CN109001299B - 一种连续管裂纹在线检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续管裂纹在线检测设备,属于钻井挠性油管检测技术领域。它由探头卡环、托盘、管裂纹检测模块等构成,底座上装有底板和可调支撑机构,底板上装有托盘,托盘上固装有探头内卡环,探头内卡环通过铰接孔与探头外卡环铰接;可调支撑机构通过手轮调节底板高度;托盘顶部与盖板连接,盖板上安装有可动导向机构和固定导向机构。基于超声波检测技术制作,适合普通50mm连续管下井前在线定位定类型检测裂纹或凹坑,结构简单,操作方便,检测效率高,装接安全可靠;弥补目前国内大多采用漏磁检测及涡流检测,且缺乏适配检测设备,无法在现场实时检测的不足,及解决国外相应超声波检测设备仅能检测专制配套连续管,适用范围小的问题。

Description

一种连续管裂纹在线检测设备
技术领域
本发明涉及一种连续管裂纹在线检测设备,属于钻井挠性油管检测技术领域。
背景技术
完井、测井、修井或钻井作业离不开连续管;通过焊接而成的长几千米甚至上万米的连续管需要整根盘绕在滚筒上来运输和存放以及井下作业多次往复下放和上收塑性弯曲变形,易造成连续管的疲劳损伤;且作用在连续管上的外力会造成连续管的外部损伤;加之井内各种介质的腐蚀及焊接加工误差易使连续管产生微小裂纹;为确保完井、测井、修井或钻井作业效率,避免因连续管裂纹及损伤凹坑造成不必要人身安全事故和经济损失,下井使用前必须对连续管进行检测;目前国内外相关研究和应用表明,采用漏磁和涡流检测方法检测连续管裂纹或凹坑,前者对与磁感线平行的裂纹或凹坑无法检测,且磁化时间长,工作效率低,设备非常庞大,不利于现场检测;后者尽管磁化时间短,但分辨缺陷类型很困难,不能准确定位裂纹或凹坑位置及大小;超声波检测方法优于漏磁和涡流检测方法,无需励磁机构,检测连续管内壁和外表面缺陷效果好、工作效率高;目前国外NOV CTES 公司推出的 Argus 检测器,主要是利用超声波方式检测连续管在作业过程中与井口出现的偏移磨损,以及井下作业时受到腐蚀、挤压导致的连续管局部变薄的轴向的 360°连续管管壁壁厚的变化情况;该检测器必须在外层涂覆有特定耦合剂的连续管上才能进行检测。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种基于超声波检测技术设计制作的连续管裂纹在线检测设备,适合普通50mm连续管下井前在线定位、定类型检测裂纹或凹坑,整体结构简单,操作方便,检测效率高,装接安全可靠;弥补目前国内大多采用漏磁检测及涡流检测,且缺乏适配检测设备,无法在现场实时检测的不足,及解决国外相应超声波检测设备仅能检测专制配套连续管,适用范围小的问题。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的:
一种连续管裂纹在线检测设备,它由底座、底板、探头卡环、托盘、盖板、可动导向机构、固定导向机构、可调支撑机构、连杆机构、管裂纹检测模块构成,其特征在于:探头卡环由探头内卡环和探头外卡环组成;可动导向机构由可动导向轮底板、可动导向轮调节杆、可动导向轮连接环、调节环、可动导向轮支架和导向轮组成;固定导向机构由固定导向轮支架、固定导向轮连接杆a、弹簧、固定导向轮连接杆b、固定导向轮底板组成;可调支撑机构由支撑螺杆、手轮、支撑杆盖板、支撑杆联轴器、支撑筒、支撑杆调节环组成;连杆机构由连杆a、连杆b、连杆c、连杆d、连杆e、连杆f、连杆g组成,所述连杆a、连杆b和连杆c构成曲柄滑块机构,所述连杆d、连杆e、连杆f和连杆g构成四连杆可活动机构;管裂纹检测模块包括超声导波换能器、检测探头、数字电路板;底座上安装有底板和可调支撑机构,底板上安装有托盘,托盘上固装有探头内卡环,探头内卡环通过铰接孔与探头外卡环铰接;可调支撑机构通过手轮调节底板高度;托盘顶部与盖板连接,盖板上安装有可动导向机构和固定导向机构。
