CN201311410Y - 便携式钻杆磁记忆检测仪 - Google Patents

Abstract

便携式钻杆磁记忆检测仪，应用于石油钻杆无损检测。仪器主体上固定有磁记忆传感器，仪器机架有直角尺形状的直角钢板，直角钢板中间固定有横隔板，横隔板上固定有轴承和滚轮。在直角钢板两端分别固定有电机盒和电动机。在直角钢板的外侧固定有对开式检测环。磁记忆传感器固定在对开式检测环内壁上。在滚轮上安装行程传感器。在对开式检测环的内壁上均匀固定有16个磁记忆传感器。效果是：采用磁记忆传感器检测钻杆的残余磁场强度，为石油钻杆检测提供了全新的无损检测方法。为评价钻杆表面体损伤提供数据。对于减少钻井事故、保障钻井生产安全有着非常重要的作用。

Description

便携式钻杆磁记忆检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻杆无损检测装置，主要用于检测石油钻杆杆体损伤和残余应力，为钻杆的评级提供依据。

背景技术

钻杆是石油钻柱的重要组成部分，主要用于传递动力及和输送钻井液。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，其外表面则受到局部磨损及介质腐蚀。石油钻杆为钢性圆柱中空杆件，由于在使用时处于高温高压腐蚀液体浸泡和复杂交变应力的恶劣环境，钻杆会因为磨损、疲劳损伤和腐蚀破环等原因逐渐失去其基本功能。经服役的钻杆，常有疲劳和腐蚀裂纹等缺陷产生，如不能及时发现，将导致刺穿、断裂等失效，引发严重的钻井事故。在塔里木油田的深井、超深井钻井工程中，由钻杆疲劳引发的钻井事故尤为突出，对钻井生产造成重大经济损失。

在石油钻井工程领域通常应用无损检测方法来检测钻杆缺陷，从而实现对石油钻杆的评级，以减少钻杆失效事故的发生，避免对钻井工作造成重大经济损失。因此，及时灵敏地检测出服役钻杆的疲劳损伤并对其技术状态做出准确评价，有效防止钻杆破坏引发的钻井事故，是塔里木油田钻井生产中急需解决的重大技术问题。

磁记忆检测是20世纪90年代后期在国际上迅速发展起来的一种新的无损检测技术，其基本原理是：承载铁磁性材料受地磁场的激励，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩效应的磁畴组织定向，并产生不可逆的重新取向；这种不可逆的磁状态在工作载荷消除后依然能够维持且与最大应力有关，其典型特征是，在缺陷和内应力集中的区域，金属导磁率最小，表面则形成最大漏磁场，该磁场的切向分量最大，法向分量则符号改变且具有零值。因此，通过扫描检测铁磁工件表面漏磁场的变化，便可确定工件的微观缺陷或应力集中位置及特征，从而对工件的早期损伤做出明确判断。

现有用于钻杆检测的无损探伤技术(如超声、涡流、磁粉等)，只能检测出已出现的缺陷，无法从钻杆发生疲劳损伤的根源(即微观缺陷或应力集中区)上对其技术状态做出早期评定，预防在役钻杆发生意外疲劳损坏。而磁记忆传感器在磁记忆检测方面则具有显著的优越性，同时这种方法无需专门的磁化设备，受提离效应影响小，工作条件要求低，操作快捷、简单、方便，灵敏度、重复精度和可靠性高，更适合在现场使用。因此，磁记忆传感器产品的出现，将磁记忆方法用于钻杆疲劳检测与技术状态评价具有良好的发展前景。

磁记忆检测方法已经用于飞机起落架、飞机主梁螺孔、涡轮盘、压缩器叶片、涡轮叶片、汽轮机叶片、油气管道以及压力容器等承力结构件的疲劳损伤检测及各种缺陷检测，其中不乏进行钻杆磁记忆检测研究可资借鉴的范例。尽管如此，目前还未见有钻杆磁记忆检测的研究成果发表。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式钻杆磁记忆检测仪，采用高灵敏磁记忆传感器，根据石油钻杆现场检测的特点，制成便携式钻杆磁记忆检测仪，从而为石油钻杆应力集中和微观损伤提供全新的检测手段。有效防止因钻杆疲劳引发的钻井事故，提高钻杆使用效益，降低钻井生产成本。克服常规的无损检测手段不能满足对石油钻杆应力集中和微观损伤有效检测的现状，

本实用新型的技术解决方案是：便携式钻杆磁记忆检测仪，包括仪器主体、检测控制箱、遥控器及计算机。检测控制箱通过线缆连接仪器主体，为仪器主体供电，仪器主体上固定有无线接收器，遥控器通过无线接收器控制仪器主体，使仪器主体能沿被测钻杆体运动并进行检测，仪器主体上固定有磁记忆传感器，磁记忆传感器检测钻杆体缺陷和记录检测数据；磁记忆传感器由信号线连接计算机，计算机完成初始化数据采集和分析检测数据。这种分体式结构设计和遥控设备的使用，使仪器主体重量减小，提高了仪器的便携性。

