专利名称：钻具螺纹装置及裂纹检测方法
技术领域：
本发明属于检测器具技术领域，特别是一种钻具螺纹装置及裂纹检测方法。
背景技术：
钻具是钻井作业的关键部件，钻具包括钻杆、钻铤、加重钻杆、钻具稳定器、钻柱转 换接头等，它们之间通过螺纹进行连接，由于井下受力复杂，不可避免地会在螺纹部位产生 疲劳裂纹，严重的会导致钻具断裂事故，造成巨大的经济损失。目前钻具螺纹一般都采用磁粉检测、超声波检测方法。磁粉检测方法检测钻具螺纹存在以下几个方面的限制
(1)磁粉检测只方便外螺纹的检测，对内螺纹的检测观察难度大，而且只能检测螺纹表 面和近表面缺陷，不能检测埋藏较深的内部缺陷，可探测的内部缺陷埋藏深度一般在1 2mm范围内；
(2)采用磁粉检测前需要对被检测螺纹进行清洗，螺纹表面清洁度要求高，工序繁琐， 检测效率低，劳动强度比较大；
(3)磁粉检测不能定量缺陷的深度；
(4)磁粉检测都用肉眼观察缺陷，磁痕的判断和解释需要有技术经验的专业人员进行， 检测结果受人为因素影响大，容易产生误判或漏检。受钻具螺纹形状的影响，超声波检测方法检测钻具螺纹根部裂纹的灵敏度比较 低，只能检测比较大的，能够对声波进行反射的裂纹，并且探头在钻具端面扫查的过程耦合 不良，检测结果受人为因素的影响比较大。超声波检测方法能够比较准确地判定裂纹的位 置，但是对钻具螺纹根部裂纹的深度进行量化评估存在一定的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对钻具螺纹区域缺陷进行快速、准确地定量化检测 和识别的钻具螺纹装置及裂纹检测方法，提高钻具螺纹检测效率。本发明解决其技术问题采用的技术方案是设计一种钻具螺纹装置的裂纹检测方 法，其特征是它包括下列步骤首先，探头骨架牙顶处的涡流线圈紧贴被测钻具螺纹根部 的表面，然后，探头骨架沿着被测钻具螺纹旋转的方向进行周向扫描，多线圈检测，最后，涡 流线圈将检测结果的电信号输出到涡流检测仪器中，通过涡流检测仪器显示出被测结果。所述的涡流线圈在探头上均勻分布，只需旋转q圈检测覆盖率即可以达到100%， q= N / n，N代表牙数，η代表涡流线圈数。依据裂纹检测方法设计的钻具螺纹装置，其特征是它包括由探头骨架及探头骨 架牙顶处的涡流线圈构成的检测探头，探头骨架一侧是与需要检测的钻具螺纹区的螺纹相 匹配的牙，探头骨架另一侧固定有金属屏蔽外壳，探头骨架的牙顶处置有涡流线圈。所述的检测探头分为外螺纹检测探头和内螺纹检测探头，外螺纹检测探头的涡流 线圈置于与外螺纹检测探头相对应的内螺纹骨架的牙顶，内螺纹检测探头的涡流线圈置于
3与内螺纹检测探头相对应的外螺纹骨架的牙顶。所述的涡流线圈的顶端延伸至探头骨架的牙顶处，涡流线圈底端固定有压缩弹 簧，压缩弹簧压于探头骨架牙根部。所述的探头骨架所用的材料是环氧树脂。所述的探头骨架内部有导线槽，导线槽与探头骨架各牙的涡流线圈连通，导线槽 与探头骨架一端固定连接的航空插座连通，涡流线圈引出线经由导线槽连接至航空插座， 涡流线圈经航空插头与探伤仪电连接。所述的涡流线圈是由磁芯和漆包线两部分组成，磁芯垂直于螺纹表面布置，漆包 线缠绕在磁芯上，漆包线经导线槽与航空插座内的引脚连接。本发明的有益效果是，通过在探头骨架的牙顶处布置涡流线圈，运用电磁感应原 理检测，当探头在钻具螺纹表面移动，由于缺陷引起材料的电导率、磁导率及尺寸的变化， 使金属中涡流发生变化，进而使得涡流磁场对线圈的反作用不同于无缺陷的情况，因此引 起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别材料有无缺陷，本钻具螺 纹涡流探头由于涡流线圈下端有压缩弹簧，因此使涡流线圈能够适应不同规格钻具螺纹的 变化，使其具有通用性，又能保证检测探头运动的平稳性，减小提离效应的影响。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明实施例的结构示意图； 图2是图1的B处放大图3是图1的左视图4是本发明实施例应用于外螺纹的结构示意图； 图5是本发明实施例应用于内螺纹的结构示意图； 图6是检验结果的输出信号图。图中1、金属屏蔽外壳；2、压缩弹簧；3、探头骨架；4、涡流线圈；5、导线槽；6、航 空插座；7、漆包线；8、磁芯；9、钻具本体；10、检测探头；11、钻具螺纹区。
