专利名称：钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其能在线检测钻杆金属 的损伤程度。
背景技术：
钻杆在钻井过程中，承受拉伸、扭转、振动等多种载荷，并受到高压泥浆的剧烈摩 擦与冲蚀，服役条件十分恶劣。如未能及时发现杆体存在的裂纹、蚀坑、穿孔等缺陷将极易 造成钻杆断裂，甚至井身报废等重大事故。因此，需要对钻杆进行探伤检测，以获得钻杆的损伤情况。迄今为止，广泛采取厂 房式钻杆探伤系统检测钻杆损伤情况，其具体做法是，将在用钻杆定期送到专业钻杆检测 部门，经人工清洗钻杆表面后，在机械装置驱动下以单根水平方式使钻杆通过电磁式激磁 探伤装置进行检测，其后再将合格钻杆送交用户。所述厂房式钻杆探伤系统在应用时具有如下限制1、大量钻杆往返搬运不仅影响 了钻井工程进度，也加大了钻井工程成本；2、对于深井、超深井、海洋钻井、异地承包钻井等 较长周期的工程项目，常因难以及时送检钻杆而使其处于带伤运行状态，增大了工程的风 险性；3、由于电磁式激磁探伤装置需要比较大的电流，因此不能用于易燃易爆场合，例如钻 机井口 ；4、必须在水平方向对钻杆进行探伤检测，无法适应井口起下钻时钻杆垂直运动的 特点。
发明内容
本发明的目的是，提供一种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其能在钻机井口 进行钻杆金属损伤程度的检测。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现—种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其包括钳臂装置，其为可张开或闭合设 置，在其闭合状态，所述钳臂装置呈圆筒形，在其内沿轴向设有贯通的容置部，所述钻杆可 运动地穿设于所述容置部，所述容置部内设有探头连接座；永磁式的探头装置，其设置于钳 臂装置的探头连接座上，并对应于所述钻杆，对钻杆进行漏磁式的探伤检测。本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的特点和优点是1、可在石油钻机井口的起下钻作业过程中实现钻杆的漏磁探伤，从而省去钻杆往 返于管子站的运输过程，且探头安全防爆和无需人工清洗钻杆。2、其探头装置是通过永磁式的探头组件对钻杆进行探伤检测的，S卩，使待测钻杆 产生局部磁化和漏磁信号检测，也就是说，本发明实施例中的探头装置不需要电流即可对 钻杆进行检测，因此能直接用于钻机井口，使用方便。3、除泥装置采用气压除泥方式，实现了无需人工清泥的直接探伤检测。4、探头装置通过其柔性扶正组件可实现钻杆以立根为单位的整体检测。5、钻机平台是防滑钢板结构，机械系统的底盘上的车轮如果直接在防滑钢板上移动阻力会很大，导轨的设置可降低移动阻力，此外，导轨上的导轨引导轮，其进一步可降低 钻机滑梯对本机械系统上下钻台时的运动阻力。6、利用磁性起重器可以使本装置与钻机平台实现快捷可靠地连接或分开。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的俯视示意图；图2A是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的主视示意图；图2B是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的侧视示意图；图3A是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的探头装置的主视示意图；图3B是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的探头装置的侧视示意图；图4A是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的除泥装置的主视示意图；图4B是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的除泥装置的侧视示意图；图5是本发明的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统的驱动钳臂装置的部件的示 意图；图6是本发明的卸扣装置准备卸扣钻杆的情形的状态示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。