CN104198577A - 钻具损伤井口检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻具损伤井口检测装置，包括：开合机构，其具有固定环，所述固定环的两侧可开合地连接有两个开合半环；多个推靠机构，其均匀分布在所述固定环和所述两个开合半环上，所述推靠机构具有滑杆，所述滑杆上可径向伸缩地连接有容纳传感器的传感器盒。本发明的钻具损伤井口检测装置，能够实现不卸扣的情况下对啮合的钻具接头螺纹实现检测，能够发现钻具螺纹根部的缺陷及应力集中的状况，其操作便捷、可靠。

Description

钻具损伤井口检测装置

技术领域

本发明有关于一种钻具损伤井口检测装置，尤其有关于一种无损检测领域中的钻具损伤井口检测装置。

背景技术

目前，钻具失效的一种主要表现是在连接螺纹部位断裂破坏。外螺纹接头的断裂裂纹常发生在从台肩算起第二个或第三个螺扣的根部。外螺纹部位成为钻具容易发生破坏的薄弱环节缘于其几何结构及螺纹根部的应力集中效应，使之在复合交变应力作用下容易萌生疲劳裂纹，并在循环应力和腐蚀介质作用下扩展，直至断裂。

对于钻具接头内螺纹的断裂裂纹常发生在最后啮合部位的螺扣处，其应力集中效应源于在钻具内外螺纹连接后，在外螺纹小端端面处截面积突然由内外两螺纹截面变为只有内螺纹截面，此处将产生应力集中，成为疲劳断裂的薄弱环节，使之在复合交变应力作用下容易萌生疲劳裂纹，同时这部分内螺纹暴露在泥浆中，内螺纹根部受到泥浆的涡流冲击和腐蚀，容易形成尖锐切口，加深应力集中发生破坏，在循环应力和腐蚀介质双重作用下疲劳裂纹扩展直至断裂。

对于井口的钻具组合，在井口部位的钻具接头螺纹承受着最大的拉力及扭矩，对于在起下钻时常规的单根钻具螺纹检测，主要是在钻具接头螺纹卸扣后对钻具接头内、外螺纹分别进行检测，需要内外螺纹检测装置各一套。这样不仅增加了检测设备、检测操作及数据处理分析的难度，同时严重影响了井口起下钻速度，对油井生产造成了很大的影响。

现有的常规无损检测技术手段在早期诊断钻具接头螺纹部位应力集中异常和微裂纹方面存在以下不足：(1)超声波检测所需的良好被测表面接触条件与耦合介质条件在螺纹部位很难实现，导致检测效果非常不理想并且不适用井口不卸扣钻具螺纹检测；(2)漏磁探伤技术需要检测探头与被测表面密切接触，对于井口螺纹不卸扣情况下的检测是不能够实现的；(3)在现有的无损应力检测方法中，x射线衍射技术的穿透深度仅有几十微米，难以触及螺纹根部，磁声发射、巴克豪森噪声和磁测应力检测法均需电磁激励线圈，激励线圈和检测探头组合结构偏大，无法分辨变径点和螺纹根部的应力状态，难以在螺纹检测中取得应用。已有的实践证明，现有的无损探伤技术，如涡流、超声、X射线等，对于检测已出现的宏观缺陷较为有效，对于井口螺纹检测要求不卸扣情况下的检测不能实现。

因此，有必要提供一种新的钻具损伤井口检测装置，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻具损伤井口检测装置，其能够实现不卸扣的情况下对啮合的钻具接头螺纹实现检测，能够发现钻具螺纹根部的缺陷及应力集中的状况，其操作便捷、可靠。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种钻具损伤井口检测装置，所述钻具损伤井口检测装置包括：

开合机构，其具有固定环，所述固定环的两侧可开合地连接有两个开合半环；

多个推靠机构，其均匀分布在所述固定环和所述两个开合半环上，所述推靠机构具有滑杆，所述滑杆上可径向伸缩地连接有容纳传感器的传感器盒。

在优选的实施方式中，所述滑杆上可轴向移动地连接有滑座，所述传感器盒的两端连接有上弓簧片和下弓簧片，所述上弓簧片与所述滑座相连，所述下弓簧片连接在所述滑杆的底端，根据所述滑座在所述滑杆上的往复移动，所述传感器盒远离或靠近所述滑杆设置。