所述的可动导向机构的可动导向轮底板安装在盖板上,可动导向轮底板上安装有可动导向轮支架,可动导向轮支架上铰接有可动导向轮调节杆,可动导向轮调节杆上安装有可动导向连接环和调节环,可动导向轮支架上安装有导向轮。
所述的固定导向机构的固定导向轮支架上通过小导向轮支架安装有小导向轮,固定导向轮支架通过固定导向轮连接杆a、弹簧、固定导向轮连接杆b与固定导向轮底板装接;固定导向轮连杆a的末端制作有与固定导向轮支架铰接的铰接孔,固定导向轮连杆b的末端制作有与固定导向轮底板铰接的铰接孔。
所述的可调支撑机构的支撑螺杆上端开制有与底板铰接的铰接孔,支撑筒固装在底板上,支撑螺杆整杆外制作有外螺纹,支撑杆调节环内部制作有内螺纹;手轮通过支撑杆盖板和支撑杆联轴器与支撑杆调节环连接,带动支撑杆调节环旋转,调节底板的高度。
所述的探头外卡环上下制作有六个固定管裂纹检测模块的螺纹小孔,探头外卡环背面制作有两个对称分布的带有沟槽的四分之一圆环;探头外卡环通过连杆机构与液压缸连接,受其控制作位移开合动作。
所述的托盘中部固装有探头内卡环,探头内卡环上开制有两组对称分布的与探头外卡环铰接的铰接孔,托盘的背部和两侧制作有与底板连接的螺纹孔,托盘两边设置有对称的提环,托盘前部制作有一个与探头卡环相切的用于安装托盘导向轮的支架的卡槽。
本发明与现有技术相比的有益效果在于:
该连续管裂纹在线检测设备,通过可调支撑机构调整管裂纹检测模块的角度使其正对连续管,通过可动导向机构和固定导向机构将连续管导入管裂纹检测模块的检测区域的卡槽中,通过液压缸调整探头外卡环,使探头外卡环紧抱连续管,探头内卡环和探头外卡环均匀安装超声导波换能器,实现在线无漏检测连续管裂纹,提高检测精度,保证了检测质量。适合普通50mm连续管下井前在线定位、定类型检测裂纹或凹坑,整体结构简单,操作方便,检测效率高,装接安全可靠;弥补目前国内大多采用漏磁检测及涡流检测,且缺乏适配检测设备,无法在现场实时检测的不足,及解决国外相应超声波检测设备仅能检测专制配套连续管,适用范围小的问题。
附图说明
图1为一种连续管裂纹在线检测设备的俯视结构示意图;
图2 为一种连续管裂纹在线检测设备的主视结构示意图;
图3为固定导向机构的结构示意图;
图4为可动导向机构的结构示意图;
图5为可调支撑机构的结构示意图;
图6为托盘的结构示意图;
图7为连杆机构的结构示意图;
图8为探头外卡环的结构示意图;
图9为可调支撑机构的支撑杆调节环的结构示意图;
图10为检测探头的分布结构示意图;
图11为管裂纹检测模块的结构示意图;
图12为底座的结构示意图;
图13为一种连续管裂纹在线检测设备的轴测结构示意图;
图14为管裂纹检测模块的安装结构示意图。
图中:1、底座,2、底板,3、液压缸,4、导线管,5、检测探头,6、探头外卡环,7、托盘导向轮,8、托盘,9、盖板,10、可动导向轮底板,11、可动导向轮调节杆,12、可动导向连接环,13、调节环,14、可动导向轮支架,15、导向轮,16、小导向轮,17、小导向轮支架,18、固定导向轮支架,19、固定导向轮连接杆a,20、弹簧,21、固定导向轮连接杆b,22、固定导向轮底板,23、支撑螺杆,24、手轮,25、支撑杆盖板,26、支撑杆联轴器,27、支撑筒,28、支撑杆调节环,29、连杆a,30、连杆b,31、连杆c,32、连杆d,33、连杆e,34、连杆f,35、连杆g;