配合图1至6所示，本发明实施例提出了一种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统， 其包括钳臂装置1和永磁式的探头装置2。所述钳臂装置1为可张开或闭合设置，在其闭合 状态，钳臂装置1呈圆筒形，并在其内沿轴向设有贯通的容置部11，钻杆Z可运动地穿设于 容置部11，所述容置部11内设有探头连接座19，在此处，钻杆Z以立根(三根为一组头尾 串接，称为立根)为单位同时穿设于容置部11。所述探头装置2设置于钳臂装置1的探头 连接座19上，并对应于钻杆Z，对钻杆进行漏磁式的探伤检测。钻杆的检测过程如下首先使钳臂装置1处于张开状态，并使钳臂装置1位于钻机 井口的位置，接着钳臂装置1闭合，以抱绕在钻机井口的待测钻杆Z (此时钻杆Z的外表面 的泥浆已被除去)的上端部，即钻杆Z的上端部位于空置部11内；再接着，垂直方向勻速 提升钻杆Z，探头装置2对钻杆Z进行漏磁式的探伤检测，检测之后，钳臂装置1张开并退 离井口，钻杆Z经卸扣后安放在钻台上。上述使用方式是用于钻杆Z在井口向上出井的过 程，当然，其也可以用于钻杆在井口向下入井的过程，只是此时钳臂装置1抱绕井口的待测 钻杆的下端部。本发明实施例中，所述探头装置2是以永磁方式对钻杆Z进行探伤检测的，即，使待测钻杆产生局部磁化和漏磁信号检测，也就是说，本发明实施例中的探头装置2不需要 电流即可对钻杆进行检测，因此能直接用于钻机井口，使用方便，安全。根据本发明的一个实施方式，所述机械系统还包括除泥装置3，其用于吹扫所述钻 杆Z表面的泥浆，所述除泥装置3安装在钳臂装置1的容置部11内，并位于探头装置2的 下侧。本发明实施例中，井口起钻时，先通过除泥装置3将钻杆Z表面的泥浆去除，接着探 头装置2能直接对钻杆Z进行探伤检测，免除了人工清洗钻杆的问题。进一步地，配合图4A和图4B所示，所述除泥装置3包括多个相互对应，且能张 开或闭合的吹扫喷嘴组(此处具有两个吹扫喷嘴组)，每个吹扫喷嘴组包括多个吹扫喷嘴 31 (此处具有七个吹扫喷嘴)，每个吹扫喷嘴组中的吹扫喷嘴31周向均勻地连接在容置部 11内，压缩空气通过吹扫喷嘴31能以一喷射夹角(喷射夹角可为30 60度，例如为30 度)吹扫钻杆Z表面的泥浆。也就是说，井口起钻时，钻杆Z上粘附的是液态泥浆，压缩空 气从吹扫喷嘴31以一夹角喷出时即可对钻杆Z表面产生强力冲刷的作用，从而以气压除泥 方式将钻杆表面的泥浆清除干净。其中，吹扫喷嘴31的数量视钻杆Z的直径大小而定，最 多可具有三十只喷嘴。更进一步地，所述除泥装置还包括除泥器外壳32，喷嘴固定板33和除泥器端盖 34。除泥器外壳32安装在钳臂装置1上；喷嘴固定板33设置于除泥器外壳32内，吹扫喷 嘴31周向均勻地连接在喷嘴固定板上；除泥器端盖34连接在除泥器外壳32的端面上，除 泥器端盖34中间设有轴向贯通的贯孔341，贯孔341的直径大于或等于吹扫喷嘴31的喷嘴 口所形成的直径大小，以便压缩空气能从吹扫喷嘴31吹扫到钻杆Z上。根据本发明的一个实施方式，所述钳臂装置1包括二个钳臂12，每个钳臂12呈半 圆形的筒体结构，两个钳臂12的两个端部分别相互对应，其中一个端部以铰链13连接，另 一个端部借助钳臂驱动器分别能绕着铰链13转动，以产生张开或闭合的动作，实现钳臂装 置1与钻杆的分离或围绕功能。当需要抱绕钻杆Z时，钳臂12绕着铰链13向外转动，使钳 臂装置1处于张开状态，如图6所示，待钻杆Z进入其容置部11后，钳臂12绕着铰链13向 内转动，使钳臂装置1处于闭合状态，如图1所示，从而将钻杆Z抱绕在容置部11内。进一步地，所述钳臂驱动器包括两个拉杆14，两个拉杆14的安装位置可相对于铰 链13对称，拉杆14的一端安装在钳臂12的外侧后方(即靠近铰链13的位置)，通过拉杆 14的前后移动，则可带动钳臂12向内或向外转动。其中，拉杆14可为电动拉杆，也可以是 气液联合形式的拉杆。