹支承件14前进的设备由螺纹支承件14的螺纹fs构成，该螺纹是轴向旋紧自锁式的，所述螺纹fs与同样是轴向旋紧自锁式的管件螺纹进行装配配合。

有利地，如图3和4所示，纵向导向设备4是可在纵向导轨2中滑动的导向轴承。

有利地，如图3和4中可见的，检查装置还包括径向导向设备5。径向导向设备允许检查设备9沿着与螺纹支承件14的螺纹轴线垂直并相交的轴线进行平移移动。

有利地，如图3和4中可见的，径向导向设备5是可在径向导轨6中滑动的导向轴承，径向导轨固定于纵向导向设备4。

有利地，径向导向设备包括两个平行板条，每个板条在其一端固定于纵向导向设备，另一端固定于螺纹检查设备。如此，只要按压检查设备9就可以使之垂直下降且不枢转。两个板条彼此保持平行且使设备9保持垂直。

有利地，如图3和4中可见的，检查装置还包括沿纵向导轨2确定管件螺纹的检查设备9的位置的定位设备7。

有利地，确定螺纹检查设备9的定位的设备是设置在导轨2上的标度。

有利地，如图3和4中可见的，确定螺纹检查设备9的定位的设备由电位计形成，电位计包括标度尺7和游标15，标度尺以平行方式固定于导轨2，游标可沿所述标度尺滑动。该实施例意味着一旦检查装置安装在管件上，即可容易地测量螺纹检查设备9相对于管件表面的位置。实际上，标度尺7相对于导轨进行固定，导轨本身相对于止挡面12进行固定，因此，易于在标度尺7上读取与设备9相对于止挡面12承靠的管件表面的距离相应的标度。

显然，可设置使用了传感器（光学的、涡电流、激光等）的其它设备来标示检查设备9的位置。

也可设置在径向导向设备5上提供标度。可对径向导轨6刻以标度，以确定检查设备9相对于纵向导轨2的径向位置。

有利地，构成支承件14的材料选自铝、铜和聚酰胺，使得支承件14的螺纹表面具有高耐磨强度，因而管件不被损坏。为此，当螺纹支承件14安装在待检查的管件上时，锁定位置不会由于支承件的螺纹可能是磨损的而错误。

图6示出检查设备9，检查设备可安装到上述检查装置中。实际上，这些设备用于检查管件螺纹的宽度。

检查装置9包括两个臂91、92。臂91包括第一端部912和第二端部910，而臂92包括第一端部922和第二端部920。第一端部912、922称为“固定”端部，因为它们经由可变形部分95被连接在一起。可变形部分95可用于产生角位移e，角位移由臂的称为活动端部的第二端部910、920的枢转引起。换句话说，称为活动端部的第二端部910、920可沿着保持在相同平面中的一圆弧路径相互移开或靠近聚拢。称为活动端部的第二端部910、920各承载一个接触元件930、940。检查设备9还包括确定角位移e的设备90。

有利地，确定角位移e的设备90包括传感器。作为一实施例，可使用与设备9的尺寸相应的小型化感应收发器类型的接触传感器，或者非接触传感器，例如电容式传感器，或涡电流传感器，或使用光学技术（激光，共焦）的传感器。这些传感器用于测量接触元件930、940之间的距离。因此，最大测量范围等于位移e。传感器根据精度标准、体积、测量范围以及在使用和环境的条件下的稳定性来选择。所需的精度标准对应于测量范围的0.01%的量级。

有利地，臂91、92和可变形部分95形成为单一构件。可变形部分95是柔性的，意味着其柔性可在臂的活动端部910、920之间产生角位移e。通过使用适当的材料和尺寸即可达到。在本案中，臂和可变形部分由钢形成，可变形部分的厚度小于臂的厚度。

