CN203231998U - 一种钻具内螺纹应力状况外检测装置 - Google Patents

Abstract

一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，属于无损检测技术领域，定心盘通过螺母与滑动筒连接，定心盘圆孔中放置压缩弹簧，定心滑动支撑架置于定心盘圆孔中，并用限位销限位；传感器封装盖通过销钉与摇摆杆下端铰接，销轴钢圈穿过摇摆杆上端圆孔并置于摇摆杆变径盘的凹槽中，摇摆杆变径盘、钢圈盖板、滑动环、滑套分别通过螺钉固定，钢圈盖板紧压摇摆杆变径盘凹槽端面实现对销轴钢圈圆周固定，压盘内径与滑套大端外径配合，滑套小端有行程螺纹，变径调节螺母与滑套螺纹配合，压盘上端与变径调节螺母下端有压缩弹簧支撑面凹槽，将压缩弹簧置于压盘与变径调节螺母之间。本实用新型检测精度高，能够实现快速准确的大批量钻具接头内螺纹检测。

Description

一种钻具内螺纹应力状况外检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，属于无损检测技术领域，主要用于检测石油钻具外螺纹应力状况，为钻具的评级提供依据。 

背景技术

目前，钻具失效的一种主要表现形式为连接螺纹部位断裂破坏，对于钻具接头内螺纹的断裂裂纹常发生在最后啮合部位的螺扣处。钻具接头内螺纹部位成为钻具最容易发生破坏的薄弱环节缘于其几何结构及螺纹根部的应力集中效应,其应力集中效应源于在钻具内外螺纹连接后，在外螺纹小端端面处截面积突然由内外两螺纹截面变为只有内螺纹截面，此处将产生应力集中，成为疲劳断裂的薄弱环节，使之在复合交变应力作用下容易萌生疲劳裂纹，同时这部分内螺纹暴露在泥浆中，内螺纹根部受到泥浆的涡流冲击和腐蚀，容易形成尖锐切口，加深应力集中发生破坏，在循环应力和腐蚀介质双重作用下疲劳裂纹扩展直至断裂。近年来，油田钻具接头内螺纹部位的疲劳断裂问题非常突出，钻具接头内螺纹断裂失效对钻井生产造成非常恶劣的影响，并带来巨大的经济损失。由于内螺纹部位几何结构相对复杂，壁厚较大，现有的常规无损检测技术手段在早期诊断钻具内螺纹部位应力集中异常和微裂纹方面存在明显不足。已有的实践证明，现有的无损探伤技术（如涡流、超声、X射线等），对于检测已出现的宏观缺陷较为有效,但无法从疲劳损伤的根源（微观缺陷和应力集中区）上对钻具技术状态做出早期评定，预防钻具的意外损伤。 

磁记忆检测技术的基本原理是：铁磁性金属工件由于疲劳和蠕变产生的微裂纹会在缺陷处出现应力集中，由于铁磁性金属工件存在磁机械效应，故其表面上的磁场分布与工件应力载荷有一定的对应关系，因此可通过检测工件表面的磁场分布状况间接地对工件的缺陷和应力集中区进行诊断。 

磁记忆检测技术作为一种全新的无损检测技术，已经在国内外引起了高度重视，目前未见有基于磁记忆检测技术的钻具内螺纹检测装置成果发表。 

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种钻具内螺纹应力状况外检测装置。针对现有无损检测装置对钻具接头内螺纹微观缺陷和应力集中区检测上的不足，本实用新型的目的在于从钻具接头外壁实现对钻具接头内螺纹微观缺陷和应力集中区的检测，由于本实用新型中采用的金属磁记忆传感器，对检测接头外壁具有较强的穿透性能，进而实现对钻具接头内螺纹应力状况的准确检测与评价。 

本实用新型提供一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，由钻具接头台肩定心机构、金属磁记忆传感器、传感器封装盒、传感器封装盖、销钉、摇摆杆、摇摆杆变径盘、销轴钢圈、钢圈盖板、压盘、滑动环、滑套、滑动筒、变径调节螺母、丝杠螺母、电机端盖、丝杠电机等构件组成。 

