CN109184673A - 一种机械式管柱接箍检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械式管柱接箍检测装置及方法，该装置包含：外接触块，与油管或钻杆连接；内接触块，与油管或钻杆连接，并嵌在外接触块中，与外接触块轴向相对运动；外杆轴，与外接触块连接；内杆轴，与内接触块连接且嵌在外杆轴中，与外杆轴轴向相对运动；外杆轴位移指示杆，设置在外杆轴上；内杆轴位移指示杆，设置在内杆轴上；当接箍通过，内杆轴位移指示杆和外杆轴位移指示杆之间的距离变化，反之，两者之间的距离基本恒定。本发明采用机械方式检测油管/钻杆的接箍，该设备实现未来自动化、智能化起升、下放油管工作；在井眼中有、无压力的状况下都可准确进行接箍检测；当油管或钻杆在井眼中发生偏心或倾斜状况下也可准确进行接箍检测。

Description

一种机械式管柱接箍检测装置及方法

技术领域

本发明涉及接箍检测领域，特别涉及一种机械式管柱接箍检测装置及方法。

背景技术

目前，在钻井、修井、采油、带压作业等井场作业时都需要用到钻杆或油管，钻杆或油管都是通过接箍一节一节连接在一起进行使用，接箍的直径大于钻杆或油管本身的直径。

当在井眼中起升、下放油管/钻杆时，为了防止井喷要用密封件，需要对油管/钻杆外径进行密封，因为接箍直径大于油管/钻杆本身的直径，所以当接箍靠近油管/钻杆外径密封件时，密封件需打开接箍才能通过。其中，如何知道接箍师父靠近了油管/钻杆的外径密封件就是本发明研究的内容和解决的问题。

目前，对油管/钻杆接箍的检测多是采用电磁式、光栅式等光电磁的检测方法进行检测，这些检测方法对环境的要求较高，对环境变化的适应性较低，容错性较低；且在井场、井眼的恶劣环境下容易发生故障，无法工作或发生误判，所以本发明是采用机械装置对油管/钻杆的接箍进行检测，对环境和环境变化的适应性较高，在极恶劣的环境下也可以正常工作，不易发生故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械式管柱接箍检测装置及方法，可以用来检测油管或钻杆的接箍是否到达指定位置，该设备是未来自动化、智能化起升、下放油管工作的必备设备。该接箍检测装置在井眼中有、无压力的状况下都可以准确的进行接箍检测；且油管或钻杆在井眼中发生偏心或倾斜状况下也可以准确的进行接箍检测。

为了达到上述目的，本发明公开了一种机械式管柱接箍检测装置，包含：

外接触块，与油管或钻杆连接；

内接触块，与油管或钻杆连接，所述内接触块嵌在所述外接触块中，并与所述外接触块可轴向相对运动；

外杆轴，与所述外接触块连接；

内杆轴，与所述内接触块连接，所述内杆轴嵌在所述外杆轴中，并与所述外杆轴可轴向相对运动；

外杆轴位移指示杆，设置在所述外杆轴上，用以指示所述外杆轴的位移；

内杆轴位移指示杆，设置在所述内杆轴上，用以指示所述内杆轴的位移；当接箍通过时，所述内杆轴位移指示杆和所述外杆轴位移指示杆之间的距离有变化，反之，所述内杆轴位移指示杆和所述外杆轴位移指示杆之间的距离基本恒定。

