CN109406619A - 一种立式井口钻杆损伤检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式井口钻杆损伤检测装置，其包括多个检测模块和多个扇形定位模块，各检测模块两侧分别通过一扇形定位模块相连构成环形架构；每一检测模块由内向外依次设置有传感器阵列、多对变径杆、分线盘、导向螺杆、中间推杆和滑板定位模块；传感器阵列包括多个环形排列的非磁性传感器封装盒，每一非磁性传感器封装盒内均设置有一磁记忆传感器，各磁记忆传感器引出的线缆固定于分线盘上；各对变径杆的一端通过非磁性销轴与各非磁性传感器封装盒相连，另一端与分线盘相连，且各对变径杆与分线盘之间还设置有一组拉簧；分线盘另一侧通过导向螺柱和中间推杆与滑板定位模块相连。本发明可以广泛应用于立式井口钻杆损伤检测领域。

Description

一种立式井口钻杆损伤检测装置

技术领域

本发明涉及一种井口检测装置，尤其涉及一种通过对钻具的磁记忆信号进行采集、分析，进而对钻具的损伤部位进行探伤、定位的立式井口钻杆损伤检测装置。

背景技术

近年，在石油钻采中，由于现实情况所迫，对于超深复杂井的开采越来越重要。钻具是石油钻柱的重要组成部分，主要用于传递动力和输送钻井液，由于超深复杂井钻探作业工况十分恶劣，在钻井过程中，钻杆承受拉、压、弯、扭载荷以及钻削过程中冲击振动引起的附加动载荷，钻具的疲劳断裂问题较为突出，严重情况下钻具会出现疲劳断裂失效，这在整个钻具失效事故中占有很大的比例，对钻井生产造成十分恶劣的影响，带来巨大的经济损失。而钻具螺纹断裂的主要原因是钻具的工作环境恶劣，所承受的交变载荷很大，应力集中严重，同时也会出现较高的交变应力，极易出现疲劳断裂。因此，有必要了解钻具的应力集中状况，以通过降低钻具的应力集中，来解决钻具断裂失效的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种立式井口钻杆损伤检测装置，该装置是从钻杆表面来对钻杆进行无损探伤；通过对钻杆受损部位的磁记忆信号进行检测、分析，从而对钻杆的受损部位进行探伤、定位；通过调节弹簧的作用，使磁探头能够紧密的贴合在钻杆表面，从而对钻杆进行准确的探伤、定位；该装置结构简单、轻便灵活、装卸方便，可以对不同尺寸的钻杆进行无损检测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：其包括多个检测模块和多个扇形定位模块，各所述检测模块两侧分别通过一所述扇形定位模块相连构成环形架构；每一所述检测模块由内向外依次设置有传感器阵列、多对变径杆、分线盘、导向螺杆、中间推杆和滑板定位模块；所述传感器阵列包括多个环形排列的非磁性传感器封装盒，每一所述非磁性传感器封装盒内均设置有一磁记忆传感器，各所述磁记忆传感器引出的线缆固定于所述分线盘上；所述各对变径杆的一端通过非磁性销轴与各所述非磁性传感器封装盒相连，另一端与所述分线盘相连，且各对所述变径杆与所述分线盘之间还设置有一组便于所述传感器阵列与待检测钻具紧密贴合的拉簧；所述分线盘另一侧通过所述导向螺柱和中间推杆与所述滑板定位模块相连。

所述每对变径杆均包括上下并排设置的第一变径杆和第二变径杆；所述第一变径杆呈直线型结构，所述直线型结构的前后两端分别设置有第一通孔；所述第二变径杆呈折线型结构，所述折线型结构的前后两端部分别设置有第二通孔，靠近后端的弯折处设置有第三通孔；所述第一变径杆前端的第一通孔和第二变径杆前端的第二通孔通过销轴与所述非磁性传感器封装盒一侧销轴连接；所述第一变径杆后端的第一通孔和第二变径杆弯折处的第三通孔通过销轴与分线盘销轴连接，所述第二变径杆后端的第二通孔通过一根拉簧与所述分线盘连接。