一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，定心盘通过螺母与滑动筒连接，定心盘圆孔中放置压缩弹簧，定心滑动支撑架置于定心盘圆孔中，并用限位销限位； 

传感器封装盖通过销钉与摇摆杆下端铰接，销轴钢圈穿过摇摆杆上端圆孔并置于摇摆杆变径盘的凹槽中，摇摆杆变径盘、钢圈盖板、滑动环、 滑套分别通过螺钉固定，钢圈盖板紧压摇摆杆变径盘凹槽端面实现对销轴钢圈圆周固定，压盘内径与滑套大端外径配合，滑套小端有行程螺纹，变径调节螺母与滑套螺纹配合，压盘上端与变径调节螺母下端有压缩弹簧支撑面凹槽，将压缩弹簧置于压盘与变径调节螺母之间； 

丝杠螺母与丝杠电机螺旋配合，电机端盖通过螺钉固定于滑动筒，丝杠电机经螺钉固定于电机端盖上。 

定心盘为圆盘状，周向均布三个圆孔，一面均布三个销钉螺纹孔，销钉螺纹孔位置与圆孔位置同角度。 

定心滑动支撑架一侧为限位凹槽，上端为锥度台肩，锥度与钻具接头内螺纹台肩面相等。 

对于不同的钻具接头尺寸，选择使用不同尺寸的定心盘和相应锥度的定心滑动支撑架。 

金属磁记忆传感器置于传感器封装盒和传感器封装盖空间内，金属磁记忆传感器沿圆周方向均布十六个。 

对于不同型号钻具其接头台肩内径尺寸大小不同，本实用新型设计钻具接头台肩定心机构，能够实现在不同型号接头台肩处对整个装置的固定作用，将钻具接头台肩定心机构通过螺钉固定于滑动筒，金属磁记忆传感器封装于传感器封装盒和传感器封装盖之间密闭空间，传感器封装盖与摇摆杆下端通过销轴进行铰链接，摇摆杆上端穿过销轴钢圈形成铰链接，销轴钢圈置于摇摆杆变径盘凹槽中，将摇摆杆变径盘、钢圈盖板、滑动环、滑套通过螺钉连接成一个整体，压盘内径和滑套大端外径配合实现压盘沿滑动环轴向移动，变径调节螺母与滑套小端为螺纹配合，压盘与变径调节螺母加工有弹簧支撑凹槽，将压缩弹簧放入弹簧支撑凹槽中，旋转变径调节螺母改变压缩弹簧压力，弹簧压力作用于压盘使其向下移动，进而调节 摇摆杆使其下端沿径向收缩，当传感器封装盒与钻具接头外壁紧密贴合时摇摆杆径向收缩停止，对于不同钻具接头外壁摇摆杆收缩的转角不同实现变径检测，滑动环通过螺栓固定于丝杠螺母上，丝杠螺母通过螺旋副与丝杠电机丝杠配合，丝杠电机固定于电机端盖，电机端盖通过螺钉固定于滑动筒。 

本实用新型的效果是：采用金属磁记忆传感器可检测出钻具接头内螺纹微观缺陷和应力状况，为钻具内螺纹的应力状况的检测与评价提供依据。其主要特点是： 

（1）金属磁记忆传感器具有很强的穿透性，能透过钻具接头外壁检测接头内螺纹微观缺陷和应力集中，与以往从钻具接头内部检测相比大大降低了由于钻具接头内部几何局限性带来的不便； 

（2）对不同尺寸的钻具水眼尺寸及接头内螺纹直径，采用接头台肩定心机构和传感装置变径检测机构实现对不同钻具内螺纹的检测，实现一套装置检测多种规格型号钻杆； 

（3）可得到钻具内螺纹残余应力和应力集中的状况及疲劳损伤程度； 

（4）可以实现钻具内螺纹的非接触式检测。 

本实用新型结构稳定、结构强度高、耐磨损、检测速度快能、检测精度高能够实现快速准确的大批量钻具接头内螺纹检测。装置便于携带，操作简单，强度高，准确度好，适合现场应用。 