优选地，所述外接触块和所述内接触块与油管或钻杆的外径接触；

所述内接触块、所述外接触块与油管或钻杆接触的一面为不规则的锥面，该不规则的锥面包围着油管或钻杆的外径。

优选地，所述内杆轴外侧套设有内杆轴活塞封堵螺母，所述内杆轴活塞封堵螺母被一外杆轴弹簧推压，以实现推压所述外杆轴，使得所述外接触块始终能与油管或钻杆接触；

所述外杆轴弹簧设置在一弹簧座上；所述弹簧座上还设置有一内杆轴弹簧，以实现推压所述内杆轴，使得所述内接触块始终能与油管或钻杆接触。

优选地，所述弹簧座与一弹簧调节螺栓固定连接，当转动所述弹簧调节螺栓时，用以调节外杆轴弹簧或者内杆轴弹簧的弹力大小；

所述弹簧调节螺栓外侧套设有一锁紧螺母，用以锁紧所述弹簧调节螺栓。

优选地，所述内杆轴远离油管或钻杆的一侧设置有内杆轴挡圈，用以限制所述内杆轴向靠近油管或钻杆一侧的方向进行轴向运动的极限位置。

优选地，所述内杆轴位移指示杆位于所述内杆轴远离油管或钻杆的一侧，所述外杆轴位移指示杆位于所述外杆轴远离油管或钻杆的一侧；所述内杆轴位移指示杆和所述外杆轴位移指示杆之间的距离变化值是所述接箍半径与油管或钻杆半径之差；

所述内杆轴位移指示杆和所述外杆轴位移指示杆上分别放置有位移传感器，两个位移传感器的位移信号差值是根据接箍的半径和油管或钻杆的半径之间的差值相应地进行设定，以实现是否检测到接箍的信号过程。

优选地，所述内杆轴外侧设置有内杆轴支架并从该内杆轴支架中伸出，所述内杆轴支架上固定有一防转螺栓，所述防转螺栓的下部嵌入所述内杆轴的防转槽中，以防止所述内杆轴在工作中发生转动，防止影响对所述内杆轴位移指示杆的观察和测量；

和/或，所述外杆轴外侧设置有外杆轴支架，所述外杆轴支架上开设有细长槽，用以限制所述外杆轴在工作中发生转动，防止影响对所述外杆轴位移指示杆的观察和测量。

优选地，该机械式管柱接箍检测装置，进一步包含压力平衡装置，用来平衡掉井液压力，消除井液压力对所述内杆轴和所述外杆轴的影响；

所述压力平衡装置上部通过井液管线连接井液，其下部分装液压油并通过液压管线连接第一液压腔和第二液压腔，且所述第一液压腔和所述第二液压腔相连通，实现井液与第一液压腔和第二液压腔的压力平衡；

所述压力平衡装置上部还设置有橡胶隔膜，用于隔绝井液和液压油，使井液不会污染液压油，且井液和液压油压力保持一样。

优选地，在所述第二液压腔中，所述内杆轴上的活塞面积设置成与内杆轴在井液中受到的压力面积相等，所述内杆轴轴向方向的第一侧和第二侧的受压面积相等，且受压压力相等，内杆轴不受井液压力影响；

和/或，在所述第一液压腔中，所述外杆轴上的活塞面积设置成与内杆轴和外杆轴在井液中受到的压力面积之和相等，所述外杆轴轴向方向的第一侧和第二侧的受压面积相等，且受压压力相等，外杆轴不受井液压力影响。

本发明还提供了一种采用如上文所述的机械式管柱接箍检测装置的接箍检测方法，该方法包含以下过程：

油管或钻杆在井眼中上升或下降，其外径与内接触块、外接触块一直保持接触；

当接箍靠近时，先碰触到所述外接触块的不规则锥面，则所述外接触块受到接箍的挤压而向远离油管或钻杆的一侧方向运动，使得与外接触块固定连接的外杆轴向远离油管或钻杆的一侧方向运动，则固定在外杆轴上的外杆轴位移指示杆向远离油管或钻杆的一侧方向运动；

