CN112833817B - 一种油套管实物断面形貌的检测方法及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油套管实物断面形貌的检测方法及检测装置，包括：在油套管实物断口端面的正前方，控制激光测距仪发射的激光绕油套管实物断口端面周向移动，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合；在油套管实物断口端面的正前方，利用图像采集设备拍摄油套管实物断口端面的图像，根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度；根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。本发明对油套管实物断面形貌的检测时，能有效减少人员分析随意性及主观性误差。

Description

一种油套管实物断面形貌的检测方法及检测装置
技术领域
本发明涉及到对油套管进行拉伸失效分析及试验检验领域，具体涉及一种油套管实物断面形貌的检测方法及检测装置。
背景技术
油套管受轴向载荷发生失效的事件时有发生。为了进一步对事故分析，改进生产，通常会对失效试样断口进行宏观分析，查找失效原因。人工测量断面面积，裂纹长度，撕裂形态等，因此需要对宏观试样进行切割分解，对分割后的断口分别进行测量观察再进行重叠组合，需要机械加工部门进行试样制备，涉及人员多、工序广、周期长的问题，而各失效分析人员因观察角度、工作经验等各种形态的理解不同，结论分析也是有所分歧。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种油套管实物断面形貌的检测方法及检测装置，对油套管实物断面形貌的检测时，能有效减少人员分析随意性及主观性误差。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种对油套管实物断面形貌的检测方法，包括：
在油套管实物断口端面的正前方，控制激光测距仪发射的激光绕油套管实物断口端面周向移动，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合；
在油套管实物断口端面的正前方，利用图像采集设备拍摄油套管实物断口端面的图像，根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度；
根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。
进一步地，所述图像采集设备为照相机。
一种对油套管实物断面形貌的检测设备，包括激光测距仪、图像采集设备和计算机，所述激光测距仪和所述图像采集设备分别与所述计算机连接，所述激光测距仪和所述图像采集设备位于待检测油套管实物的正前方；
所述激光测距仪用于发射绕油套管实物断口端面周向移动的激光，并测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合，并将距离集合发送给所述计算机；
所述图像采集设备用于拍摄油套管实物断口端面的图像，并将油套管实物断口端面的图像发送给所述计算机；
所述计算机用于根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度，并根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。
进一步地，还包括油套管夹持装置，所述油套管夹持装置用于夹持固定待检测油套管。
进一步地，还包括激光角度校准板，所述激光角度校准板设置在所述油套管夹持装置上，所述激光角度校准板与待检测油套管的轴线垂直设置。
进一步地，还包括测距仪高度调节装置，所述测距仪高度调节装置包括蜗轮蜗杆升降微调节装置，所述蜗轮蜗杆升降微调节装置的涡杆顶部配合有环向旋转装置，所述激光测距仪固定在所述环向旋转装置上。
进一步地，所述蜗轮蜗杆升降微调节装置的涡杆底部固定有底座。
进一步地，所述底座上还设置有位移传感器，所述位移传感器与所述计算机连接，所述位移传感器用于采集所述激光测距仪的升降高度。
进一步地，还包括有效长度辅助测量器，所述有效长度辅助测量器与所述计算机连接，所述有效长度辅助测量器用于测量油套管实物断口端面的有效长度，并将有效长度发送给所述计算机，所述计算机用于筛除不在有效长度范围内的激光发射点到油套管实物断口端面的距离。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种对油套管实物断面形貌的检测方法，在油套管实物断口端面的正前方，控制激光测距仪发射的激光绕油套管实物断口端面周向移动，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合；在油套管实物断口端面的正前方，利用图像采集设备拍摄油套管实物断口端面的图像，根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度；本实施例中，图像采集设备为照相机；根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。