各所述分线盘呈圆弧结构，相互拼接构成支撑环架，每一所述分线盘均包括分线盘本体、分线盘上盖板和分线盘下盖板。

所述分线盘本体内圆的上下两表面间隔设置有四组上下对称的十字型孔槽；各所述孔槽内分别安装有一个用于与所述第二变径杆连接的销轴；各所述孔槽外侧的上表面设置有通孔，所述通孔下方设置有便于所述第二变径杆的弯折段插入的凹槽，位于各所述凹槽之间的所述分线盘本体外圆柱面上开设有用于与所述导向螺杆和中间推杆相连的三个安装孔；各孔槽两侧开设有用于与所述分线盘上、下盖板螺纹连接的螺纹孔；所述分线盘上盖板表面设置有与所述分线盘本体上十字型孔槽、螺纹孔、通孔相匹配的上十字型孔槽、上螺纹孔和上通孔，所述分线盘上盖板外圆柱面上开设有与所述上通孔相贯通的另一通孔，所述另一通孔内设置有销轴，所述销轴由另一所述通孔进入所述上通孔，且所述销轴与所述第二变径杆上第三通孔之间连有一根拉簧；所述分线盘下盖板表面设置有与所述分线盘本体上十字型孔槽、螺纹孔相匹配的下十字型孔槽和下螺纹孔。

所述分线盘的径向位置设有一个用于防止变径杆自由偏移的紧固螺栓。

所述滑板定位模块包括滑板模块、导轨、滑板定位块、顶盖和底板；两条所述导轨平行紧固设置在所述底板上；滑板模块架设在两条所述导轨上，所述滑板模块包括一个滑板和四个滑块，所述滑板包括两个连接条以及设置在两个连接条之间的前、后两连接块，两所述连接条两端均开设有用于与所述滑块紧固连接的连接孔，所述前、后两连接块两侧均开设有两个用于安装导向螺杆的贯穿通孔，所述前连接块中部还开设有一用于安装中间推杆的另一通孔，所述后连接块中部纵向开设有一用于安装定位螺栓的螺纹孔；所述滑板定位块紧固设置在两所述导轨之间的所述底板上，所述滑板定位块上开设有一系列便于调节所述滑板模块径向位置的通孔，所述滑板定位块上方设置有一活动板，所述活动板与所述顶盖通过销轴连接。

各所述扇形定位模块两侧分别设置有一半圆形凸起，所述滑板定位模块中的底板和顶盖两侧对应位置处均设置有一用于与所述扇形定位模块紧密衔接半圆形凹槽。

所述检测模块通过所述导向螺杆和中间推杆与所述滑板模块连接，所述导向螺杆和中间推杆上各设有一条弹簧，所述弹簧将所述检测模块紧固于所述导向螺杆顶端。

各所述非磁性传感器封装盒一侧为弧形，另一侧开口，开口侧盒体上下两端设置有一对用于与每对变径杆销轴连接的通孔。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明立式井口钻杆损伤检测装置，采用磁记忆传感器通过检测金属钻杆磁记忆信号变化来对钻杆进行探伤定位；沿结构架环向均匀分布16个磁记忆传感器，能够使每个传感器在环向、径向、轴向灵活调节，保证磁记忆传感器能够很好的贴合钻杆表面，从而能够获得更为精确的磁记忆信号，探测精度更高。2、本发明采用拉簧式变径杆结构，能够保证检测装置内的磁记忆传感器紧贴钻杆表面。3、本发明的检测装置尺寸小、质量轻、结构简单，能够灵活移动，使用方便，可以对不同尺寸的钻杆进行探伤。因此，本发明可以广泛应用于井口钻柱损伤检测中。