当接箍还未触碰到内接触块时，所述内接触块未向远离油管或钻杆的一侧方向运动，与内接触块固定连接的内杆轴上的内杆轴位移指示杆未向远离油管或钻杆的一侧方向运动；当外杆轴位移指示杆与内杆轴位移指示杆之间的距离便发生变化，则检测到了接箍；反之，当接箍未到达时，所述外杆轴位移指示杆与所述内杆轴位移指示杆之间的距离基本恒定不变。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）本发明采用机械方式检测油管/钻杆的接箍，通过特别设计的压力平衡装置，能够在检测接箍时，不管井眼内有、无压力，或压力变化的范围多大、压力波动多剧烈，以及井液的组分怎样，均能很好地对接箍进行检测。（2）本发明采用两个独立又互有内在联系的接触块检测油管/钻杆的接箍，通过特殊的设计，使在检测接箍时，不论油管/钻杆在井眼内是否偏心或倾斜，均能很好地完成检测。（3）本发明适用性强，故障容错率高，设备安装好后，无需其他操作，当接箍到达指定位置时既能检测出，可以通过肉眼直接观测出接箍是否到达指定位置；也可以放置一个位移传感器，将接箍到达指定位置的信号传导到其他设备上，进而进行自动化、智能化的起升、下放油管作业；还可以将接箍到达指定位置时，设备的位移变化装置直接连接上液压或气动阀，直接进行液压或气动控制其他设备的启停，以实现非电气化的自动控制。（4）本发明设备安装好后，即使通过通径最大的油管挂也无需任何操作，可安全无阻碍地通过，不影响井眼内的任何操作，且井眼内的任何操作都不会对本发明设备造成伤害，且都无需专门注意或操作本发明设备，有接箍需要检测时，即可检测，无接箍需要检测时，无需特别管理。

附图说明

图1本发明的油管/钻杆接箍检测装置结构原理图（半边图）；

图2本发明的油管/钻杆接箍检测装置结构原理图（半边局部放大图）。

其中，1.内杆轴；2.内杆轴位移指示杆；3.内杆轴挡圈；4.防转螺栓；5.内杆轴支架；6.弹簧调节螺栓；7.锁紧螺母；8.封盖螺母；9.外杆轴支架；10.弹簧座；11.内杆轴弹簧；12.外杆轴位移指示杆；13.外杆轴；14.外杆轴弹簧；15.液压管线；16.内杆轴活塞封堵螺母；17.压力平衡装置；18.井液管线；19.油管；20.外接触块；21.内接触块；22.内六角螺栓；23.壳体。

具体实施方式

本发明公开了一种机械式管柱接箍检测装置及方法，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的机械式管柱接箍检测装置包含内接触块21、外接触块20、内杆轴1、内杆轴弹簧11、内杆轴支架5、外杆轴13、外杆轴弹簧14、外杆轴支架9和压力平衡装置17。

外接触块20和内接触块21与油管19（或钻杆，下同）外径一直保持接触，内接触块21、外接触块20与油管19接触的一面为不规则的锥面，不规则的锥面包围着油管19外径，不规则锥面的截面如图1中所示。

内接触块21嵌在外接触块20中，内接触块21和外接触块20可以轴向相对运动。外接触块20与外杆轴13固定连接，内接触块21与内杆轴1固定连接，且内杆轴1嵌在外杆轴13中，内杆轴1和外杆轴13可以轴向相对运动。内杆轴1的外侧设置有内杆轴活塞封堵螺母16，当外杆轴弹簧14推压内杆轴活塞封堵螺母16进而实现推压外杆轴13，使外接触块20始终能与油管19接触。当内杆轴弹簧11推压内杆轴1，使内接触块21始终能与油管19接触。

其中，内杆轴弹簧11、外杆轴弹簧14都坐在一弹簧座10上，该弹簧座10与一弹簧调节螺栓6固定连接，当转动弹簧调节螺栓6，可以调节弹簧（例如外杆轴弹簧14或者内杆轴弹簧11）的弹力大小。弹簧调节螺栓6的外侧套设有一锁紧螺母7，用来锁紧弹簧调节螺栓6。

内杆轴1的远离油管19一侧设置有内杆轴挡圈3，内杆轴挡圈3用以限制内杆轴1向右（远离油管1的一侧记为左，反之为右）轴向运动的极限位置，使内杆轴1不会因为内杆轴弹簧11的推压向右运动太多影响接箍的检测。