此处，拉杆14为电动拉杆，具体是，拉杆14的另一端连接可转动的 驱动丝杠15，驱动丝杠15远离钳臂12的一端支撑在固定的丝杠支座16上，驱动电机17可 带动驱动丝杠15转动，而由于丝杠支座16固定不动，因此驱动丝杠15的转动使得拉杆14 前后移动。此外，铰链13可支撑在铰链支座18上。根据本发明的一个实施方式，配合图3A和图3B所示，所述探头装置2包括多个永 磁式的探头组件21 (例如可包括4至8个探头组件，此处具有六个探头组件21)和多个柔 性扶正组件22，所述柔性扶正组件22沿周向方向分别连接在所述探头连接座19上，每个探 头组件21对应连接在柔性扶正组件22的内侧，且每个探头组件21通过柔性扶正组件22 能倾斜或复位设置，以使探头组件21可连续通过钻杆的接头部位。进一步地，每个所述探头组件21包括永磁铁211，磁轭212和漏磁传感器213。所述磁轭212位于永磁铁211的外侧(即，磁轭212位于永磁铁211与钻杆相对的另一侧)， 漏磁传感器213位于永磁铁211的中间。当钻杆Z从钳臂装置1的容置部11穿过时，磁轭 212配合永磁铁211对钻杆Z进行局部磁化，同时漏磁传感器213进行漏磁信号检测，从而 得知钻杆Z是否为合格产品。其中，永磁铁211可为钕铁硼磁性材料组成。每个柔性扶正组件22包括一个弹性组件和两个引导轮组件。所述弹性组件包括主弹簧221，弹簧固定板222和固定帽223，主弹簧221的一端 连接弹簧固定板222，另一端连接于所述磁轭212上方的中间位置，弹簧固定板222通过固 定帽223连接在钳臂装置1上的探头连接座19上；每个引导轮组件包括探头引导轮224，导轮支架225和导轮支座226，所述导轮支 架225的内侧端连接可转动的探头引导轮224，外侧端连接导轮支座226，所述导轮支座226 分别连接在所述磁轭212的两端上。在使用时，探头引导轮224的内侧端始终接触着待测钻杆Z的外表面，使得探头组 件21与待测钻杆Z保持平行间距；当钻杆的接头部位到达探头组件21时，探头组件在引导 轮224的作用下自动改变角度，并沿着接头斜坡继续移动；当探头组件到达接头斜坡顶部 后，探头组件21在主弹簧221的作用下自动复位，使探头组件21恢复水平状态。此外，所述探头引导轮224的圆心位置设有引导轮轴227，引导轮轴227上装有同 轴齿轮228和磁电式接近开关229，探头引导轮224与钻杆杆体接触并发生摩擦旋转，探头 引导轮224的转动带动同轴齿轮228同步转动，同轴齿轮228转动时，其所产生的角位移可 通过接近开关229以脉冲信号形式输出，以获得钻杆Z轴向位移量。其中，可适当改变探头装置2的尺寸，以能适应较大范围尺寸(例如23/8 65/8 英寸)的钻杆检测。根据本发明的一个实施方式，配合图2所示，所述机械系统还包括底盘装置4，底 盘装置4包括底盘41和导轨42，所述钳臂装置1安装在底盘41上，底盘41带动钳臂装置 1可水平移动地连接在导轨42上。进一步地，所述底盘41的下部并对应导轨42的位置安装有车轮43和垂直位移限 制轮44。机械系统在外力作用下，车轮43通过底盘41带动钳臂装置1连同其内的探头装 置2在导轨42上移动，直至钳臂装置1到达合适位置，同时，垂直位移限制轮44可限制底 盘41在垂直方向的位移，即使得底盘41只能在水平方向上移动，以避免钻杆向上被提升 时的力使钳臂装置1脱离底盘41。当钳臂装置1移动到合适的位置时，外力撤除(即停止 驱动轮43的运动)待测钻杆向上穿入容置部11，并继续向上运动的过程中，由于钳臂装置 1在水平方向并没有限制，因此，钳臂装置1可根据待测钻杆的运动在水平方向进行移动以 进行小范围内的位置调节。底盘41下部设有底盘配重箱411，以保证本检测器的重心平衡性与运动稳定性。在此处，配合图5所示，调速电机46通过车轮43，轴承座47，轴承盖48与底盘41 连接，当需要移动钳臂装置1时，调速电机46驱动车轮43，使车轮43带动钳臂装置1可沿 着导轨42整体往复运动，当钳臂装置1到达合适位置后，调速电机46停止工作。导轨42的端部设有导轨引导轮49，其可产生向上分力以降低钻杆滑梯对导轨的 运动阻力，从而方便所述检测器机械系统经由钻机的钻杆滑梯(图中未示)整体拉至钻台。