附图说明

图1为本发明立式井口钻杆损伤检测装置的结构示意图；

图2为图1的分解结构示意图；

图3为本发明中的传感器封装盒示意图；

图4(a)和图4(b)为本发明中变径杆示意图；

图5(a)～(c)分别为本发明中分线盘及其上下盖板示意图；

图6(a)～(b)分别为本发明中的销轴；

图7为本发明传感器阵列、变径杆和分线盘连接示意图；

图8为本发明滑板定位模块的分解结构示意图；

图9为本发明滑板模块中滑板的结构示意图；

图10为本发明滑板定位块示意图；

图11为本发明扇形定位模块示意图；

图12为本发明的立式井口钻杆损伤检测装置在井口检测钻杆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其包括四个检测模块1和四个扇形定位模块2(本发明仅以四个为例进行介绍，但不限于此)，各检测模块1两侧分别通过一扇形定位模块2相连构成环形架构。每一检测模块1由内向外依次为传感器阵列11、多对变径杆12、分线盘13、导向螺杆14、中间推杆15和滑板定位模块16。其中，传感器阵列11包括多个环形排列的非磁性传感器封装盒111，每一非磁性传感器封装盒111内均设置有一磁记忆传感器，各磁记忆传感器引出的线缆固定于分线盘13上；各对变径杆12的一端通过非磁性销轴与各非磁性传感器封装盒111相连，另一端与分线盘13相连，且各变径杆12与分线盘13之间设置有一组便于传感器阵列11与待检测钻具紧密贴合的拉簧；分线盘13另一侧通过导向螺柱14和中间推杆15与滑板定位模块16相连。该装置通过传感器阵列11中的磁记忆传感器检测金属钻具表面和内部磁记忆信号的变化进行探伤定位；通过变径杆12及其与分线盘13之间的拉簧，保证磁记忆传感器与金属钻具的紧密贴合，从而能够获得更为精确的磁记忆信号，探测精度更高。该装置结构简单、移动灵活，可以对不同尺寸的钻具进行探伤。

如图3所示，各非磁性传感器封装盒111一侧为弧形，另一侧开口，开口侧盒体上下两端设置有一对用于与每对变径杆12销轴连接的通孔112。

如图4(a)、4(b)所示，每对变径杆12均包括上下并排设置的第一变径杆121和第二变径杆122，第一变径杆121呈直线型结构(如图4(a)所示)，该直线型结构的前后两端部分别设置通孔123、124；第二变径杆122呈折线型结构(如图4(b)所示)，该折线型结构的前后两端部分别设置有通孔125、126，靠近后端的弯折处设置有通孔127。其中，第一变径杆121前端的通孔123和第二变径杆122前端的通孔125通过销轴17与非磁性传感器封装盒111一侧的两通孔112销轴连接；第一变径杆121后端的通孔124和第二变径杆122弯折处的通孔127通过销轴18与分线盘13销轴连接，第二变径杆122上的通孔126通过一根拉簧与分线盘13连接。

如图5(a)～(c)、图6(a)～(b)、图7所示，各分线盘13呈圆弧形结构，相互拼接构成支撑环架，每一分线盘13均包括分线盘本体131、分线盘上盖板132和分线盘下盖板133。其中，分线盘本体131内圆的上下两表面间隔设置有四组上下对称的十字型孔槽134，各孔槽134内分别安装有一个用于与第二变径杆122连接的销轴18(如图6(b)所示)；各孔槽134外侧的上表面设置有通孔135，通孔135下方设置有便于第二变径杆122的弯折段插入的凹槽，位于各凹槽之间的分线盘本体外圆柱面上开设有用于与导向螺杆和中间推杆相连的三个安装孔136(如图5(a)所示)；各孔槽134两侧开设有用于与分线盘上、下盖板132、133螺纹连接的螺纹孔137；分线盘上盖板132表面设置有与分线盘本体上十字型孔槽134、通孔135、螺纹孔137相匹配的上十字型孔槽、上螺纹孔和上通孔，分线盘上盖板132外圆柱面上开设有与通孔135相贯通的通孔138(如图5(b)所示)，通孔138内设置有销轴17(如图6(a)所示)，销轴17由通孔138进入上通孔，且销轴17与第二变径杆122上通孔126之间连有一根拉簧(即拉簧一端的挂钩挂在通孔126上，另一端的挂钩挂在销轴17上)，在拉簧的作用下使得传感器阵列11与待检测金属钻杆紧密贴合；分线盘下盖板133表面设置有与分线盘本体131上十字型孔槽、螺纹孔相匹配的下十字型孔槽和下螺纹孔(如图5(c)所示)。

