CN209927786U - 一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，所述的压电晶片加工成圆柱状，所述的压电晶片的外周通过磁控溅射镀有正电极层，压电晶片的内周通过磁控溅射镀有负电极层13，所述的正电极层的外周固化有一圈匹配层，匹配层起到保护作用和声学传输作用，所述的负电极层和T型杆之间灌入背衬材料，背衬材料在45度温度下固化成型，所述的引线焊接在负电极层上，所述的引线接入到同轴电缆，所述的探头用带有螺纹连接口的保护外壳固定，所述的自适应管径平衡装置是由两个带有弹簧4支撑的四个支架7前后串连组装而成，所述的四个支架是360°平均分布的稳定制成结构。

Description

一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，属于钢管无损检测技术领域。

背景技术

用钻探技术钻穿油气层，以达到检验物探资料、了解井下油气地质勘查资料，求算油气储量，提供开发远景情况为目的的钻探工程，简称油气钻探。钻杆是尾部带有螺纹的钢管，用于连接钻机地表设备和位于钻井底端钻磨设备或底孔装置。钻杆的用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头一起提高、降低或旋转底孔装置。钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。光管和原钢管材在经过多次加工步骤后被制成钻杆。首先，通过钢管加厚工序的处理，光管外表面向内弯，钢管管壁加厚。下一步，进行螺纹加工并镀上能够增加强度的铜。然后进行超声波质量控制检验，随后进行钢管管体接头的焊接。

石油钻杆的超声波检测目前是用机械马达驱动单晶片超声波探头旋转，以覆盖360度钢管内壁的检测。这种机械结构不仅复杂，造价高，检测效率也低，也容易出现机械故障。随着阵列探头技术的发展，不同形式的阵元类型的出现，能够很好的替代原有复杂的机械扫查。本发明提供一种柱状超声波阵列探头，这种阵列探头呈现圆柱状，能够360度覆盖整个钢管，不需要旋转。这就使得钢管内壁检测机械结构变得简单，提高了检测效率。

发明内容

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，通过圆柱状阵列探头的设计，可以使超声波向四周辐射，并入内壁入射进入钢管，360度检测无需探头旋转，通过一种自适应管径的平衡装置和一定高度的水耦合，提高了近表面检测效果，另外使用了相控阵设计，使声束可以偏转和会聚，提高了钢管检测的信噪比，石油钻探无缝钢管的检测质量。

本实用新型的一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，所述的压电晶片12加工成圆柱状，所述的压电晶片的外周通过磁控溅射镀有正电极层，压电晶片的内周通过磁控溅射镀有负电极层13，所述的正电极层的外周固化有一圈匹配层，匹配层起到保护作用和声学传输作用，所述的负电极层和T型杆之间灌入背衬材料，背衬材料在45度温度下固化成型，所述的引线焊接在负电极层上，所述的压电晶片切割成64个阵元，控制切割深度，只是切穿匹配层、正电极层、压电晶片，不切穿负电极层，所述的引线接入到同轴电缆，所述的探头用带有螺纹连接口的保护外壳固定，螺纹连接口可以通过连接探头螺纹接入自适应管径平衡装置，所述的自适应管径平衡装置是由两个带有弹簧4支撑的四个支架7前后串连组装而成，所述的四个支架是360°平均分布的稳定制成结构，四个支架由于弹簧的支撑向外大角度张开，当进入直径小于张开幅度的管道检测时，由于管径小于支架张开的幅度，会压缩每支支架，进而压缩弹簧，如此每个支架在管内也会起到支撑作用，而支架也会根据管道内的管径变化进行自适应调节，支架装置首先将金属管攻丝开螺纹，形成连接探头螺纹和接线螺纹，然后将支架固定座固定在金属管上，再将支架连接在支架固定座上，紧接着将顶帽套在金属管上盖住支架的内部末端，进而形成支撑，将支架撑开，再将弹簧套入金属管，处于松弛状态，最后将弹簧卡扣安装在金属管上固定，对弹簧起到限位作用，探头通过螺纹连接口和金属管的连接探头螺纹进行连接组装，整个装置通过连接螺纹和同轴电缆连接起来。