本发明有效解决人工进行油套管试样断口原因分析的延时性问题，解决失效分析随意性，用激光测距仪对断口截面进行数字量化，并最终在计算机得出计算结果，通过对相对位置的记录，输入相对位置比例，得到缺陷的相应微观模拟信息，这些信息最终都将存储在后台数据库中，行业失效分析专家会对每一种失效形态进行统一分析判断，得出分析结论，对失效的方式进行分类判断。数据库存储失效试样达到一定数量，通过计算机比对，就能对比找到其失效形式及失效机理进行判断，整个过程中，无需对试样进行加工处理，通过光学呈像，计算机数字模拟计算，3D数字化存储，数据库相似度查找。目前行业内对试样横向断口的失效分析周期在45天以上，通过本发明，可以对失效分析周期缩短至3～7天以内，其分析结果的客观性和准确性也会随着大量数据库的建立而提高。失效形态形成电子档案记录，为失效机理及破口形成提供了直接证据，也为不同管体材料、不同管径的油套管失效研究提供了依据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明油套管实物断面形貌检测示意图；
图2为本发明测距仪高度调节装置示意图；
图3～5为油套管夹持装置的实施例示意图。
1-激光测距仪；2-图像采集设备；3-计算机；4-油套管夹持装置；5-激光角度校准板；6-蜗轮蜗杆升降微调节装置；7-环向旋转装置；8-底座；9-位移传感器；10-待检测油套管；11-有效长度辅助测量器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
作为本发明的某一具体实施方式，一种对油套管实物断面形貌的检测方法，包括：
在油套管实物断口端面的正前方，控制激光测距仪发射的激光绕油套管实物断口端面周向移动，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合；
在油套管实物断口端面的正前方，利用图像采集设备拍摄油套管实物断口端面的图像，根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度；本实施例中，图像采集设备为照相机；
根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。
激光测距仪可以对油套管进行微观观察，激光测距仪的精度可以达到微米级别，通过细分电路可以达到0.1μm，甚至0.025μm，可以对断口端面的宽度，断口内缺陷及形态走向进行微观观察分析。通过数据还原建立3D模型，失效分析专家达成共识后给出判别结果，连同模型以数据形式等比例存储在相应的软件数据库中，以供下一次计算机自动放大或缩小比例进行失效模拟比对，为失效分析进行参考。
如图1所示，本发明提供的一种对油套管实物断面形貌的检测设备，包括激光测距仪1、图像采集设备2、计算机3、油套管夹持装置4和激光角度校准板5，激光测距仪1和图像采集设备2分别与计算机3连接，激光测距仪1和图像采集设备2位于待检测油套管实物的正前方。激光测距仪1用于发射绕油套管实物断口端面周向移动的激光，并测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合，并将距离集合发送给计算机3。图像采集设备2用于拍摄油套管实物断口端面的图像，并将油套管实物断口端面的图像发送给计算机3。计算机3用于根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度，并根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌。油套管夹持装置4用于夹持固定待检测油套管。激光角度校准板5设置在油套管夹持装置4上，激光角度校准板5与待检测油套管的轴线垂直设置。
优选的，还包括测距仪高度调节装置，具体如图2所示，测距仪高度调节装置包括蜗轮蜗杆升降微调节装置6，蜗轮蜗杆升降微调节装置6的涡杆顶部配合有环向旋转装置7，蜗轮蜗杆升降微调节装置6的涡杆底部固定有底座8，激光测距仪1固定在环向旋转装置7上。通过测距仪高度调节装置调节测距仪的高度。底座8上还设置有位移传感器9，位移传感器9与计算机3连接，位移传感器9用于采集激光测距仪1的升降高度。
作为更优选的，还包括有效长度辅助测量器11，有效长度辅助测量器11与计算机3连接，有效长度辅助测量器11用于测量油套管实物断口端面的有效长度，并将有效长度发送给计算机3，计算机3用于筛除不在有效长度范围内的激光发射点到油套管实物断口端面的距离。
激光测距仪1和图像采集设备2，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离和油套管实物断口端面的宽度，并在计算机3采集显示系统上进行3D建模呈像，形成油套管实物断面的形貌。油套管夹持装置4可以对油套管进行固定，并且和被检测油套管试样呈90°夹角，油套管夹持装置4上有光学反射校准系统，即激光角度校准板5，可以确定激光测距仪1对发射信号的接收是否准确，夹角为0°说明激光测距仪1垂直于试样截面。