有利地，可变形部分95不仅是柔性的而且是弹性的，使得当静止时，即当检查装置不使用时，臂处于基准位置。

在可变形部分和臂形成一单一钢构件的情况下，检查设备9的尺寸作为螺纹的高度h和螺纹牙底的宽度WIDTH的函数，可如下文所述：

-接触元件的直径为0.5h至1.2h；

-静止时的位移为0.1WIDTH至0.6WIDTH；

-接触元件的长度为1毫米至2h；

-臂的厚度的比率大于2；

这种厚度差异主要将运动限制在单个臂。这样，保持固定的臂起基准作用，这更易于测量另一活动的臂的位移e。

－可变形部分的厚度是最薄的臂的厚度的0.005至0.5倍；

可变形部分的厚度相对于臂的厚度的减小，特别是相对于最薄的臂的厚度的减小，使可变形部分具有所需的柔性，以使臂彼此相对地产生位移e。

其它螺纹检查设备9可安装在所述装置上。例如，这是使用量规的情况，量规具有满足规格的和用于验证待检查管件的螺纹是否与量规的螺纹确实互补的螺纹部分。

例如，可使用利用彩色共焦成像的共焦传感器，例如MicroEpsilon公司的optoNCDT 2401。这种传感器允许通过在一给定距离之上扫描所述螺纹，确定所述螺纹的轮廓。可能需要变换传感器的角度多次扫描所述轮廓，这取决于轮廓的复杂性。彩色共焦成像被认为是测量厚度和距离的精确可靠的技术。其为国际标准ISO 25178中推荐的三维计量技术的一部分。测量原理是使用一个彩色物镜投射一个白光点光源W的图像作为位于光轴（彩色编码）上的单色光像连续。置于该彩色编码区域中的样本的表面将散射入射光束。光通过彩色物镜L反向散射回来并到达开口P，开口过滤掉除一个λΜ波长以外的所有波长。收集的光由摄谱仪S进行分析。样本的位置与检测的波长λΜ直接相关。优点如下：高辨析度，高信噪比，对任何材料起作用，测量范围的选择广泛，适合于局部大斜度，几何形状共轴（无阴影），以及无斑点效应。

本发明还涉及检查方法，检查方法使用图6中所示检查设备，下述步骤中详细说明该检查方法：

－还配有径向导向设备5的检查装置的螺纹支承件14，与管件的螺纹fc进行装配，直至装配进程被阻止；

－上述检查设备9沿纵向导轨2定位在一个选择的位置Po；

－检查设备9被定位，以使装置的接触元件930、940之一与螺纹的承载牙侧接触，而接触元件940、930另一与螺纹的入扣牙侧接触，两个接触元件在相同的螺纹牙底内；

－测量角位移e；

－将前面测量的角位移e与参考值e-ref进行比较。

本发明还涉及另一种使用共焦传感器的检查方法，下述步骤中详细说明该检查方法：

－按照本发明的检查装置的螺纹支承件14，与管件的螺纹fc进行装配，直至装配进程被阻止；

－沿纵向导轨2移动共焦传感器；

－处理共焦传感器收集的数据，以确定螺纹fc的轮廓。

检查装置具有在纵向上和径向上精确可靠地定位螺纹检查设备9的双重优点。

螺纹支承件14和止挡面12之间的配合确保检查装置可靠地安装在待检查管件上，可靠的安装意味着检查装置一旦就位就难以移动。

其次，纵向导轨2构成导向件，允许检查设备9沿着与螺纹支承件的轴线平行的轴线精确移动，所述轴线也是管件的回转轴线。这样，可在精确的纵向位置检查管件的螺纹。配有图6所示的测量螺纹宽度的设备9的检查装置适用于自锁螺纹的情况。这种在整个螺纹长度上螺根宽度改变的螺纹，需要在距管件表面一预定距离处测量螺纹牙底的宽度。

最后，径向导向设备5意味着检查设备9可相对于螺纹支承件的轴线沿径向方向精确地移动，所述轴线也是管件的回转轴线。这样，可在精确的径向位置检查管件的螺纹。在具有燕尾形牙侧轮廓的自锁螺纹的情况下，以及在具有梯形轮廓的螺纹的情况下，这是有利的，因为螺纹牙侧不垂直于管件的旋转轴线。螺纹牙底宽度的变化取决于测量是在牙根处、在半高处还是在螺纹牙顶进行；通常涉及在半高处进行的测量。

Claims (17)