在优选的实施方式中，所述滑杆上套设有直线轴承，所述滑座套设在所述直线轴承上，所述上弓簧片夹设在所述直线轴承与所述滑座之间。

在优选的实施方式中，所述滑杆的上端连接有调节螺母，所述调节螺母与所述滑座之间夹设有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在所述滑杆上。

在优选的实施方式中，所述固定环的外侧连接有导向杆，所述导向杆上可移动地连接有滑块，所述滑块的两侧分别连接有连杆，所述连杆与所述开合半环相连，根据所述滑块在所述导向杆上的轴向移动，两个所述开合半环可开合地连接在所述固定环的两侧。

在优选的实施方式中，所述导向杆上套设有直线轴承，所述滑块套设在所述直线轴承上。

在优选的实施方式中，所述导向杆上开设有滑槽，所述滑块上连接有锁紧销，所述滑块通过所述锁紧销可移动地设置在所述滑槽内。

在优选的实施方式中，所述传感器为金属磁记忆检测传感器。

在优选的实施方式中，所述固定环的外侧连接有固定板，所述固定板上设有采集箱，所述传感器通过导线与所述采集箱电连接。

在优选的实施方式中，所述固定板的下端连接有滚动轮。

本发明的钻具损伤井口检测装置的特点及优点是：该钻具损伤井口检测装置采用固定环和两个开合半环的三体开合式结构实现开合机构的张开与闭合，其张开角度大，闭合时与钻具或管体不易产生干涉，操作简单方便。该钻具损伤井口检测装置固定于井口，在起下钻的过程中，也即在不卸扣的情况下，对钻具接头螺纹、管体损伤及应力集中进行实时在线监测，为钻具接头螺纹与管体的早期诊断检测提供了前提保证，为钻具的评级提供依据，避免钻具螺纹断裂造成灾难性的事故发生，且不影响井口起下钻速度，检测效率高；另外，多个推靠机构沿固定环和两个开合半环均布，可实现对钻具或管体的全周检测，且每个推靠机构的工作状态相互独立；再有，推靠机构的传感器盒可实现变径检测，该传感器盒可根据钻具或管体的直径大小进行调整，确保钻具损伤井口检测装置在钻具接头部位不会遇阻，且在任何部位该传感器盒均能紧贴钻具外壁，实现传感器的提离值恒定，其具有较大的变径范围，克服了由于钻具接头部位管径的突然变大，对检测结果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的钻具损伤井口检测装置的立体图。

图2为本发明的钻具损伤井口检测装置的开合机构闭合状态的立体图。

图3为本发明的钻具损伤井口检测装置的推靠机构的侧视图。

图4为本发明的钻具损伤井口检测装置的导向杆与滑块配合的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种钻具损伤井口检测装置，其包括开合机构1和多个推靠机构2，其中：开合机构1具有固定环11，所述固定环11的两侧可开合地连接有两个开合半环12；多个推靠机构2均匀分布在所述固定环11和所述两个开合半环12上，所述推靠机构2具有滑杆21，所述滑杆21上可径向伸缩地连接有容纳传感器的传感器盒22。

具体是，开合机构1的固定环11为三分之一圆环结构，如图2所示，连接在固定环11两侧的两个开合半环12闭合后，固定环11和两个开合半环12组成的开合机构1形成一圆环形，其用于包围位于井口的钻具或管体3。

多个推靠机构2均匀分布在固定环11和两个开合半环12上，每个推靠机构2具有滑杆21，固定环11和开合半环12上分别均匀开设有多个竖直通孔，滑杆21穿设在该竖直通孔中，在本发明中，如图3所示，滑杆21的中部设有凹槽部211，当滑杆21穿设在竖直通孔中时，可通过多个螺钉4从固定环11或开合半环12的外侧穿入该些竖直通孔中并顶抵在滑杆21的凹槽部211内，以实现对滑杆21的固定连接；推靠机构2还具有盛装传感器的传感器盒22，该传感器盒22位于固定环11和两个开合半环12的内侧，该传感器盒22可径向伸缩地连接在滑杆21上，也即传感器盒22可远离或靠近滑杆21设置，当该传感器盒22远离滑杆21移动时，其移动方向指向开合机构1的固定环11和两个开合半环12组成的圆环的中心位置。该传感器盒22呈长条状，其内设有凹槽用于封装传感器。