如图8～10所示，滑板定位模块16包括滑板模块160、导轨161、滑板定位块162、顶盖163和底板164。其中，两条导轨161平行紧固设置在底板164上，导轨161上架设滑板模块160；滑板模块160包括一个滑板165(如图9所示)和四个滑块(图中未示出)，滑板165包括两个连接条166以及设置在两个连接条166之间的前、后两连接块167、168，两个连接条166两端均开设有用于与滑块紧固连接的连接孔，前、后两连接块167、168两侧均开设有两个用于安装导向螺柱14的贯穿通孔，前连接块167中部还开设有一用于安装中间推杆15的另一通孔，后连接块168中部纵向开设有一用于安装定位螺栓的螺纹孔。滑板定位块162紧固设置在两导轨161之间的底板164上，滑板定位块162上开设有一系列便于调节滑板模块160径向位置的通孔(如图10所示)，滑板定位块162上方设置有一活动板169，该活动板169与顶盖163通过销轴连接，便于通过调节滑板模块160上的定位螺栓，进而调节滑板模块160的径向位置，以满足检测不同规格钻杆的需要。

进一步地，如图11所示，各扇形定位模块2两侧分别设置有一半圆形凸起，滑板定位模块16中的底板164和顶盖163两侧对应位置处均设置有一半圆形凹槽，用于与扇形定位模块2紧密衔接，起到防止检测模块错位的作用。

进一步地，传感器阵列11中每一个磁记忆传感器的提离值(传感器与被测钻杆之间的距离)相同。变径杆12在拉簧的作用下使传感器阵列与待检测金属钻杆表面紧密贴合，保证传感器与金属钻杆之间具有相同的提离值。

进一步地，通过对中间推杆进行调节，传感器检测模块在不工作时可被纳入滑板定位模块16内，便于携带和保存。

进一步地，检测模块1周向由导向螺杆14和中间推杆15与滑板定位模块16连接，且导向螺杆14和中间推杆15上各设有一条弹簧，该弹簧将检测模块1紧固于导向螺杆顶端。

进一步地，分线盘13的径向位置设有一个紧固螺栓，紧固螺栓为防止变径杆自由偏移，起到限位器的作用。

下面对本发明的使用方法做详细介绍。

如图12所示，依据被检测钻杆的直径的大小，调节立式井口钻杆损伤检测装置中滑板模块160与滑板定位块162的位置。具体操作方法为，将立式井口钻杆损伤检测装置安装于井口，钻杆穿过立式井口钻杆损伤检测装置的中空位置，打开滑板定位模块16中的顶盖活动板169，通过调节立式井口钻杆损伤检测装置中滑板模块160上的定位螺栓，使立式井口钻杆损伤检测装置中的传感器阵列11与钻杆贴合，立式井口钻杆损伤检测装置采用弹性变径结构能够保证传感器阵列11与附有泥垢的钻杆表面紧密贴合，根据金属磁记忆检测的原理，通过采集被测钻杆的磁记忆特征信号进行检测、分析，从而实现对钻杆的受损部位进行探伤、定位；钻杆检测前，无需对钻杆干表面进行充磁和清理，使用方便；立式井口钻杆损伤检测装置采用分块组装模式，使用时能够快速移动和组装。

本发明立式井口钻杆损伤检测装置，采用磁记忆传感器通过检测金属钻杆磁记忆信号变化来对钻杆进行探伤定位；沿钻杆周向均布16个磁记忆传感器，能够使每个传感器在径向和轴向灵活调节，使传感器阵列始终与钻杆能够很好地贴合，从而获得精确的磁记忆信号，提高检测装置的精度。本发明的检测装置结构简单，能够灵活移动，使用方便，可以适用不同尺寸的井口钻杆的探伤检测。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：其包括多个检测模块和多个扇形定位模块，各所述检测模块两侧分别通过一所述扇形定位模块相连构成环形架构；

每一所述检测模块由内向外依次设置有传感器阵列、多对变径杆、分线盘、导向螺杆、中间推杆和滑板定位模块；

所述传感器阵列包括多个环形排列的非磁性传感器封装盒，每一所述非磁性传感器封装盒内均设置有一磁记忆传感器，各所述磁记忆传感器引出的线缆固定于所述分线盘上；

所述各对变径杆的一端通过非磁性销轴与各所述非磁性传感器封装盒相连，另一端与所述分线盘相连，且各对所述变径杆与所述分线盘之间还设置有一组便于所述传感器阵列与待检测钻具紧密贴合的拉簧；