内杆轴1外侧设置有内杆轴支架5并从内杆轴

支架5中伸出，内杆轴1的远离油管19一侧设有内杆轴位移指示杆2，内杆轴位移指示杆2用以指示内杆轴1的位移；外杆轴13的远离油管19一侧设置有外杆轴位移指示杆12，外杆轴位移指示杆12用以指示外杆轴13的位移。当没有接箍通过时，内杆轴位移指示杆2和外杆轴位移指示杆12的距离基本恒定（当油管19倾斜时距离会有微弱变化），当有接箍通过时，内杆轴位移指示杆2和外杆轴位移指示杆12的距离会有变化，变化的距离即是接箍半径与油管19半径之差。

示例地，内杆轴支架5上固定一防转螺栓4，该防转螺栓4的下部嵌入内杆轴1的防转槽中，以防止内杆轴1在工作中发生转动，影响对内杆轴位移指示杆2的观察和测量。

示例地，外杆轴支架9套设在外杆轴13外侧，外杆轴支架9上开设有细长槽，用以限制外杆轴13在工作中发生转动，影响对外杆轴位移指示杆12的观察和测量。

本发明的压力平衡装置17用来平衡掉井液压力，消除井液压力对内杆轴1、外杆轴13的影响。压力平衡装置17的上部通过井液管线18连接井液，其下部分装液压油并通过液压管线15连接液压腔1和液压腔2，液压腔1和液压腔2相连通，则本发明通过压力平衡装置17可以实现井液与液压腔1、液压腔2的压力平衡。

压力平衡装置17上部的橡胶隔膜用于隔绝井液和液压油，使井液不会污染液压油，同时井液和液压油压力还能保持一样。

将液压腔2中，内杆轴1上的活塞面积设计成与内杆轴1在井液中受到的压力面积相等，则内杆轴1左、右的受压面积相等，且受压压力相等，则内杆轴1便不受井液压力影响。不管井液压力如何变化波动，井液组分如何变化，内杆轴1都可以灵活准确地实现其功能。同理，将液压腔1中，外杆轴13上的活塞面积设计成与内杆轴1和外杆轴13在井液中受到的压力面积之和相等，则外杆轴13左、右的受压面积相等，且受压压力相等，则外杆轴13便不受井液压力影响，不管井液压力如何变化波动，井液的组分如何变化，外杆轴13都可以灵活准确地实现其功能。

因为液压腔1、液压腔2中存在液压力，所以随着时间的推移，液压腔1、液压腔2中的液压油分别就会渗漏到液压腔3、液压腔4中，且液压腔3和液压腔4相连通，一旦液压腔3、液压腔4中的液压油积存到一定量，就会影响内外杆轴1、外杆轴13的运动，甚至使得内外杆轴1、外杆轴13无法运动，从而使接箍检测无法进行，所以在液压腔3、液压腔4中分别开设有小孔，直接连接外界，使渗漏进液压腔3、液压腔4中的液压油及时排出，从而使压力平衡装置17能够正常工作，而不受影响。

本发明的检测装置检测油管19接箍过程为：

油管19在井眼中上升或下降，其外径与内接触块21、外接触块20一直保持接触。

当接箍靠近时，先碰触到外接触块20的不规则锥面，则外接触块20受到接箍的挤压而向左运动，从而使与外接触块20固定在一起的外杆轴13向左运动，则固定在外杆轴13上的外杆轴位移指示杆12也向左运动。当接箍还未触碰到内接触块21时，内接触块21没有向左运动动作，则与内接触块21固定连接的内杆轴1上的内杆轴位移指示杆2也未向左运动动作，此时，外杆轴位移指示杆12与内杆轴位移指示杆2之间的距离便发生了变化，即检测到了接箍。其中，在检测接箍时，壳体23内井压的变化和波动都被压力平衡装置17平衡掉，所以井压不会对接箍的检测造成任何影响。