所述的仪器主体包括仪器机架、电机盒、对开式检测环、行程传感器、滚轮和轴承。仪器机架至少有两块直角尺形状的直角钢板，在两块直角钢板中间固定有横隔板，横隔板上固定有轴承，滚轮安装在轴承上，滚轮中心线的方向与直角钢板的一条边的方向相同。滚轮沿钻杆本体滚动时，能带动仪器主体沿钻杆本体滑行。在直角钢板两端分别固定有电机盒。电机盒内固定有电动机，电动机输出端与滚轮连接。电动机转动能带动滚轮转动，能带动仪器主体沿钻杆本体滑行。在直角钢板的外侧固定有对开式检测环。对开式检测环由两个半圆环组成，其中一个半圆环固定在直角钢板的外侧，另一个半圆环通过销轴与固定在直角钢板的半圆环连接，两个半圆环能打开合拢。两个半圆环打开后能使钻杆进入对开式检测环内；两个半圆环合拢后成为一个圆环。所述的磁记忆传感器固定在对开式检测环内壁上。检测钻杆时，当电动机能带动滚轮转动，仪器主体在钻杆上移动时，对开式检测环内的磁记忆传感器进行检测。

在检测钻杆时，为了能记录仪器主体在钻杆上移动的距离，在一个滚轮的远离电动机端安装一只行程传感器。行程传感器由信号线连接计算机，仪器主体在钻杆上移动的距离传送给计算机。当仪器主体所在的钻杆位置出现应力集中和微观损伤时，计算机能记录钻杆该位置的应力集中和微观损伤信号。

为了便于携带，便于操作，在所述的直角钢板上固定有手柄，手柄的位置在直角钢板两臂交汇处。

为了提高监测的准确性和对钻杆外壁全面监测，在所述的对开式检测环的内壁上均匀固定有16个磁记忆传感器。

所述磁记忆检测仪还包括MMC存贮卡，MMC存贮卡直接插入采集器上的卡槽内，能存储检测数据。

本实用新型的有益效果是：便携式钻杆磁记忆检测仪，采用磁记忆传感器检测钻杆的残余磁场强度，

采用高灵敏磁记忆传感器作为检测元器件，具有高灵敏度、低提离效应的特点；采用直角钢板的外侧固定有对开式检测环的结构形式，便于分布检测环和驱动电机；利用电机驱动滚花的滚轮转动，实现检测仪器在钻杆上自动爬行；采用环形十六通道并行检测的方式实现对钻杆全周测量；采用遥控方式控制，方便易用；采用存储卡存储检测数据，减少了检测部件数量，提高了检测效率，便于现场应用。通过非接触的方式检测钻杆杆体的微观损伤区和应力集中点及其烈度，为石油钻杆检测提供了全新的无损检测方法。为评价钻杆表面体积损伤提供数据，另一方面可为检测钻杆内部应力集中和疲劳损伤提供手段。能实现对石油钻杆内部微观损伤和应力集中的非接触无损检测，从而为钻杆分级提供依据。

便携式钻杆磁记忆检测仪，为钻杆的无损检测提供了重要手段。在钻井工程领域具有广阔的应用前景，对于减少钻井事故、保障钻井生产安全有着非常重要的作用，可产生重大的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型便携式钻杆磁记忆检测仪三维结构示意图。

图中，1.仪器机架，2.手柄，3.电机盒，4.对开式检测环，5.行程传感器，6.滚轮，7.轴承。

具体实施方式

下面配合附图及具体实施例对本实用新型便携式钻杆磁记忆检测仪具体实施方式作进一步的详细说明。本实施例便携式钻杆磁记忆检测仪适用于检测的钻杆直径为127mm。

参阅图1。便携式钻杆磁记忆检测仪的总体结构由仪器主体、检测控制箱、遥控器和笔记本计算机四部分组成。其中，检测控制箱通过线缆给仪器主体供电。仪器主体上固定有无线接收器，遥控器通过无线接收器控制仪器主体的运动和检测动作，仪器主体实现沿被测钻杆体运运动、检测和记录，笔记本计算机负责初始化采集器和分析检测数据。仪器主体上固定16各有磁记忆传感器，磁记忆传感器由信号线连接计算机。仪器主体是全套仪器的核心，也是本实用新型的创新点所在。

参阅图2。便携式钻杆磁记忆检测仪的仪器主体包括仪器机架1、电机盒3、对开式检测环4、行程传感器5、滚轮6和轴承7。仪器机架1有三块直角尺形状的直角钢板，在三块直角钢板平列排放，在每两个直角钢板中间固定有四块横隔板，每两块横隔板为一组。每个横隔板上固定有一个轴承7，滚轮6轴安装在轴承7上，滚轮6中心线的方向与直角钢板的一条边的方向相同。即在三块直角钢板之间有两组并列的滚轮6，每组两个滚轮6，共有四个滚轮6。滚轮6的外表面有滚花。在一个滚轮6的远离电动机端安装一只行程传感器。