进一步，所述的匹配层可采用聚合物和填料按照不同填充比来调配。

进一步，所述的压电晶片为高性能压电陶瓷。

进一步，所述的背衬块为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料，如在环氧树脂中填入高填充比的钨粉制备背衬，为提高声衰减系数，适当增加基料的柔性，即进行改性处理，通过加入聚硫橡胶的方法实现。

本实用新型的有益效果为：本实用新型通过圆柱状阵列探头的设计，可以使超声波向四周辐射，并入内壁入射进入钢管，360度检测无需探头旋转，通过一种自适应管径的平衡装置和一定高度的水耦合，提高了近表面检测效果，另外使用了相控阵设计，使声束可以偏转和会聚，提高了钢管检测的信噪比，石油钻探无缝钢管的检测质量。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的分解结构示意图；

图2为本实用新型的探头剖视图；

图3为本实用新型的探头结构图。

图中：1探头；2连接探头螺纹；3弹簧卡扣；4弹簧；5顶帽；6支架固定环；7支架；8支架固定座；9接线螺纹；10匹配层；11正电极层；12压电晶片；13负电极层；14背衬材料；15金属管；16 T型杆；17保护外壳；18引线；19线缆保护壳；20同轴线缆；21螺纹连接口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1、图2和图3所示，一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，所述的压电晶片12加工成圆柱状，所述的压电晶片12的外周通过磁控溅射镀有正电极层11，压电晶片12的内周通过磁控溅射镀有负电极层13，所述的正电极层11的外周固化有一圈匹配层10，匹配层10起到保护作用和声学传输作用，所述的负电极层13和T型杆16之间灌入背衬材料，背衬材料在45度温度下固化成型，所述的引线18焊接在负电极层13上，所述的压电晶片12切割成64个阵元，控制切割深度，只是切穿匹配层10、正电极层11、压电晶片12，不切穿负电极层13，所述的引线18接入到同轴电缆20，所述的探头用带有螺纹连接口21的保护外壳17固定，螺纹连接口21可以通过连接探头螺纹2接入自适应管径平衡装置，所述的自适应管径平衡装置是由两个带有弹簧4支撑的四个支架7前后串连组装而成，所述的四个支架7是360°平均分布的稳定制成结构，四个支架7由于弹簧的支撑向外大角度张开，当进入直径小于张开幅度的管道检测时，由于管径小于支架张开的幅度，会压缩每支支架，进而压缩弹簧，如此每个支架在管内也会起到支撑作用，而支架也会根据管道内的管径变化进行自适应调节，支架7装置首先将金属管15攻丝开螺纹，形成连接探头螺纹2和接线螺纹9，然后将支架固定座8固定在金属管15上，再将支架7连接在支架固定座8上，紧接着将顶帽5套在金属管15上盖住支架7的内部末端，进而形成支撑，将支架7撑开，再将弹簧4套入金属管15，处于松弛状态，最后将弹簧卡扣3安装在金属管15上固定，对弹簧4起到限位作用，探头1通过螺纹连接口21和金属管15的连接探头螺纹2进行连接组装，整个装置通过连接螺纹9和同轴电缆20连接起来。

具体地，所述的匹配层可采用聚合物和填料按照不同填充比来调配，所述的压电晶片为高性能压电陶瓷，所述的背衬块为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料，如在环氧树脂中填入高填充比的钨粉制备背衬，为提高声衰减系数，适当增加基料的柔性，即进行改性处理，通过加入聚硫橡胶的方法实现。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征、本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，其特征在于:压电晶片加工成圆柱状，所述的压电晶片的外周通过磁控溅射镀有正电极层，压电晶片的内周通过磁控溅射镀有负电极层，所述的正电极层的外周固化有一圈匹配层，匹配层起到保护作用和声学传输作用，所述的负电极层和T型杆之间灌入背衬材料，背衬材料在45度温度下固化成型，引线焊接在负电极层上，所述的引线接入到同轴电缆，所述的探头用带有螺纹连接口的保护外壳固定，所述的自适应管径平衡装置是由两个带有弹簧4支撑的四个支架前后串连组装而成，所述的四个支架是360°平均分布的稳定制成结构。

2.根据权利要求1所述的一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，其特征在于：所述的压电晶片为高性能压电陶瓷。

3.根据权利要求1所述的一种石油钻探用圆柱状阵列超声探头及自适应管径平衡装置，其特征在于：所述的背衬块为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料。

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