8-1、铰接孔,8-2、螺纹孔,8-3、提环,8-4、卡槽。
具体实施方式
下面结合附图对该连续管裂纹在线检测设备发明的实施方式作进一步详细说明(参见图1~14):
一种连续管裂纹在线检测设备,它由底座1、底板2、托盘8、盖板9、探头卡环、可动导向机构、固定导向机构、可调支撑机构、连杆机构、管裂纹检测模块构成,其特征在于:探头卡环由探头内卡环和探头外卡环6组成;可动导向机构由可动导向轮底板10、可动导向轮调节杆11、可动导向轮连接环12、调节环13、可动导向轮支架14和导向轮15组成;固定导向机构由固定导向轮支架18、固定导向轮连接杆a19、弹簧20、固定导向轮连接杆b21、固定导向轮底板22组成;可调支撑机构由支撑螺杆23、手轮24、支撑杆盖板25、支撑杆联轴器26、支撑筒27、支撑杆调节环28组成;连杆机构由连杆a29、连杆b30、连杆c31、连杆d32、连杆e33、连杆f34、连杆g35组成,所述连杆a29、连杆b30和连杆c31构成曲柄滑块机构,所述连杆d32、连杆e33、连杆f34和连杆g35构成四连杆可活动机构;管裂纹检测模块包括超声导波换能器、检测探头5、数字电路板;底座1上安装有底板2和可调支撑机构,底板2上安装有托盘8,托盘8上固装有探头内卡环,探头内卡环通过铰接孔与探头外卡环6铰接;可调支撑机构通过手轮24调节底板2高度;托盘8顶部与盖板9连接,盖板9上安装有可动导向机构和固定导向机构。
所述的可动导向机构的可动导向轮底板10安装在盖板9上,可动导向轮底板10上安装有可动导向轮支架14,可动导向轮支架14上铰接有可动导向轮调节杆11,可动导向轮调节杆11上安装有可动导向连接环12和调节环13,可动导向轮支架14上安装有导向轮15。
所述的固定导向机构的固定导向轮支架18上通过小导向轮支架17安装有小导向轮16,固定导向轮支架18通过固定导向轮连接杆a19、弹簧20、固定导向轮连接杆b21与固定导向轮底板22装接;固定导向轮连杆a19的末端制作有与固定导向轮支架18铰接的铰接孔,固定导向轮连杆b21的末端制作有与固定导向轮底板22铰接的铰接孔。
所述的可调支撑机构的支撑螺杆23上端开制有与底板2铰接的铰接孔,支撑筒27固装在底板2上,支撑螺杆23整杆外制作有外螺纹,支撑杆调节环28内部制作有内螺纹;手轮24通过支撑杆盖板25和支撑杆联轴器26与支撑杆调节环28连接,带动支撑杆调节环28旋转,调节底板2的高度。
所述的探头外卡环6上下制作有六个固定管裂纹检测模块的螺纹小孔,探头外卡环6背面制作有两个对称分布的带有沟槽的四分之一圆环;探头外卡环6通过连杆机构与液压缸3连接,受其控制作位移开合动作。
所述的托盘8中部固装有探头内卡环,探头内卡环上开制有两组对称分布的与探头外卡环6铰接的铰接孔8-1,托盘8的背部和两侧制作有与底板2连接的螺纹孔8-2,托盘8两边设置有对称的提环8-3,托盘8前部制作有一个与探头卡环相切的用于安装托盘导向轮7的支架的卡槽8-4(参见图1~14)。
本发明申请人的设计思路是:连续管在石油作业中逐年得到越来越广泛的应用,为了保证连续管在工作中的良好性能,国内外科技人员都开展了对检测连续管技术的研究;最先开始对连续管管裂纹检测研究的是欧美国家,我国从 20 世纪 80 年代末开始研究管裂纹检测技术,虽然从研究之初到现在有了较大突破,但我国的相应研究依然处在发展阶段,多数检测连续管管裂纹只能在实验室条件下进行,实际现场检测还有一定难度。虽然管裂纹检测设备随着永磁体技术及计算机技术的高速发展精简了很多,但与国外相比仍显落后,检测手段单一,缺乏多类型检测设备。