CN112525132B - 一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法 - Google Patents

一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法，属于石油管计量技术领域。包括连接杆以及分设于连接杆两侧的定位单元和测量单元；连接杆一端通过孔与定位单元套接，连接杆所述端部上设有用于带动连接杆和测量单元在石油管内轴向旋转和径向滑动的旋转把手；定位单元和测量单元通过三个测杆分别连接一个测头；定位单元上还设有数显模块和第一位移模块，测量单元上设有第二位移模块，数显模块、第一位移模块和第二位移模块为电性连接。本发明通过定位和测量步骤，提高椭圆度的测量精度，同时使测量单元在待测石油管内壁滑动，重复定位操作和测量操作，对待测石油管内壁每个剖面的各点椭圆度进行测量，得到待测石油管的整体椭圆度。

Description

一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法
技术领域
本发明属于石油管计量技术领域，涉及一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法。
背景技术
石油管是通过外螺纹与内壁连接起来，螺纹连接处的强度受到很多因素的影响，其中包括石油管内壁椭圆度，石油管内壁椭圆度及其跳跃性对石油管接头抗挤强度的影响也是被重点关注的。
目前测量石油管内壁椭圆度大多是确定一个剖面的几个定点后，测量其外径，然后测量相应的壁厚，相减得到内径尺寸后，然后计算内壁椭圆度。由于外径的测量本身包含一次误差，壁厚的测量又包含一次误差，计算时误差会叠加。并且这种测量方法只是反映了几个定点的尺寸，无法较大范围的反映石油管内壁整体椭圆度。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石油管内壁椭圆度测量仪及其测量方法，本发明能够对石油管内径尺寸的变化实现精确测量，并且适用于大范围的反映石油管内壁整体的椭圆度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种石油管内壁椭圆度测量仪，包括连接杆，以及分别设于连接杆两侧的定位单元和测量单元；连接杆一端通过孔穿过定位单元，且在连接杆一端上设有旋转把手，旋转把手用于带动连接杆和测量单元在石油管内轴向旋转和径向滑动；其中，定位单元和测量单元均包括三个测头，测头通过测杆设置在定位单元和测量单元上；其中，定位单元上还设有数显模块和第一位移模块，测量单元上设有第二位移模块，数显模块、第一位移模块和第二位移模块为电性连接。
优选地，三个测头互成120°夹角。
优选地，测头为接触式测头。
优选地，第一位移模块包括电连接的第一位移传感器、第一蓝牙接收器和用于计算并存储椭圆度的单片机；第二位移模块包括电连接的第二位移传感器和第二蓝牙发送器。
优选地，测杆为可伸缩测量杆。
优选地，连接杆为可伸缩连接杆。
本发明还公开了上述石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，包括：
1)定位：将所述石油管内壁椭圆度测量仪放置于待测石油管内，保证定位单元的椭圆度测量仪中心与待测石油管的圆心重合，将定位单元的三个测头与待测石油管内壁贴合；
2)测量：使测量单元的三个测头紧贴石油管内壁，然后旋转测量单元，测得待测石油管某一剖面的椭圆度。
优选地，实施定位操作时，定位单元三个测头中，每两个测头的测量长度绝对差值满足：
Figure BDA0002773500700000021
式中，DΔ是每两个测头的测量长度绝对差值，D为石油管的公称直径。
优选地，待测石油管某一剖面的椭圆度的计算公式如下：
Figure BDA0002773500700000022
式中，m，n，p分别为测量单元的三个测头的测量长度；D为石油管的公称直径。
优选地，调节可伸缩连接杆，使测量单元在待测石油管内壁滑动，重复定位操作和测量操作，对待测石油管内壁每个剖面的各点椭圆度进行测量，得到待测石油管的整体椭圆度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种石油管内壁椭圆度测量仪，通过定位单元和测量单元，定位单元固定在管体内壁进行定位，定位单元定位固定了测量中心，保证测量中心与管体内径圆心一致，提高了测量精度，其他测量仪并无定位操作。通过测量单元设置的三个接触式测头，通过特定算法计算椭圆度，在保证测量精度的同时，避免误差的引入；旋转把手能够带动测量单元在管体轴向旋转，也可以带动测量单元在管体径向滑动，能测，能够使本发明所述石油管内壁椭圆度测量仪具有大范围的反映石油管内壁整体的椭圆度的测量量程。