同理，当接箍未到达时，外杆轴位移指示杆12与内杆轴位移指示杆2之间的距离是几乎恒定不变的，只在油管19倾斜时会有细微的变化，因为此时外接触块20会比内接触块21先接触到油管19外径，但由于内接触块21、外接触块20紧挨在一起，所以外杆轴位移指示杆12与内杆轴位移指示杆2之间的距离变化很小，肉眼可直接观测出。

其中，为了实现在内杆轴位移指示杆2、外杆轴位移指示杆12上分别放置位移传感器，则只需根据接箍的半径和油管19的半径之间的差值，合理地设定两个位移传感器位移信号的差值，即可实现是否检测到接箍的信号。所以，当油管19发生倾斜时，本发明的检测装置仍然可以准确地检测接箍。当油管19发生偏心时，内接触块21、外接触块20连同内杆轴1、外杆轴13都会随着油管19一起发生偏移，只要没有接箍，则内杆轴1、外杆轴13之间都不会发生相对位移，即内杆轴位移指示杆2、外杆轴位移指示杆12之间的距离均不会发生变化，所以，当油管19发生偏心时，本发明的检测装置仍然可以准确地检测接箍。

本发明中，若接箍与油管19本身的半径差太大，则有可能接箍挤压开外接触块20后，接箍上/下平面分别落在了内接触块21的上/下平面上，对内接触块21造成破坏。为了避免此现象的发生，在液压腔3中，特别设计了内杆轴1、外杆轴13两液压作用面的距离A，从而使接箍挤压外接触块20向左运动距离A时，外杆轴13会带动内杆轴1一起向左运动，距离A即是起到限制内接触块21、外接触块20相对位移差值的作用，防止接箍对内接触块号21造成破坏。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，包含：

外接触块（20），与油管或钻杆连接；

内接触块（21），与油管或钻杆连接，所述内接触块（21）嵌在所述外接触块（20）中，并与所述外接触块（20）可轴向相对运动；

外杆轴（13），与所述外接触块（20）连接；

内杆轴（1），与所述内接触块（21）连接，所述内杆轴（1）嵌在所述外杆轴（13）中，并与所述外杆轴（13）可轴向相对运动；

外杆轴位移指示杆（12），设置在所述外杆轴（13）上，用以指示所述外杆轴（13）的位移；

内杆轴位移指示杆（2），设置在所述内杆轴（1）上，用以指示所述内杆轴（1）的位移；当接箍通过时，所述内杆轴位移指示杆（2）和所述外杆轴位移指示杆（12）之间的距离有变化，反之，所述内杆轴位移指示杆（2）和所述外杆轴位移指示杆（12）之间的距离基本恒定。

2.如权利要求1所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述外接触块（20）和所述内接触块（21）均与油管或钻杆的外径接触；

所述内接触块（21）、所述外接触块（20）与油管或钻杆接触的一面为不规则的锥面，该不规则的锥面包围着油管或钻杆的外径。

3.如权利要求1或2所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述内杆轴（1）外侧套设有内杆轴活塞封堵螺母（16），所述内杆轴活塞封堵螺母（16）被一外杆轴弹簧（14）推压，以实现推压所述外杆轴（13），使得所述外接触块（20）始终能与油管或钻杆接触；

所述外杆轴弹簧（14）设置在一弹簧座（10）上；

所述弹簧座（10）上还设置有一内杆轴弹簧（11），以实现推压所述内杆轴（1），使得所述内接触块（21）始终能与油管或钻杆接触。

4.如权利要求3所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述弹簧座（10）与一弹簧调节螺栓（6）固定连接，当转动所述弹簧调节螺栓（6）时，用以调节外杆轴弹簧（14）或者内杆轴弹簧（11）的弹力大小；

所述弹簧调节螺栓（6）外侧套设有一锁紧螺母（7），用以锁紧所述弹簧调节螺栓（6）。

5.如权利要求1所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述内杆轴（1）远离油管或钻杆的一侧设置有内杆轴挡圈（3），用以限制所述内杆轴（1）向靠近油管或钻杆一侧的方向进行轴向运动的极限位置。