此外，所述导轨42上安装有多个磁性起重器45，即，导轨42与钻台之间通过磁性起重器45进行连接，设置多个磁性起重器45之目的是，即使钻台表面不平整，也能使导轨 42与钻台成功连接；通过磁性起重器45上的磁性开关可实现导轨42与钻台的固定与分离 切换功能，换句话说，通过操作磁性起重器45，可开启或切断磁路，以使导轨42能方便地固 定在钻台上或与钻台分开。钻机具有卸扣装置5，卸扣装置5用于将检测完毕的钻杆Z从井口卸下并安放在钻 台上。所述卸扣装置5包括液压管钳51，液压管钳51的一端具有卸夹头52，另一端连接液 压管钳推杆53，当需要进行卸扣作业时，液压管钳推杆53推动液压管钳51伸向井口，其卸 夹头52夹取钻杆Z，以将钻杆Z从井口卸下；接着液压管钳推杆53收回，并将卸下的钻杆Z 安放在钻台上。其中，如图6所示，所述导轨42应尽量靠近钻机转盘7但不能与其接触，以使本机 械系统在工作时不会与钻机转盘7和液压管钳51发生冲突，另外，导轨42的轴线与液压管 钳51的轴线可保持约90-100度的夹角α。 钻机正常起钻过程描述如下将整个钻杆从井眼里向上提升约1米高度；接着，本发明实施例的机械系统在底盘的41的带动下，移动至井口，并使钳臂装 置1夹住钻杆，使钻杆开始向上提升1立根高度，与此同时对钻杆进行漏磁探伤检测，待检 测完后，钻杆停止动作，钳臂装置1张开，机械系统退离井口 ；接着，利用卡瓦(图中未示)将钻杆固定在井口处，利用卸扣装置5移动至井口， 将卡瓦之上的立根与其余钻杆分解开来，分解后的立根被移放到钻杆排放平台上，卸扣动 作完成后，卸扣装置5离开井口 ；接着，吊车与卡瓦处的钻杆重新连起来，本发明实施例的机械系统重新移动到井 口，钳臂装置1夹住钻杆并继续提升1立根高度并继续提升1立根高度，如此重复直至井眼 里的钻杆被逐一提升出来并被分解完为止。本领域技术人员应当理解，本发明实施例提出的检测器机械系统，需要通过相应 的控制系统6来操作，本领域技术人员可采用现有的合适的控制系统6来控制所述检测器 机械系统的运动，但由于控制系统6不是本发明实施例所要保护的发明点，故不再详细描 述。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以 对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述机械系统包括钳臂装置(1)，其为可张开或闭合设置，在其闭合状态，所述钳臂装置(1)呈圆筒形，在 其内沿轴向设有贯通的容置部(11)，所述钻杆(Z)可运动地穿设于所述容置部(11)，所述 容置部(11)内设有探头连接座(19)；永磁式的探头装置(2)，其设置于钳臂装置(1)的探头连接座(19)上，并对应于所述钻 杆，对钻杆进行漏磁式的探伤检测。
2.根据权利要求1所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述机械 系统还包括除泥装置(3)，其用于吹扫所述钻杆表面的泥浆，所述除泥装置安装在所述容置 部(11)内，并位于所述探头装置(2)的下侧。
3.根据权利要求2所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述除泥 装置⑶包括多个相互对应，且能张开或闭合的吹扫喷嘴组，每个吹扫喷嘴组包括多个吹扫喷嘴 (31)，每个吹扫喷嘴组中的吹扫喷嘴周向均勻地连接在所述容置部(11)内，压缩空气通过 所述吹扫喷嘴能以一喷射夹角吹扫所述钻杆表面的泥浆；除泥器外壳(32)，其安装在所述钳臂装置(1)上；喷嘴固定板(33)，其设置于除泥器外壳内，所述吹扫喷嘴周向均勻地连接在喷嘴固定 板上；除泥器端盖(34)，其连接在除泥器外壳的端面上，所述除泥器端盖中间设有轴向贯通 的贯孔，以便所述压缩空气能从所述吹扫喷嘴吹扫到所述钻杆上。
4.根据权利要求1所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述钳臂 装置⑴包括二个钳臂(12)，每个钳臂呈半圆形的筒体结构，两个钳臂的两个端部分别相互对应，其 中一个端部以铰链(13)连接，另一个端部借助钳臂驱动器分别能绕着铰链转动；二个拉杆(14)，两个拉杆的安装位置相对于所述铰链对称，每个拉杆的一端安装在所 述钳臂的外侧后方，通过拉杆的前后移动，则可带动钳臂(12)向内或向外转动。