进一步地，通过将测头的角度设计为互成120°夹角，能够在最少的测头数量使用条件下保证测量结果精准度，减少了无必要的数据统计，降低了设计成本，同时降低了数据处理复杂度。
进一步地，通过选择可伸缩的测杆或连接杆，均能够增加测量过程的稳定度，进而提高结果精确度。
本发明还公开了上述石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，本发明利用一端为定位单元，另一端为检测端，先定位后测量，提高检测精度；通过旋转测量单元，使得后端测量单元的椭圆度测量仪测量一次就可得到当前剖面的椭圆度，大幅提高测量效率；通过将后端测量单元的椭圆度测量仪在待测石油管内壁滑动，能够得到每个剖面椭圆度，最终可得到所测石油管内壁整体椭圆度。
附图说明
图1为本发明测量仪示意图；
图2本发明实施例提供的数学原理图。
图中：1-测头，2-测杆，3-数显模块，4-连接杆；5-定位单元；6-测量单元；7-旋转把手。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
参见图1，为本发明公开的一种石油管内壁椭圆度测量仪，包括分别设于连接杆4两侧的定位单元5和测量单元6，测量单元6与连接杆4通过焊接方式固定，定位单元5中间留有孔洞，连接杆4通过该孔洞穿入定位单元5，连接杆4穿过该孔洞的端部与旋转把手7通过螺纹方式连接。测量时，定位单元5固定在管体内壁进行定位，旋转把手7可带动连接杆4和测量单元6在管体轴向旋转，也可以带动连接杆4和测量单元6在管体径向滑动；定位单元5和测量单元6上均设置有三根测杆2，每个测杆2上有一个测头1，测头1为接触式测头，测杆2为可伸缩测量杆使测头1可伸缩，三个测头1互成120°夹角。本发明公开的石油管内壁椭圆度测量仪的定位单元5还设有和数显模块3和第一位移模块，第一位移模块内置电连接的第一位移传感器、第一蓝牙接收器、单片机，本发明公开的石油管内壁椭圆度测量仪的测量单元6上设有第二位移模块，第二位移模块内置电连接的第二位移传感器、第二蓝牙发送器。数显模块3、第一位移模块和第二位移模块为电性连接。
使用时，测量单元6上的第二位移传感器采集到测头数据后，通过第二蓝牙发送器将所得测头数据发送至定位单元5的第一蓝牙接收器，使用提前具有椭圆度算法的单片机，通过第一蓝牙接收器将所得测头数据发送至单片机计算椭圆度，单片机将椭圆度计算出来后，将所得椭圆度能够直接在数显模块3显示管体实时椭圆度以及测头1采集的测头数据实时数值，全部数据可在单片机中存储，并用于与预设的标准椭圆度进行比对。
具体地，在本发明的某一具体实施例中，可伸缩测量杆由两段直径不同的空心管套接而成，两段空心管上还有定位螺栓，测量时，将定位螺栓拧紧，使得两段空心管的相对位置保持不变，两段空心管通过内置的压缩弹簧连接，压缩弹簧能够维持空心套管具有一定的初始长度，并能够满足在石油管内的内经环境中，使测头1与石油管内壁接触并进行测量。
具体地，在本发明的某一具体实施例中，数显模块3可选用西门子RLU系列，位移传感器可选用基恩士GT2系列、蓝牙发送器和蓝牙接收器可选用马尔。
具体地，在本发明的某一具体实施例中，连接杆4为可伸缩连接杆，可伸缩连接杆为能够伸缩的空心套管组。
本发明还公开了采用本发明上述的石油管内壁椭圆度测量仪对石油管内壁椭圆度的测量方法：
一、定位：首先将所述石油管内壁椭圆度测量仪放置于石油管内壁，将椭圆度测量仪定位单元5的测头1的可伸缩测量杆的长度调整与待测石油管名义内径一致，然后进行调整，将三个测头1伸长或缩短至与石油管内壁贴合，三个测头1的长度尽量保持一致或绝对差值较小，使定位单元5的三个测头1与待测石油管管壁的圆心重合。
二、测量：将测量单元6放置在管体待测位置，(三个测杆2将测头1紧贴待测石油管内壁，触发测头1测量后，测量单元6的第二位移传感器采集到测头数据后，通过第二蓝牙发送器发送至定位单元5的第一蓝牙接收器，将以下算法存入单片机，单片机将椭圆度计算出来后，可直接在数显模块3显示管体实时椭圆度以及测头采集的实时数值，旋转把手7可带动测量单元6在管体周向旋转，可对管体周向进行测量，旋转把手也可带动测量单元在管体径向滑动，可对管体径向进行测量，再重复以上操作，可大范围的测量石油管内壁的整体椭圆度。
其中，定位单元5的三个测头1中，每两个测头1的测量长度绝对差值满足：
Figure BDA0002773500700000061
式中，DΔ是每两个测头1的测量长度绝对差值，D为石油管的公称直径。
因石油管管体为近似椭圆，那么本发明公开的石油管内壁椭圆度测量仪只需进行一次测量，即可确认石油管内壁近似椭圆的最大直径和最小直径。如图2所示，本测量仪测量一次得到石油管内壁近似椭圆的最大直径和最小直径的数学原理图。