本发明申请人查阅大量国内外相关资料,针对国内石油钻井行业使用量极大的50mm连续管管裂纹检测技术和检测设备进行深入研究,结合国内外相关研究表明,漏磁检测技术无法检测与磁感线平行的连续管裂纹和缺陷,而且漏磁检测前必须对设备作长时间的磁化,工作效率很低,设备非常庞大,不利于现场检测;涡流检测技术对连续管表面出现的裂纹及缺陷非常敏感,检测裂纹灵敏度高,但受限于自身检测信号特性的限制,使得涡流检测技术不能准确确定裂纹的位置和大小;超声波检测技术相比于漏磁检测技术和涡流检测技术,无需励磁机构,可极大简化检测设备结构,可有效检测连续管表面和内壁的缺陷;即可对连续管整体各种类型裂纹和缺陷无遗漏一并进行检测,工作效率高;所以最终确定采用超声波检测技术设计制作出该连续管裂纹在线检测设备。
托盘8的底面为对称的六边形,托盘8的中部固装有探头内卡环,托盘8通过探头内卡环上对称分布的铰接孔与探头外卡环6铰接在一起;托盘8的背部和两侧制作有三个连接孔,用于与底板2进行连接;托盘8的前部开制有一个和探头卡环相切的卡槽8-4,托盘8的末端安装有导向轮支架,用来安装托盘导向轮7。
探头外卡环6上下均布制作有六个螺纹小孔,用于固定管裂纹检测模块,探头外卡环6背面有两个对称分布的带有沟槽的四分之一圆环,用来与连杆机构连接,实现液压缸3对探头外卡环6开合的调节。
固定导向机构的固定导向轮连接杆a19与固定导向轮支架18铰接,固定导向轮连接杆b21与固定导向轮底板22铰接,固定导向轮连接杆a19与固定导向轮连接杆b21之间通过弹簧20连接,导向时,利用弹簧20压缩的反作用力,使得小导向轮16紧紧贴住连续管,实现连续管导向;导向结束后,弹簧20恢复形变,固定导向机构复位,小导向轮16松离开连续管。
可动导向机构的可动导向连接环12是一个整体结构,可动导向轮连接环12由两部分构成,一部分与可动导向轮底板10铰接,另一部分制作成被平分成两半的圆锥管螺纹,调节环13与可动导向轮连接环12通过圆锥管螺纹连接在一起;通过调节环13的旋进和旋出来调节可动导向轮调节杆11的位置,实现对导向轮15位置的调节;可动导向轮调节杆11是用来连接可动导向轮支架14、导向轮15和可动导向轮连接环12的构件,通过调节可动导向轮支架14的倾斜角度来调整改变导向轮15的位置,以保证导向轮15始终紧贴连续管,从而起到导向连续管的作用。可动导向轮调节杆11的末端制作有与可动导向轮支架14进行铰接的铰接孔;可动导向轮调节杆11加工的粗糙度较大,必要时还可以用滚花来增加其粗糙度,增大与可动导向轮连接环12内壁的摩擦,以保证可动导向轮调节杆11位置的固定。
可调支撑机构的支撑螺杆23的一端与底板2铰接,支撑螺杆23的另一端固装在底座1上,支撑杆调节环28与支撑螺杆23通过螺纹连接,手轮24与支撑杆盖板25连接,通过支撑杆联轴器26与支撑杆调节环28相连,手轮24与支撑杆盖板25套装在支撑螺杆23上,支撑筒27套装在支撑杆调节环28上;通过转动手轮24来带动支撑杆调节环28旋转,将手轮24的旋转运动转化为支撑螺杆23的往复直线运动来调节底板2的高度,进而实现对安装在底板2上的托盘8的位置高度的调节;支撑杆调节环28是实现将手轮24的旋转运动直接传递给支撑螺杆23的构件,支撑杆调节环28为一个整体的圆环结构,内部加工有内螺纹,外部有一个纵向的凸出部分用来传递手轮24的扭矩。
连杆机构由连杆a29、连杆b30、连杆c31、连杆d32、连杆e33、连杆f34、连杆g35七个连杆构成,连杆机构分为曲柄滑块机构和四连杆机构,其一为由连杆a29、连杆b30和连杆c31构成的曲柄滑块机构,其二为由连杆d32、连杆e33、连杆f34和连杆g35构成的平行四边形的四连杆机构,其自由度为:
Figure 445858DEST_PATH_IMAGE001
该四连杆机构可活动;曲柄滑块机构也可以活动;整个连杆机构与液压缸3连接,通过液压缸3驱动连杆机构运动,实现探头卡环的闭合锁紧。
连续管裂纹在线检测设备的工作原理:开始检测连续管时,首先将该连续管裂纹在线检测设备安装固定,转动手轮24,通过螺纹位移调节支撑螺杆23的高度,使得管裂纹检测模块开合到一定角度,随后通过底板2上的圆弧状螺栓槽调节平面角度, 使管裂纹检测模块正对着连续管;通过托盘导向轮7将待检测的连续管导入管裂纹检测模块的检测区域的卡槽8-4中,导入后通过液压缸3调节探头卡环抱住连续管,检测部分分为超声导波换能器和检测探头5两个部分,超声导波换能器将检测输入的特定的电信号转换成可通过介质传递的机械功率,超声导波换能器兼具节能和转换信号的功能,在把电信号转换成机械功率时,超声导波换能器仅消耗更少的功率;为保证检测质量,采用把超声导波换能器均布固定在探头卡环上,这样,在管裂纹检测模块检测管裂纹缺陷时,可有效杜绝漏检发生,保证做到无漏检测,极大提高检测精度;本发明连续管裂纹在线检测设备,针对检测管径为50mm 的连续管设计制作,当检测其他不同管径的连续管时,需要改变管裂纹检测模块的数量,以达到最佳检测效果;探头卡环用于固定管裂纹检测模块;探头卡环设计成三部分,需要一个机构来控制探头卡环在检测过程中的开合;探头卡环的控制开合机构包括:由连杆a29、连杆b30和连杆c31组成一个典型的曲柄滑块机构、由连杆d32、连杆e33、连杆f34和连杆g35组成一个四连杆机构,及液压缸3;数字电路板对管裂纹检测模块收集的检测信号进行采集、分析、显示和报警,将管裂纹检测模块收集的电信号通过计算机进行过滤、加强信号处理,再通过相应专用软件将检测数据转换成缺陷信息在波屏显示器上显示出三角函数图像。
管裂纹检测模块包括超声导波换能器、两个检测探头5、数字电路板;由于超声导波分为横波和纵波,因此超声导波用于检测管道裂纹时具有方向性,需要两组用于激发超声导波的检测探头5,将超声导波换能器和检测探头5组合固定为模块,再将该模块均匀的阵列安装到探头卡环上,一组为嵌入横向导波激励的超声导波换能器,另一组为嵌入纵向导波激励的超声导波换能器,两组同时进行检测即可做到无漏检测;本发明一种连续管裂纹在线检测设备将超声导波换能器和检测探头5设计为一字型均匀排布、两组上下组合的形式,由于本发明只针对管径为 50mm 的连续管设计,无需考虑变径问题,不会因管径不同采用上述排布方式而产生缝隙,出现缝隙检测盲区,从而避免了漏检测情况发生;本发明在检测连续管裂纹时,超声导波探头在接收到反射回来的缺陷信号后,即刻在线将其传输到数字电路板上,无需进行电信号转化成数字信号储存到存储器的过程,所以管裂纹检测模块中只需安装检测探头5、超声导波换能器、数字电路板即可。
本发明连续管裂纹在线检测设备主要针对的是管径为 50mm 的连续管设计制作,在探头卡环和待检测连续管放置的位置中间,管裂纹检测模块的径向长度为 20mm,内径为50mm,外径为 90mm;由于是 12 个管裂纹检测模块平均分布在探头卡环内的整个圆周上,因此探头卡环的周向角度为 36°,轴向的长度为 47mm;数字电路板的尺寸为44mmx20mmx6mm。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已,上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形,以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例,均仍属于本发明技术方案的范围内,而不背离本发明的实质和范围。