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新 型的不当限定，如图其中： 

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的整体剖面视示意图； 

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。 

实施例1：如图1、图2所示， 

一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，主要由钻具接头台肩定心机构、传感装置变径检测机构和驱动机构组成，钻具接头台肩定心机构包括定心盘1、定心滑动支撑架2、滑动筒14、限位销18和压缩弹簧组成，定心盘1通过螺母与滑动筒14连接，定心盘1圆孔中放置压缩弹簧，定心滑动支撑架2置于定心盘1圆孔中，并用限位销18限位； 

传感装置变径检测机构包括传感器封装盒3、传感器封装盖4、销钉5、摇摆杆6、钢圈盖板7、变径盘8、销轴钢圈9、压盘10、滑动环11、变径调节螺母12、滑套13和压缩弹簧组成，传感器封装盖4通过销钉5与摇摆杆6下端铰接，销轴钢圈9穿过摇摆杆6上端圆孔并置于摇摆杆变径盘8的凹槽中，摇摆杆变径盘8、钢圈盖板7、滑动环11、滑套13通过螺钉固定，钢圈盖板7紧压摇摆杆变径盘8凹槽端面实现对销轴钢圈9圆周固定，压盘10内径与滑套13大端外径配合，滑套13小端加工行程螺纹，变径调节螺母12与滑套13螺纹配合，压盘10上端与变径调节螺母12下端加工压缩弹簧支撑面凹槽，将压缩弹簧置于压盘10与变径调节螺母12之间； 

驱动机构包括滑动环11、滑动筒14、电机端盖15、丝杠电机16和 丝杠螺母17组成，丝杠螺母17与丝杠电机16螺旋配合，电机端盖15通过螺钉固定于滑动筒14，丝杠电机16经螺钉固定于电机端盖15上。 

定心盘1为圆盘状，周向均布三个圆孔，一面均布三个销钉螺纹孔，销钉螺纹孔位置与圆孔位置同角度。 

定心滑动支撑架2一侧为限位凹槽，上端为锥度台肩，锥度与钻具接头内螺纹台肩面相等。 

对于不同的钻具接头尺寸，选择使用不同尺寸的定心盘1和相应锥度的定心滑动支撑架2。 

金属磁记忆传感器置于传感器封装盒3和传感器封装盖4空间内，金属磁记忆传感器沿圆周方向均布十六个。 

实施例2：如图1、图2所示， 

一种钻具内螺纹应力状况外检测装置，主要包括三大部分：钻具接头台肩定心机构、传感装置变径检测机构、电机丝杠驱动机构。 

图1为钻具接头台肩定心机构原理图，定心盘1中间有M16螺纹孔与滑动筒14通过M16螺栓进行固定，定心盘1沿圆周方向均布三个圆孔，将圆孔内放置压缩弹簧，弹簧一端面与定心盘1圆孔内端面接触另一端面与定心滑动支撑架2接触，在弹簧张力作用下定心滑动支撑架2沿圆孔内壁做径向移动，定心滑动支撑架2加工限位凹槽，定心盘1开销钉螺纹孔，将定位销18穿过定心盘1与定心滑动支撑架2的限位凹槽配合对定心滑动支撑架2进行限位，定心滑动支撑架2外端有倒L形台肩与钻具接头台肩实现对卡，实现对装置的定心作用，对不同钻具接头台肩尺寸，定心滑动支撑架2沿径向伸缩长度不同，故钻具接头台肩定心机构能实现变径定心。 