图中OA，OB，OC为任意位置，测头与内壁贴合时，三个测头的长度，设：OA＝m，OB＝n，OC＝p，OA，OB，OC互成120°夹角。
设椭圆最小径为a，最大径为b。可求得：
Figure BDA0002773500700000062
Figure BDA0002773500700000063
公称直径为D，那么此剖面的椭圆度为：
Figure BDA0002773500700000071
具体地，首先将本发明公开的石油管内壁椭圆度测量仪放置于石油管内，将定位单元5的三个测头1伸长或缩短于石油管内壁贴合，三个测头1的长度尽量保持一致或绝对差值较小。调整后端测量单元6的椭圆度测量仪，使得三个测头1紧贴石油管内壁，然后旋转，记录三个测头1的长度。然后伸长或缩短连接杆4，并通过旋转把手7带动连接杆4和测量单元6在管体周向旋转，或通过旋转把手7带动连接杆4和测量单元6在管体径向滑动，使后端测量单元6的椭圆度测量仪在待测石油管内壁滑动，在重复以上操作，可大范围的测量石油管内壁的整体椭圆度。
测量待测石油管同一剖面的最大直径于公称直径的差记为M，最小直径于公称直径的差记为N，公称直径为D那么此剖面的椭圆度为：
Figure BDA0002773500700000072
将石油管归类为近似椭圆或圆，那么本测量仪只需进行一次测量，设测量单元6的三个测头1的测量长度为m，n，p。待测石油管的公称直径为D，那么此剖面的椭圆度为：
Figure BDA0002773500700000073
使测量单元6在待测石油管内壁滑动，重复定位操作和测量操作，对待测石油管内壁每个剖面的各点椭圆度进行测量，得到待测石油管的整体椭圆度。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，其特征在于，所述石油管内壁椭圆度测量仪包括连接杆(4)，以及分别设于连接杆(4)两侧的定位单元(5)和测量单元(6)；
连接杆(4)靠近定位单元(5)的一端上设有旋转把手(7)，旋转把手(7)用于带动连接杆(4)和测量单元(6)在石油管内轴向旋转和径向滑动；连接杆(4)为可伸缩连接杆；
其中，定位单元(5)和测量单元(6)均包括三个测头(1)，三个测头(1)互成120°夹角，测头(1)通过测杆(2)设置在定位单元(5)和测量单元(6)上；测杆(2)为可伸缩测量杆；
其中，定位单元(5)上还设有数显模块(3)和第一位移模块，测量单元(6)上设有第二位移模块，数显模块(3)、第一位移模块和第二位移模块为电性连接；
所述石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法包括：
1)定位：将所述石油管内壁椭圆度测量仪放置于待测石油管内，保证定位单元(5)的椭圆度测量仪中心与待测石油管的圆心重合，将定位单元(5)的三个测头(1)与待测石油管内壁贴合；
2)测量：使测量单元(6)的三个测头(1)紧贴石油管内壁，然后旋转测量单元(6)，测得待测石油管某一剖面的椭圆度；
待测石油管某一剖面的椭圆度的计算公式如下：
Figure FDA0003547844790000011
式中，m，n，p分别为测量单元(6)的三个测头(1)的测量长度；D为石油管的公称直径。
2.根据权利要求1所述的石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，其特征在于，测头(1)为接触式测头。
3.根据权利要求1所述的石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，其特征在于，第一位移模块包括电连接的第一位移传感器、第一蓝牙接收器和用于计算并存储椭圆度的单片机；第二位移模块包括电连接的第二位移传感器和第二蓝牙发送器。
4.根据权利要求1所述的石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，其特征在于，实施定位操作时，定位单元(5)三个测头(1)中，每两个测头(1)的测量长度绝对差值满足：
Figure FDA0003547844790000021
式中，DΔ是每两个测头(1)的测量长度绝对差值，D为石油管的公称直径。
5.根据权利要求1所述的石油管内壁椭圆度测量仪的测量方法，其特征在于，调节可伸缩连接杆，使测量单元(6)在待测石油管内壁滑动，重复定位操作和测量操作，对待测石油管内壁每个剖面的各点椭圆度进行测量，得到待测石油管的整体椭圆度。
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