Claims (2)

1.一种连续管裂纹在线检测设备,它由底座(1)、底板(2)、托盘(8)、盖板(9)、探头卡环、可动导向机构、固定导向机构、可调支撑机构、连杆机构、管裂纹检测模块构成,其特征在于:探头卡环由探头内卡环和探头外卡环(6)组成;可动导向机构由可动导向轮底板(10)、可动导向轮调节杆(11)、可动导向轮连接环(12)、调节环(13)、可动导向轮支架(14)和导向轮(15)组成;所述的可动导向机构的可动导向轮底板(10)安装在盖板(9)上,可动导向轮底板(10)上安装有可动导向轮支架(14),可动导向轮支架(14)上铰接有可动导向轮调节杆(11),可动导向轮调节杆(11)上安装有可动导向连接环(12)和调节环(13),可动导向轮支架(14)上安装有导向轮(15),固定导向机构由固定导向轮支架(18)、固定导向轮连接杆a(19)、弹簧(20)、固定导向轮连接杆b(21)、固定导向轮底板(22)组成;固定导向机构的固定导向轮支架(18)上通过小导向轮支架(17)安装有小导向轮(16),固定导向轮支架(18)通过固定导向轮连接杆a(19)、弹簧(20)、固定导向轮连接杆b(21)与固定导向轮底板(22)装接;固定导向轮连杆a(19)的末端制作有与固定导向轮支架(18)铰接的铰接孔,固定导向轮连杆b(21)的末端制作有与固定导向轮底板(22)铰接的铰接孔;可调支撑机构由支撑螺杆(23)、手轮(24)、支撑杆盖板(25)、支撑杆联轴器(26)、支撑筒(27)、支撑杆调节环(28)组成;可调支撑机构的支撑螺杆(23)上端开制有与底板(2)铰接的铰接孔,支撑筒(27)固装在底板(2)上,支撑螺杆(23)整杆外制作有外螺纹,支撑杆调节环(28)内部制作有内螺纹;手轮(24)通过支撑杆盖板(25)和支撑杆联轴器(26)与支撑杆调节环(28)连接,带动支撑杆调节环(28)旋转,调节底板(2)的高度;连杆机构由连杆a(29)、连杆b(30)、连杆c(31)、连杆d(32)、连杆e(33)、连杆f(34)、连杆g(35)组成,所述连杆a(29)、连杆b(30)和连杆c(31)构成曲柄滑块机构,所述连杆d(32)、连杆e(33)、连杆f(34)和连杆g(35)构成四连杆可活动机构;管裂纹检测模块包括超声导波换能器、检测探头(5)、数字电路板;底座(1)上安装有底板(2)和可调支撑机构,底板(2)上安装有托盘(8),托盘(8)上固装有探头内卡环,探头内卡环通过铰接孔与探头外卡环(6)铰接;可调支撑机构通过手轮(24)调节底板(2)高度;托盘(8)顶部与盖板(9)连接,盖板(9)上安装有可动导向机构和固定导向机构;所述的探头外卡环(6)上下制作有六个固定管裂纹检测模块的螺纹小孔,探头外卡环(6)背面制作有两个对称分布的带有沟槽的四分之一圆环;探头外卡环(6)通过连杆机构与液压缸(3)连接,受其控制作位移开合动作。
2.根据权利要求1所述的一种连续管裂纹在线检测设备,其特征在于:所述的托盘(8)中部固装有探头内卡环,探头内卡环上开制有两组对称分布的与探头外卡环(6)铰接的铰接孔(8-1),托盘(8)的背部和两侧制作有与底板(2)连接的螺纹孔(8-2),托盘(8)两边设置有对称的提环(8-3),托盘(8)前部制作有一个与探头卡环相切的用于安装托盘导向轮(7)的支架的卡槽(8-4)。
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