具体实施例方式实施例1
本发明的钻具螺纹裂纹检测方法，包括下列步骤首先，探头骨架3牙顶处的涡流 线圈4紧贴被测钻具螺纹根部的表面，然后，探头骨架3沿着被测钻具螺纹旋转的方向进行 周向扫描，多线圈检测，最后，涡流线圈4将检测结果的电信号输出到涡流检测仪器中，通 过涡流检测仪器显示出被测结果。实施例2
本发明的钻具螺纹探头，它包括由探头骨架3及探头骨架3牙顶处的涡流线圈4构成 的检测探头10，探头骨架3 —侧是与需要检测的钻具螺纹区11的螺纹相匹配的牙，探头骨 架3另一侧固定有金属屏蔽外壳1，探头骨架3的牙顶处置有涡流线圈4，通过探头骨架3 的牙紧贴需要检测的钻具螺纹区11的螺纹，探头骨架3牙顶的涡流线圈4检测到被测螺纹 的裂纹情况，实现螺纹裂纹检测。
4
实施例3
如图1，本发明的结构示意图所示，本发明主要由金属屏蔽外壳1、压缩弹簧2、探头骨 架3、涡流线圈4组成，探头骨架3所用的材料是环氧树脂。探头骨架3采用环氧树脂套膜 浇注，与钻具螺纹区11的螺纹匹配性好，探头骨架3—侧是与需要检测的钻具螺纹区11的 螺纹相匹配的牙，探头骨架3另一侧固定有金属屏蔽外壳1，金属屏蔽外壳1能够起到屏蔽 外界电磁干扰的作用，使得测量结果更加准确，探头骨架3的牙内置有涡流线圈4，涡流线 圈4的顶端延伸至探头骨架3的牙顶处，涡流线圈4底端固定有压缩弹簧2，压缩弹簧2压 于探头骨架3牙根部，涡流线圈4在压缩弹簧2的作用下，以一定的压力，压于螺纹牙根部， 实现涡流线圈4径向的较小浮动。探头骨架3内部有导线槽5，导线槽5与探头骨架3各牙的涡流线圈4连通，导线 槽5与探头骨架3 —端固定连接的航空插座6连通，涡流线圈4引出线经由导线槽5连接 至航空插座6，涡流线圈4经航空插头6与探伤仪电连接。将检测信号输入到探伤仪，探伤 仪激励信号亦由此输入探头，探伤仪为现有已知设备，在此不详细说明。如图2所示，涡流线圈4是由磁芯8和漆包线7两部分组成，磁芯8垂直于螺纹表 面布置，漆包线7缠绕在磁芯8上，漆包线7经导线槽5与航空插座6内的引脚连接。实施例4
如图4、图5的本发明应用于外螺纹、内螺纹的结构示意图所示，本涡流探头10的 探头骨架3可根据不同的钻具螺纹区11的螺纹设计成相应的结构，检测探头10分为外螺 纹检测探头和内螺纹检测探头，外螺纹检测探头的涡流线圈4置于与外螺纹检测探头相对 应的内螺纹骨架的牙顶，内螺纹检测探头的涡流线圈4置于与内螺纹检测探头相对应的外 螺纹骨架的牙顶，检测时检测探头10紧贴钻具本体9的钻具螺纹区11的螺纹表面，检测探 头10沿着钻具螺纹区11螺纹旋转的方向进行周向扫描。实施例5
使用时，探头骨架3牙顶处的涡流线圈4紧贴被测钻具螺纹根部的表面，由于涡流线 圈4下端有压缩弹簧2，因此使涡流线圈能够适应不同规格钻具螺纹的变化，使其具有通用 性，又能保证检测探头运动的平稳性，减小提离效应的影响；探头沿着被测钻具螺纹旋转的 方向进行周向扫描，多线圈检测，涡流线圈在探头上均勻分布，只需旋转q圈检测覆盖率即 可以达到100%，q= N / n，N代表牙数，η代表涡流线圈数，可以防止漏检，提高检测效率。 根据检测元件的分布和检测信号的对应关系，可以实现缺陷的定位。涡流探伤是运用电磁感应原理，涡流探伤仪通过航空插头6将正弦波电流输于涡 流探伤探头的涡流线圈4中，涡流线圈4既为激励线圈，亦为检测线圈，在周围建立交变的 磁场，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流即涡流。此涡 流也产生相同频率的磁场，其方向与线圈磁场方向相反的。