在直角钢板两端分别固定有一个电机盒3。电机盒3内分别固定有一个电动机，电动机输出端与滚轮6连接。电动机转动能带动滚轮6转动，能带动仪器主体沿钻杆本体滑行。在直角钢板的外侧固定有对开式检测环4。对开式检测环4由两个半圆环组成，其中一个半圆环固定在直角钢板的外侧，另一个半圆环通过销轴(铰链)与固定在直角钢板的半圆环连接，两个半圆环能打开或合拢。两个半圆环打开后能使外径为127mm的钻杆进入对开式检测环4内；两个半圆环合拢后成为一个圆环。所述的磁记忆传感器固定在对开式检测环4内壁上。在圆形对开式检测环4的内壁上沿周向等角度均匀分布16只磁记忆传感器，用于检测钻杆缺陷和应力集中。磁记忆传感器的型号是中国石油大学(北京)研制的MMM-1型传感器。检测钻杆时，当电动机能带动滚轮6转动，仪器主体在钻杆上移动时，对开式检测环4内的磁记忆传感器进行检测。在仪器机架1上固定有一个行程传感器5。行程传感器5由信号线连接计算机，行程传感器5的型号是广州菱科公司的OSS-02型编码器。

直角钢板上固定有手柄2，手柄2的位置在直角钢板两臂交汇处。

所述磁记忆检测仪还包括MMC存贮卡，MMC存贮卡直接插入采集器上的卡槽内，能存储检测数据。MMC存贮卡的型号是TRANSCEND MMC卡。

检测时，仪器主体在钻杆上的行进速度为0.12m/s，磁记忆传感器(采集通道)16个，采集频率0~14400HZ可调，信号范围±10V。

本仪器便携式钻杆磁记忆检测仪，能检测石油钻杆杆体的微观缺陷区和应力集中点，其具体使用方法如下：

首先将仪器主体安放到待测钻杆上，并用对开检测环4套住钻杆，从而使杆体外圆与该检测环内圆处于同心位置并保持一定间隙，使用遥控器启动采集器采集数据和电动机转动，此时仪器主体会在钻杆上爬行并记录数据到MMC存贮卡上，待仪器主体运动到钻杆的顶端时用遥控器停止电动机。检测其他钻杆重复检测过程，每开闭一次采集器会在MMC存贮卡上记录一个文件。检测结束后，取下MMC存贮卡，用计算机处理数据可以得到已检测的钻杆的微观缺陷区及应力集中点的位置和烈度，从而为钻杆评价分级提供依据。

Claims (6)

1、一种便携式钻杆磁记忆检测仪，包括仪器主体、检测控制箱、遥控器及计算机，检测控制箱通过线缆连接仪器主体，仪器主体上固定有无线接收器，器主体上固定有磁记忆传感器，磁记忆传感器由信号线连接计算机，其特征在于：所述的仪器主体包括仪器机架(1)、电机盒(3)、对开式检测环(4)、行程传感器(5)、滚轮(6)和轴承(7)，仪器机架(1)至少有两块直角尺形状的直角钢板，在两块直角钢板中间固定有横隔板，横隔板上固定有轴承(7)，滚轮(6)安装在轴承(7)上，滚轮(6)中心线的方向与直角钢板的一条边的方向相同；在直角钢板两端分别固定有电机盒(3)，电机盒(3)内固定有电动机，电动机输出端与滚轮(6)连接，在直角钢板的外侧固定有对开式检测环(4)，对开式检测环(4)由两个半圆环组成，其中一个半圆环固定在直角钢板的外侧，另一个半圆环通过销轴与固定在直角钢板的半圆环连接，两个半圆环能打开合拢，两个半圆环合拢后成为一个圆环，所述的磁记忆传感器固定在对开式检测环(4)内壁上。

2、根据权利要求1所述的便携式钻杆磁记忆检测仪，其特征在于：在一个滚轮(6)的远离电动机端安装一只行程传感器，行程传感器(5)由信号线连接计算机。

3、根据权利要求1所述的便携式钻杆磁记忆检测仪，其特征在于：在所述的直角钢板上固定有手柄(2)，手柄(2)的位置在直角钢板两臂交汇处。

4、根据权利要求1所述的便携式钻杆磁记忆检测仪，其特征在于：在所述的对开式检测环(4)的内壁上均匀固定有16个磁记忆传感器。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的便携式钻杆磁记忆检测仪，其特征在于：所述的滚轮(6)的外表面有滚花。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的便携式钻杆磁记忆检测仪，其特征在于：所述的直角钢板的数量为三块。

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