位移传感器9可以对断面有效长度进行测量和计算机还原，并可以过滤掉因为缩颈带来的数据误差和干扰。计算机自动计算断面面积以及断口特征分析及数字化还原，建立失效分析样本库，对统一分析口径，建立标准化样本建立了基础。本发明对减少人工成本及失效分析工序、减少人员分析随意性及主观性误差方面具有重大意义。此发明有效解决人工进行油套管试样断口原因分析的延时性问题，解决失效分析随意性，用激光测距仪对断口截面进行数字量化，并最终在计算机得出计算结果，通过对相对位置的记录，输入相对位置比例，得到缺陷的相应微观模拟信息，这些信息最终都将存储在后台数据库中，行业失效分析专家会对每一种失效形态进行统一分析判断，得出分析结论，对失效的方式进行分类判断。数据库存储失效试样达到一定数量，通过计算机比对，就能对比找到其失效形式及失效机理进行判断，整个过程中，无需对试样进行加工处理，通过光学呈像，计算机数字模拟计算，3D数字化存储，数据库相似度查找。目前行业内对试样横向断口的失效分析周期在45天以上，通过本发明，可以对失效分析周期缩短至3～7天以内，其分析结果的客观性和准确性也会随着大量数据库的建立而提高。失效形态形成电子档案记录，为失效机理及破口形成提供了直接证据，也为不同管体材料、不同管径的油套管失效研究提供了依据。
本发明能够解决如下问题：1、解决失效分析主观性误差，建立标准库；2、解决工序多、分析周期长，不满足时效性的特点；3、解决人工卡尺或卷尺测量断口带来的随机性及系统性误差问题；4、解决测量精度及数字化档案的问题；5、基于计算机的相似度对比，从源头上减少人工。
参照图1，待检测油套管10为失效后的油套管，固定在油套管夹持装置4上，油套管夹持装置4对试样进行固定作用，形式不限制，如图3～图5所示形式，当然也不限制于以上几种。激光测距仪1和图像采集设备2，测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离和油套管实物断口端面的宽度，并用数字模拟在计算机3上，因为断口处通常会发生缩颈现象，效长度辅助测量器8可以对断口的有效长度进行精密测量，并和激光测距仪1建立一对一联系，有效长度L1可以筛除干扰信号及数据的影响；还可以辅助建立卷边测口的数据联系，提高检测精度；通过三维数据库图像的建立，各部位相对位置及3D形貌以数据及图像的形式进行专家判定，最终以典型特征形貌存储在数据库中。
本发明适合2寸7以上油管，4寸半以上至13寸3以内的API标准套管以及其他各种尺寸的非标油套管因轴向载荷造成的横向断裂进行失效评价，适用于油套管专业研究设计机构、各油气田、油套管制造厂及检验检测实验室、失效分析专家培训、开展失效分析、管材性能评价试验、失效机理研究分析、断口失效形式分析等方面具有非常重要的意义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种对油套管实物断面形貌的检测设备，其特征在于，包括激光测距仪(1)、图像采集设备(2)和计算机(3)，所述激光测距仪(1)和所述图像采集设备(2)分别与所述计算机(3)连接，所述激光测距仪(1)和所述图像采集设备(2)位于待检测油套管实物的正前方；
还包括油套管夹持装置(4)，所述油套管夹持装置(4)用于夹持固定待检测油套管；
还包括激光角度校准板(5)，所述激光角度校准板(5)设置在所述油套管夹持装置(4)上，所述激光角度校准板(5)与待检测油套管的轴线垂直设置；
还包括测距仪高度调节装置，所述测距仪高度调节装置包括蜗轮蜗杆升降微调节装置(6)，所述蜗轮蜗杆升降微调节装置(6)的蜗杆顶部配合有环向旋转装置(7)，所述激光测距仪(1)固定在所述环向旋转装置(7)上；
还包括有效长度辅助测量器(11)，所述有效长度辅助测量器(11)与所述计算机(3)连接，所述有效长度辅助测量器(11)用于测量油套管实物断口端面的有效长度，并将有效长度发送给所述计算机(3)，所述计算机(3)用于筛除不在有效长度范围内的激光发射点到油套管实物断口端面的距离；
检测方法包括：
所述激光测距仪(1)发射绕油套管实物断口端面周向移动的激光，并测取激光发射点到油套管实物断口端面的距离，得到距离集合，并将距离集合发送给所述计算机(3)；
所述图像采集设备(2)拍摄油套管实物断口端面的图像，并将油套管实物断口端面的图像发送给所述计算机(3)；
所述计算机(3)根据拍摄的油套管实物断口端面的图像得到油套管实物断口端面的宽度，并根据距离集合以及油套管实物断口端面的宽度拟合得到油套管实物断面的形貌；所述断口端面是金属缩颈后的表面。
2.根据权利要求1所述的一种对油套管实物断面形貌的检测设备，其特征在于，所述蜗轮蜗杆升降微调节装置(6)的蜗杆底部固定有底座(8)。
3.根据权利要求2所述的一种对油套管实物断面形貌的检测设备，其特征在于，所述底座(8)上还设置有位移传感器(9)，所述位移传感器(9)与所述计算机(3)连接，所述位移传感器(9)用于采集所述激光测距仪(1)的升降高度。
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