在该钻具损伤井口检测装置工作时，请配合参阅图1、2所示，首先，将两个开合半环12相对固定环11打开，然后将该钻具损伤井口检测装置放置在井口之上，并保证固定环11和两个开合半环12组成的圆环与井口同心，此时井口的钻具或管体3位于固定环11和两个开合半环12中间，闭合两个开合半环12并将多个推靠机构2的多个传感器盒22向靠近钻具或管体3的方向移动，以抱紧钻具或管体3。此时，进行正常的起下钻作业，传感器盒22内的传感器将采集钻具结构螺纹区域及整个管体区域的损伤及应力集中情况，进而通过应力情况的分析实现对钻具损伤的早期诊断和预测，其对避免重大安全事故的发生具有较大的工程和实际应用意义。

本发明的钻具损伤井口检测装置，采用固定环11和两个开合半环12的三体开合式结构实现开合机构1的张开与闭合，其张开角度大，闭合时与钻具或管体3不易产生干涉，操作简单方便。该钻具损伤井口检测装置固定于井口，在起下钻的过程中，也即在不卸扣的情况下，对钻具接头螺纹、管体损伤及应力集中进行实时在线监测，为钻具接头螺纹与管体的早期诊断检测提供了前提保证，为钻具的评级提供依据，避免钻具螺纹断裂造成灾难性的事故发生，且不影响井口起下钻速度，检测效率高；另外，多个推靠机构2沿固定环11和两个开合半环12均布，可实现对钻具或管体3的全周检测，且每个推靠机构2的工作状态相互独立；再有，推靠机构2的传感器盒22可实现变径检测，该传感器盒22可根据钻具或管体3的直径大小进行调整，确保钻具损伤井口检测装置在钻具接头部位不会遇阻，且在任何部位该传感器盒22均能紧贴钻具外壁，实现传感器的提离值恒定，其具有较大的变径范围，克服了由于钻具接头部位管径的突然变大，对检测结果的影响。

根据本发明的一个实施方式，请配合参阅图3所示，所述滑杆21上可轴向移动地连接有滑座212，所述传感器盒22的两端连接有上弓簧片221和下弓簧片222，所述上弓簧片221与所述滑座212相连，所述下弓簧片222连接在所述滑杆21的底端，根据所述滑座212在所述滑杆21上的往复移动，所述传感器盒22远离或靠近所述滑杆21设置。

具体是，滑杆21上套设有直线轴承213，滑座212套设在直线轴承213上并通过螺栓10与直线轴承213相连，从而滑座212可顺畅地在滑杆21上往复移动；传感器盒22的上端连接有上弓簧片221，该上弓簧片221的一端夹设在直线轴承213与滑座212之间，传感器盒22的下端连接有下弓簧片222，该下弓簧片222的一端固定连接在滑杆21的底端。

进一步的，所述滑杆21的上端连接有调节螺母214，所述调节螺母214与所述滑座212之间夹设有压缩弹簧215，所述压缩弹簧215套设在所述滑杆21上。

通过旋转调节螺母214，该调节螺母214可使压缩弹簧215压缩并推动滑座212沿滑杆21下移，此时上弓簧片221向外拱起，传感器盒22被带动向固定环11和两个开合半环12组成的圆环的中心移动，直至传感器盒22抵靠在钻具或管体3的外壁上为止。

该推靠机构2采用上弓簧片221、下弓簧片222与压缩弹簧215双重的推靠形式，且各推靠机构2的工作状态独立，可保证所有传感器盒22与钻具或管体3外壁充分接触。

根据本发明的一个实施方式，所述固定环11的外侧连接有导向杆111，所述导向杆111上可移动地连接有滑块112，所述滑块112的两侧分别连接有连杆113，所述连杆113与所述开合半环12相连，根据所述滑块112在所述导向杆111上的轴向移动，两个所述开合半环12可开合地连接在所述固定环11的两侧。

具体是，如图4所示，导向杆111上套设有直线轴承114，滑块112套设在直线轴承114上并通过螺栓与直线轴承114相连，从而滑块112可顺畅地在导向杆111上往复移动；进一步的，在本发明中，导向杆111上开设有滑槽115，滑块112上连接有锁紧销116，滑块112通过锁紧销116可移动地设置在滑槽115内，旋转滑块112上的锁紧销116可使锁紧销116下端面与滑槽115底部抵触，实现滑块112锁紧在导向杆111上的目的。同时锁紧销116下端面与滑槽115底面抵触，可限制滑块112在导向杆111上的旋转及轴向移动的距离，该轴向移动的距离决定可开合机构1的最大及最小开合角度。