1.一种对烃井勘探或作业用的管件的螺纹（fc）进行检查的检查装置，检查装置包括：螺纹支承件（14），螺纹支承件可与管件的螺纹（fc）进行装配配合；用于在与管件的螺纹（fc）进行装配期间阻止螺纹支承件（14）前进的设备（12，fs）；纵向导轨（2），纵向导轨固定于阻止螺纹支承件（14）前进的设备（12，fs）并且沿着一方向延伸，该方向属于经过螺纹支承件（14）的螺纹轴线的平面；管件螺纹（fc）的检查设备（9）；以及纵向导向设备（4），纵向导向设备用以引导螺纹的检查设备（9）沿纵向导轨（2）平移。

2.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于，在与管件的螺纹（fc）进行装配期间阻止螺纹支承件（14）前进的设备包括固定于螺纹支承件（14）的止挡面（12）。

3.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于，在与管件的螺纹（fc）进行装配期间阻止螺纹支承件（14）前进的设备包括螺纹支承件（14）的螺纹（fs），所述螺纹是轴向旋紧自锁式的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，纵向导轨（2）沿着平行于螺纹支承件（14）的螺纹轴线的方向延伸。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的检查装置，其特征在于，纵向导轨（2）沿着平行于螺纹支承件（14）的螺纹锥形的方向延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，纵向导向设备（4）包括导向轴承，导向轴承可在纵向导轨（2）中滑动。

7.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，检查装置还包括径向导向设备（5），径向导向设备可沿着与螺纹支承件（14）的螺纹轴线垂直且相交的方向引导螺纹的检查设备（9）。

8.根据权利要求7所述的检查装置，其特征在于，径向导向设备（5）包括导向轴承，导向轴承可在固定于纵向导向设备（4）的径向导轨（6）中滑动。

9.根据权利要求7所述的检查装置，其特征在于，径向导向设备（5）包括两个平行的板条，每个板条在其一端固定于纵向导向设备，另一端固定于检查设备（9）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，检查装置还包括沿纵向导轨（2）确定检查管件螺纹（fc）的检查设备（9）的位置的定位设备。

11.根据权利要求10所述的检查装置，其特征在于，确定螺纹（fc）的检查设备（9）的位置的定位设备包括纵向导轨（2）上的标度。

12.根据权利要求10所述的检查装置，其特征在于，确定螺纹（fc）的检查设备（9）的位置的定位设备由电位计形成，电位计包括标度尺（7）和游标（15），标度尺以平行的方式固定于纵向导轨（2），游标可沿所述标度尺（7）滑动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，构成螺纹支承件（14）的材料选自铝、铜及聚酰胺，使得螺纹支承件（14）的螺纹（fs）表面具有高耐磨强度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的检查装置，其特征在于，管件螺纹（fc）的检查设备（9）包括两个臂（91，92），每个臂具有第一端部（912，922）和第二端部（910，920），第一端部（912，922）通过可变形部分（95）连接在一起，可变形部分允许第二端部（910，920）之间的角位移（e），第二端部（910，920）每个承载一接触元件（930，940），检查设备还包括确定角位移（e）的设备（90）。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的检查装置，其特征在于，管件螺纹（fc）的检查设备（9）包括共焦传感器。

16.对烃井勘探或作业用的管件螺纹（fc）进行检查的检查方法，其特征在于，检查方法包括以下步骤：

－根据从属于权利要求7至9之一的权利要求14所述的检查装置的螺纹支承件（14），与管件的螺纹（fc）进行装配，直至螺纹装配进程被阻止；

－沿纵向导轨（2）将检查设备（9）定位在一选择的位置（Po）；

－定位检查设备（9），使得检查装置的接触元件（930，940）之一与螺纹的承载牙侧接触，而另一接触元件（940，930）与螺纹的入扣牙侧接触，两个接触元件在相同的螺纹牙底内；

－测量角位移（e）；

－将前面测量的角位移（e）与参考值（e-ref）进行比较。

17.对烃井勘探或作业用的管件螺纹（fc）进行检查的检查方法，其特征在于，检查方法包括以下步骤：

－根据从属于权利要求7至9之一的权利要求15所述的检查装置的螺纹支承件（14），与管件的螺纹（fc）进行装配，直至螺纹装配进程被阻止；

－沿纵向导轨（2）移动检查设备（9）；

－处理由共焦传感器收集的数据，以确定螺纹（fc）的轮廓。

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