6.如权利要求1所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述内杆轴位移指示杆（2）位于所述内杆轴（1）远离油管或钻杆的一侧，所述外杆轴位移指示杆（12）位于所述外杆轴（13）远离油管或钻杆的一侧；

所述内杆轴位移指示杆（2）和所述外杆轴位移指示杆（12）之间的距离变化值是所述接箍半径与油管或钻杆半径之差；

所述内杆轴位移指示杆（2）和所述外杆轴位移指示杆（12）上分别放置有位移传感器，两个位移传感器的位移信号差值是根据接箍的半径和油管或钻杆的半径之间的差值相应地进行设定，以实现是否检测到接箍的信号过程。

7.如权利要求1或5或6所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

所述内杆轴（1）外侧设置有内杆轴支架（5）并从该内杆轴支架（5）中伸出，所述内杆轴支架（5）上固定有一防转螺栓（4），所述防转螺栓（4）的下部嵌入所述内杆轴（1）的防转槽中，以防止所述内杆轴（1）在工作中发生转动，防止影响对所述内杆轴位移指示杆（2）的观察和测量；

和/或，所述外杆轴（13）外侧设置有外杆轴支架（9），所述外杆轴支架（9）上开设有细长槽，用以限制所述外杆轴（13）在工作中发生转动，防止影响对所述外杆轴位移指示杆（12）的观察和测量。

8.如权利要求1所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，进一步包含压力平衡装置（17），用来平衡掉井液压力，消除井液压力对所述内杆轴（1）和所述外杆轴（13）的影响；

所述压力平衡装置（17）上部通过井液管线（18）连接井液，其下部分装液压油并通过液压管线（15）连接第一液压腔和第二液压腔，且所述第一液压腔和所述第二液压腔相连通，实现井液与第一液压腔和第二液压腔的压力平衡；

所述压力平衡装置（17）上部还设置有橡胶隔膜，用于隔绝井液和液压油，使井液不会污染液压油，且井液和液压油压力保持一样。

9.如权利要求8所述的一种机械式管柱接箍检测装置，其特征在于，

在所述第二液压腔中，所述内杆轴（1）上的活塞面积设置成与内杆轴（1）在井液中受到的压力面积相等，所述内杆轴（1）轴向方向的第一侧和第二侧的受压面积相等，且受压压力相等，内杆轴（1）不受井液压力影响；

和/或，在所述第一液压腔中，所述外杆轴（13）上的活塞面积设置成与内杆轴（1）和外杆轴（13）在井液中受到的压力面积之和相等，所述外杆轴（13）轴向方向的第一侧和第二侧的受压面积相等，且受压压力相等，外杆轴（13）不受井液压力影响。

10.一种采用如权利要求1-9任意一项所述的机械式管柱接箍检测装置的接箍检测方法，其特征在于，该方法包含以下过程：

油管或钻杆在井眼中上升或下降，其外径与内接触块（21）、外接触块（20）一直保持接触；

当接箍靠近时，先碰触到所述外接触块（20）的不规则锥面，则所述外接触块（20）受到接箍的挤压而向远离油管或钻杆的一侧方向运动，使得与外接触块（20）固定连接的外杆轴（13）向远离油管或钻杆的一侧方向运动，则固定在外杆轴（13）上的外杆轴位移指示杆（12）向远离油管或钻杆的一侧方向运动；

当接箍还未触碰到内接触块（21）时，所述内接触块（21）未向远离油管或钻杆的一侧方向运动，与内接触块（21）固定连接的内杆轴（1）上的内杆轴位移指示杆（2）未向远离油管或钻杆的一侧方向运动；当外杆轴位移指示杆（12）与内杆轴位移指示杆（2）之间的距离便发生变化，则检测到了接箍；反之，当接箍未到达时，所述外杆轴位移指示杆（12）与所述内杆轴位移指示杆（2）之间的距离基本恒定不变。