滑块112的两侧铰接有两个连杆113，两个开合半环12靠近固定环11的外侧分别连接有固定销121，两个连杆113的另一端与两个固定销121铰接。

当需要打开两个开合半环12时，将滑块112沿导向杆111的滑槽115向远离固定环11的方向移动，此时，滑块112带动其两侧的连杆113，进而带动两个开合半环12，实现打开开合机构1的目的。

当需要闭合两个开合半环12时，将滑块112沿导向杆111的滑槽115向靠近固定环11的方向移动，滑块112带动其两侧的连杆113，进而带动两个开合半环12，实现闭合开合机构1的目的。

根据本发明的一个实施方式，所述传感器为金属磁记忆检测传感器。该金属磁记忆传感器具有强大的穿透壁厚的检测能力，其检测技术的基本原理是：铁磁性金属工件由于疲劳和蠕变产生的微裂纹会在缺陷处出现应力集中，由于铁磁性金属工件存在磁机械效应，故其表面上的磁场分布与工件应力载荷有一定的对应关系，因此可通过检测工件表面的磁场分布状况间接地对工件的缺陷和应力集中区进行诊断，同时金属磁记忆传感器有较大的灵敏度，对于井口钻具螺纹啮合时能够穿透钻具接头外壁实现对钻具螺纹啮合部位的检测，为开发一种基于磁记忆效应的钻具损伤井口检测装置提供了坚实的基础。当然，本发明中的传感器也不限于上述金属磁记忆检测传感器，采用其它类型的传感器也可以，例如霍尔传感器、磁阻传感器或磁阻矩传感器等，在此不作限制。

根据本发明的一个实施方式，所述固定环11的外侧连接有固定板5，所述固定板5上设有采集箱51，所述传感器通过导线与所述采集箱51电连接。固定板5通过多根连接杆52连接在固定环11的外侧；采集箱51内设置有数据采集器及无线传输模块等电子设备，传感器采集到的数据可通过无线传输模块传给上位机，通过上位机可实现对数据的直观显示及存储。本发明采用无线数据传输，操作更加方便快捷。

进一步的，所述固定板5的下端连接有滚动轮53。具体是，在固定板5的下端通过两个轴承座54连接有一横轴55，横轴55的两端分别连接有一个滚动轮53，滚动轮53的设置，可方便钻具损伤井口检测装置的运输。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述钻具损伤井口检测装置包括：

开合机构，其具有固定环，所述固定环的两侧可开合地连接有两个开合半环；

多个推靠机构，其均匀分布在所述固定环和所述两个开合半环上，所述推靠机构具有滑杆，所述滑杆上可径向伸缩地连接有容纳传感器的传感器盒。

2.如权利要求1所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述滑杆上可轴向移动地连接有滑座，所述传感器盒的两端连接有上弓簧片和下弓簧片，所述上弓簧片与所述滑座相连，所述下弓簧片连接在所述滑杆的底端，根据所述滑座在所述滑杆上的往复移动，所述传感器盒远离或靠近所述滑杆设置。

3.如权利要求2所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述滑杆上套设有直线轴承，所述滑座套设在所述直线轴承上，所述上弓簧片夹设在所述直线轴承与所述滑座之间。

4.如权利要求2所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述滑杆的上端连接有调节螺母，所述调节螺母与所述滑座之间夹设有压缩弹簧，所述压缩弹簧套设在所述滑杆上。

5.如权利要求1所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述固定环的外侧连接有导向杆，所述导向杆上可移动地连接有滑块，所述滑块的两侧分别连接有连杆，所述连杆与所述开合半环相连，根据所述滑块在所述导向杆上的轴向移动，两个所述开合半环可开合地连接在所述固定环的两侧。

6.如权利要求5所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述导向杆上套设有直线轴承，所述滑块套设在所述直线轴承上。

7.如权利要求5所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述导向杆上开设有滑槽，所述滑块上连接有锁紧销，所述滑块通过所述锁紧销可移动地设置在所述滑槽内。

8.如权利要求1所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述传感器为金属磁记忆检测传感器。

9.如权利要求1所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述固定环的外侧连接有固定板，所述固定板上设有采集箱，所述传感器通过导线与所述采集箱电连接。

10.如权利要求1所述的钻具损伤井口检测装置，其特征在于，所述固定板的下端连接有滚动轮。