涡流通道的损耗电阻，以及涡流 产生的反磁通，又反射到探头线圈，从而改变了线圈电流的大小及相位，即改变了线圈的阻 抗。因此，当探头在钻具螺纹表面移动，由于缺陷引起材料的电导率、磁导率及尺寸的变化， 使金属中涡流发生变化，进而使得涡流磁场对线圈的反作用不同于无缺陷的情况，因此引 起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别材料有无缺陷。本涡流探 头由于采用特殊的结构，使涡流线圈直接接近螺纹根部，可以有效检测出螺纹根部的缺陷。涡流检测仪器经检波放大滤波后的输出信号如图6所示，每一个尖锋为缺陷波，其幅值的大小反映缺陷的深度。
权利要求
钻具螺纹装置的裂纹检测方法，其特征是它包括下列步骤首先，探头骨架(3)牙顶处的涡流线圈(4)紧贴被测钻具螺纹根部的表面，然后，探头骨架(3)沿着被测钻具螺纹旋转的方向进行周向扫描，多线圈检测，最后，涡流线圈(4)将检测结果的电信号输出到涡流检测仪器中，通过涡流检测仪器显示出被测结果。
2.根据权利要求1所述的钻具螺纹装置的裂纹检测方法，其特征是所述的涡流线圈(4)在探头上均勻分布，只需旋转q圈检测覆盖率即可以达到100%，q=N / n，N代表牙数， η代表涡流线圈数。
3.依据裂纹检测方法设计的钻具螺纹装置，其特征是它包括由探头骨架(3)及探头 骨架(3)牙顶处的涡流线圈(4)构成的检测探头(10)，探头骨架(3) —侧是与需要检测的钻 具螺纹区(11)的螺纹相匹配的牙，探头骨架(3)另一侧固定有金属屏蔽外壳(1)，探头骨架 (3 )的牙顶处置有涡流线圈(4 )。
4.根据权利要求3所述的钻具螺纹装置，其特征是所述的检测探头(10)分为外螺纹 检测探头和内螺纹检测探头，外螺纹检测探头的涡流线圈(4)置于与外螺纹检测探头相对 应的内螺纹骨架的牙顶，内螺纹检测探头的涡流线圈(4)置于与内螺纹检测探头相对应的 外螺纹骨架的牙顶。
5.根据权利要求3所述的钻具螺纹装置，其特征是所述的涡流线圈(4)的顶端延伸至 探头骨架(3)的牙顶处，涡流线圈(4)底端固定有压缩弹簧(2)，压缩弹簧(2)压于探头骨架 (3)牙根部。
6.根据权利要求3所述的钻具螺纹装置，其特征是所述的探头骨架(3)所用的材料是 环氧树脂。
7.根据权利要求3所述的钻具螺纹装置，其特征是所述的探头骨架(3)内部有导线槽(5)，导线槽(5)与探头骨架(3)各牙的涡流线圈(4)连通，导线槽(5)与探头骨架(3)—端 固定连接的航空插座(6)连通，涡流线圈(4)引出线经由导线槽(5)连接至航空插座(6)，涡 流线圈(4)经航空插头(6)与探伤仪电连接。
8.根据权利要求3所述的钻具螺纹装置，其特征是所述的涡流线圈(4)是由磁芯(8) 和漆包线(7 )两部分组成，磁芯(8 )垂直于螺纹表面布置，漆包线(7 )缠绕在磁芯(8 )上，漆 包线(7)经导线槽(5)与航空插座(6)内的引脚连接。
全文摘要
本发明属于检测器具技术领域，特别是一种钻具螺纹装置及裂纹检测方法，其方法特征是它包括下列步骤首先，探头骨架牙顶处的涡流线圈紧贴被测钻具螺纹根部的表面，然后，探头骨架沿着被测钻具螺纹旋转的方向进行周向扫描，多线圈检测，最后，涡流线圈将检测结果的电信号输出到涡流检测仪器中，通过涡流检测仪器显示出被测结果；所述的涡流线圈在探头上均匀分布，只需旋转q圈检测覆盖率即可以达到100％，q=N／n，N代表牙数，n代表涡流线圈数。它提供了一种能够对钻具螺纹区域缺陷进行快速、准确地定量化检测和识别的钻具螺纹装置及裂纹检测方法，提高了钻具螺纹检测效率。
文档编号E21B17/02GK101893603SQ201010247360
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者刘建龙, 刘生平, 史建, 李润苗, 杨琳瑜, 王强 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司