传感装置变径检测机构，将金属磁记忆传感器置于传感器封装盒3和传感器封装盖4空间内，传感器封装盖4通过销钉5与摇摆杆6下端实现铰连接。摇摆杆6上端穿过销轴钢圈9，沿销轴钢圈9圆周方向均布16个，将负载着金属磁记忆传感器及其变径机构的销轴钢圈9放入摇摆杆变径盘8的凹槽中，摇摆杆变径盘8、钢圈盖板7、滑动环11、滑套13通过螺钉固定成一个整体，钢圈盖板7紧压摇摆杆变径盘8凹槽端面实现对销轴钢圈9圆周固定，压盘10内径与滑套13大端外径配合使压盘10沿滑套13大端轴向移动，滑套13小端加工行程螺纹，变径调节螺母12与滑套13螺纹配合，旋转变径调节螺母12实现其轴向上下移动。压盘10上端与变径调节螺母12下端加工压缩弹簧支撑面凹槽，将压缩弹簧置于压盘10与变径调节螺母12之间使弹簧处于压缩受力状态。压缩弹簧上端面固定不动，下端面支撑压盘10使其沿滑套13向下移动，压盘10外圈锥形环面与摇摆杆6上端弧面接触挤压，摇摆杆6以固定销轴钢圈9为铰接点在压力作用下径向收缩，实现传感器封装盒3与钻具接头外壁的紧密贴合，对不同钻具接头外壁尺寸摇摆杆6转角变化不同实现传感器封装盒3与钻具接头外壁紧密贴合。 

电机丝杠驱动机构，传感器变径检测装置滑动环11与丝杠螺母17通过螺栓紧固，丝杠螺母17与丝杠电机16配合方式为螺旋配合，电机端盖15通过螺钉固定于滑动筒14，丝杠电机16固定于电机端盖15上，丝杠电机16的正反转带动着丝杠螺母17及传感装置变径检测机构轴向移动实现对整个钻具接头内螺纹检测。 

现场检测，钻具接头台肩定心机构在压缩弹簧张力作用下实现整套装置定心，旋转变径调节螺母12使压盘10给摇摆杆6提供足够预紧力，传感器封装盒3与钻具接头外壁紧密贴合，丝杠螺母17位于丝杠底部，启 动丝杠电机16使丝杠螺母17从丝杠底部运动到顶部实现对钻具接头内螺纹的外部检测。 

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.钻具内螺纹应力状况外检测装置，主由钻具接头台肩定心机构、金属磁记忆传感器、传感器封装盒、传感器封装盖、销钉、摇摆杆、摇摆杆变径盘、销轴钢圈、钢圈盖板、压盘、滑动环、滑套、滑动筒、变径调节螺母、丝杠螺母、电机端盖、丝杠电机组成，其特征是： 

定心盘通过螺母与滑动筒连接，定心盘圆孔中放置压缩弹簧，定心滑动支撑架置于定心盘圆孔中，并用限位销限位； 

传感器封装盖通过销钉与摇摆杆下端铰接，销轴钢圈穿过摇摆杆上端圆孔并置于摇摆杆变径盘的凹槽中，摇摆杆变径盘、钢圈盖板、滑动环、滑套分别通过螺钉固定，钢圈盖板紧压摇摆杆变径盘凹槽端面实现对销轴钢圈圆周固定，压盘内径与滑套大端外径配合，滑套小端有行程螺纹，变径调节螺母与滑套螺纹配合，压盘上端与变径调节螺母下端有压缩弹簧支撑面凹槽，将压缩弹簧置于压盘与变径调节螺母之间； 

丝杠螺母与丝杠电机螺旋配合，电机端盖通过螺钉固定于滑动筒，丝杠电机经螺钉固定于电机端盖上。 

2.根据权利要求1所述的钻具内螺纹应力状况外检测装置，其特征是：定心盘为圆盘状，周向均布三个圆孔，一面均布三个销钉螺纹孔，销钉螺纹孔位置与圆孔位置同角度。 

3.根据权利要求1所述的钻具内螺纹应力状况外检测装置，其特征是：定心滑动支撑架一侧为限位凹槽，上端为锥度台肩，锥度与钻具接头内螺纹台肩面相等。 

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