所述分线盘另一侧通过所述导向螺柱和中间推杆与所述滑板定位模块相连。

2.如权利要求1所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：所述每对变径杆均包括上下并排设置的第一变径杆和第二变径杆；

所述第一变径杆呈直线型结构，所述直线型结构的前后两端分别设置有第一通孔；

所述第二变径杆呈折线型结构，所述折线型结构的前后两端部分别设置有第二通孔，靠近后端的弯折处设置有第三通孔；

所述第一变径杆前端的第一通孔和第二变径杆前端的第二通孔通过销轴与所述非磁性传感器封装盒一侧销轴连接；

所述第一变径杆后端的第一通孔和第二变径杆弯折处的第三通孔通过销轴与分线盘销轴连接，所述第二变径杆后端的第二通孔通过一根拉簧与所述分线盘连接。

3.如权利要求2所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：各所述分线盘呈圆弧结构，相互拼接构成支撑环架，每一所述分线盘均包括分线盘本体、分线盘上盖板和分线盘下盖板。

4.如权利要求3所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：所述分线盘本体内圆的上下两表面间隔设置有四组上下对称的十字型孔槽；

各所述孔槽内分别安装有一个用于与所述第二变径杆连接的销轴；

各所述孔槽外侧的上表面设置有通孔，所述通孔下方设置有便于所述第二变径杆的弯折段插入的凹槽，位于各所述凹槽之间的所述分线盘本体外圆柱面上开设有用于与所述导向螺杆和中间推杆相连的三个安装孔；各孔槽两侧开设有用于与所述分线盘上、下盖板螺纹连接的螺纹孔；

所述分线盘上盖板表面设置有与所述分线盘本体上十字型孔槽、螺纹孔、通孔相匹配的上十字型孔槽、上螺纹孔和上通孔，所述分线盘上盖板外圆柱面上开设有与所述上通孔相贯通的另一通孔，所述另一通孔内设置有销轴，所述销轴由另一所述通孔进入所述上通孔，且所述销轴与所述第二变径杆上第三通孔之间连有一根拉簧；

所述分线盘下盖板表面设置有与所述分线盘本体上十字型孔槽、螺纹孔相匹配的下十字型孔槽和下螺纹孔。

5.如权利要求3所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：所述分线盘的径向位置设有一个用于防止变径杆自由偏移的紧固螺栓。

6.如权利要求1所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：所述滑板定位模块包括滑板模块、导轨、滑板定位块、顶盖和底板；

两条所述导轨平行紧固设置在所述底板上；

滑板模块架设在两条所述导轨上，所述滑板模块包括一个滑板和四个滑块，所述滑板包括两个连接条以及设置在两个连接条之间的前、后两连接块，两所述连接条两端均开设有用于与所述滑块紧固连接的连接孔，所述前、后两连接块两侧均开设有两个用于安装导向螺杆的贯穿通孔，所述前连接块中部还开设有一用于安装中间推杆的另一通孔，所述后连接块中部纵向开设有一用于安装定位螺栓的螺纹孔；

所述滑板定位块紧固设置在两所述导轨之间的所述底板上，所述滑板定位块上开设有一系列便于调节所述滑板模块径向位置的通孔，所述滑板定位块上方设置有一活动板，所述活动板与所述顶盖通过销轴连接。

7.如权利要求6所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：各所述扇形定位模块两侧分别设置有一半圆形凸起，所述滑板定位模块中的底板和顶盖两侧对应位置处均设置有一用于与所述扇形定位模块紧密衔接半圆形凹槽。

8.如权利要求1所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：所述检测模块通过所述导向螺杆和中间推杆与所述滑板模块连接，所述导向螺杆和中间推杆上各设有一条弹簧，所述弹簧将所述检测模块紧固于所述导向螺杆顶端。

9.如权利要求1所述的一种立式井口钻杆损伤检测装置，其特征在于：各所述非磁性传感器封装盒一侧为弧形，另一侧开口，开口侧盒体上下两端设置有一对用于与每对变径杆销轴连接的通孔。