5.根据权利要求4所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述拉杆 (14)的另一端连接可转动的驱动丝杠(15)，驱动丝杠(15)远离所述钳臂(12)的一端支撑 在固定的丝杠支座(16)上，驱动电机(17)带动驱动丝杠(15)转动，驱动丝杠(15)的转动 使得拉杆(14)前后移动。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在 于，所述探头装置(2)包括多个永磁式的探头组件(21)和多个柔性扶正组件(22)，所述柔 性扶正组件(22)沿周向方向连接在所述探头连接座(19)上，每个探头组件对应连接在柔 性扶正组件的内侧，且每个探头组件通过柔性扶正组件能倾斜或复位设置。
7.根据权利要求6所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，每个所述 探头组件(21)包括永磁铁(211)，磁轭(212)和漏磁传感器(213)，所述磁轭位于所述永磁 铁的外侧，所述漏磁传感器位于所述永磁铁的中间；每个柔性扶正组件(22)包括一个弹性组件和两个引导轮组件；所述弹性组件包括主弹簧(221)，弹簧固定板(222)和固定帽(223)，所述主弹簧的一 端连接弹簧固定板，另一端连接在所述磁轭的中间位置上，所述弹簧固定板通过固定帽连接在所述钳臂装置上的探头固定座上；每个所述引导轮组件包括探头引导轮(224)，导轮支架(225)和导轮支座(226)，所述 导轮支架的一端连接可转动的探头引导轮，另一端连接导轮支座，所述导轮支座连接在所 述磁轭上。
8.根据权利要求7所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述探头 引导轮(224)的圆心位置设有引导轮轴(227)，引导轮轴(227)上装有同轴齿轮(228)和磁 电式接近开关(229)，所述同轴齿轮(228)与探头引导轮同步转动，同轴齿轮(228)转动所 产生的角位移通过接近开关(229)以脉冲信号形式输出。
9.根据权利要求6所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述机械 系统还包括底盘装置(4)，所述底盘装置包括底盘(41)和导轨(42)，所述钳臂装置(1)安 装在底盘上，所述底盘带动钳臂装置可水平移动地连接在导轨上；所述底盘的下部并对应导轨的位置安装有车轮(43)和垂直位移限制轮(44)，所述底 盘(41)借助车轮(43)可水平移动地设置在所述导轨上，所述垂直位移限制轮(44)限制所 述底盘(41)在垂直方向的运动。
10.根据权利要求9所述的钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其特征在于，所述导轨 (42)的端部设有导轨引导轮(49)；所述导轨(42)与钻台之间通过磁性起重器(45)进行连 接。
全文摘要
本发明公开了一种钻机井口钻杆漏磁检测器机械系统，其包括钳臂装置(1)，其为可张开或闭合设置，在其闭合状态，所述钳臂装置(1)呈圆筒形，在其内沿轴向设有贯通的容置部(11)，所述钻杆(Z)可运动地穿设于所述容置部(11)，所述容置部(11)内设有探头连接座(19)；永磁式的探头装置(2)，其设置于钳臂装置(1)的探头连接座(19)上，并对应于所述钻杆，对钻杆进行漏磁式的探伤检测。本发明实施例中的探头装置不需要电流即可对钻杆进行检测，因此能直接用于钻机井口，使用方便；此外，探头装置在石油钻机井口的起下钻作业过程中实现了钻杆的漏磁探伤，且探头安全防爆和无需人工清洗钻杆。
文档编号G01N27/83GK101995431SQ201010225759
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者刘建华, 刘贤文, 宋强, 林洪亮, 林立, 谢新安, 赵帅元, 魏立明 申请人:中国石油大学(北京);中国石油集团渤海钻探工程有限公司