便携式石油管内螺纹锥度测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，属于石油领域。所述便携式石油管内螺纹锥度测量仪包括主框架、滑杆、锁紧螺钉、测量爪、位移传感器、测头及数字显示盒，主框架、滑杆、测量爪以及测头球心均在同一平面上。本发明所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，可一次性完成石油管内螺纹锥度测量，并通过数字显示器直接显示出被测石油管内螺纹的锥度，测量人员可以根据显示的数据直接判断该内螺纹锥度是否符合要求，故本发明在充分保证石油管内螺纹锥度测量准确性的前提下，解决了内螺纹锥度测量过程繁琐、容易错扣、需要检测人员具备丰富检测经验等问题，大幅提高石油管内螺纹锥度检测效率，有效降低检测成本，并且方便检测使用。
【专利说明】便携式石油管内螺纹锥度测量仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油领域，特别涉及一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，是石油管内螺纹锥度的专用计量工具。
【背景技术】
[0002]石油管螺纹是带有一定锥度的螺纹，其锥度定义为螺纹中径在单位长度上的增加量，通常指一英寸长度上的增加量。锥度按标准要求分锥度1:16、1:12、1:6或1:4。为保证石油管在钻采过程中的安全，在各类标准及规范中对石油管螺纹各项参数均有明确的检测要求，来确保石油套管连接螺纹的加工尺寸精度和互换性，以提高石油管螺纹连接的安全可靠性。
[0003]而锥度是评价螺纹加工质量、螺纹磨损或者变化情况非常重要的一个参数。根据API (美国石油标准学会)Spec 5B-2008《套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》及API Spec 7-2-2008《旋转台肩式螺纹连接的加工、测量和检验规范》中要求，锥度应按标准规定测量位置和测量步骤用专用的测量仪器进行锥度测量。
[0004]现有的石油管内螺纹锥度测量仪存在下述问题:内螺纹测量过程中螺纹牙数因石油管内螺纹接头结构特征不易准确读出，测量时极容易错扣；需要多步骤才能完成锥度测量，测量过程繁琐；且无法保证锥度测量在同一母线上；测量需要具备丰富检测经验的检测人员方可保证检测数据的准确性。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，可一次性完成石油管内螺纹锥度的测量，大幅降低对检测人员检测经验方面的要求，并且检测数据准确可靠，方便检测使用。所述技术方案如下:
[0006]一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，包括主框架、滑杆、锁紧螺钉、测量爪、位移传感器、测头及数字显示盒，其中，所述主框架、所述滑杆、所述测量爪以及所述测头球心均在同一平面上；
[0007]所述主框架包括在同一平面内的主杆和手柄，所述主杆与所述手柄相连并形成回型封闭结构，所述主杆包括两根管体，所述两根管体等长，所述两根管体在同一平面相互平行且间隔设置；
[0008]所述滑杆包括左滑杆和右滑杆，所述左滑杆和所述右滑杆均垂直套接所述两根管体上，并且均与所述两根管体形成间隙配合，所述锁紧螺钉包括左锁紧螺钉和右锁紧螺钉，所述左滑杆通过所述左锁紧螺钉与所述主杆锁定，所述右滑杆通过所述右锁紧螺钉与所述主杆锁定；
[0009]所述测量爪包括左下测量爪、左上测量爪、右下测量爪和右上测量爪，所述测量爪均与所述主杆平行，所述测量爪均等长，所述测量爪内均安装有弹簧，使得所述测量爪始终受指向所述测头的力，其中，所述左下测量爪和所述左上测量爪分别装配在所述左滑杆上，所述右下测量爪和所述右上测量爪分别装配在所述右滑杆上，所述左下测量爪和所述右下测量爪距所述主杆的距离相等，所述左下测量爪和所述左上测量爪相距单位长度，右下测量爪和右上测量爪也相距单位长度；
[0010]所述位移传感器包括四个，所述四个位移传感器分别设置在所述测量爪与其相对应的所述滑杆的连接处；
[0011]所述测头包括四个，所述四个测头分别与所述测量爪的测量端螺纹连接，在未工作状态下，所述左测下测量爪及所述左上测量爪对应的两个测头连线、以及所述右测下测量爪及所述右上测量爪对应的两个测头连线均垂直于所述主杆；
[0012]所述数字显示盒设置在所述主杆的中间，所述数字显示盒中设有单片机，所述数字显示盒上设有电源开关按钮、回零按钮、螺纹类型选择按钮和数字显示屏。
[0013]具体地，所述所有的位移传感器、所述单片机以及所述数字显示盒之间通过电缆形成电路。
[0014]具体地，测得的石油管内螺纹锥度通过修正后为I (D1-DjcosQ-eVcoscjj |，并通过所述数字显示盒上的所述螺纹类型选择按钮选择对应的修正系数COS ( Φ - Θ ) /cos Φ，其中，
[0015]D1为所述左上测量爪对应的位移传感器和所述右上测量爪对应的位移传感器之间的传输数字信号的差值；
[0016]D2为所述左下测量爪对应的位移传感器和所述右下测量爪对应的位移传感器之间的传输数字信号差值的最大值，
[0017]Θ为理论半螺旋升角，
[0018]φ为理论半锥角。
[0019]进一步地，所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪还包括加长杆，所述加长杆设于所述测量爪与所述测头之间。
[0020]具体地，所述单位长度为一英寸。
[0021]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:相比现有技术，本发明所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，可一次性完成石油管内螺纹锥度测量，并通过数字显示器直接显示出被测石油管内螺纹的锥度，测量人员可以根据显示的数据直接判断该内螺纹锥度是否符合要求，故本发明在充分保证石油管内螺纹锥度测量准确性的前提下，解决了内螺纹锥度测量过程繁琐、容易错扣、需要检测人员具备丰富检测经验等问题，大幅提高石油管内螺纹锥度检测效率，有效降低检测成本，并且方便检测使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]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。
[0023]图1是本发明实施例提供的便携式石油管内螺纹锥度测量仪的俯视图；
[0024]图2a是本发明实施例提供的便携式石油管内螺纹锥度测量仪测量状态的俯视图；[0025]图2b是本发明实施例提供的便携式石油管内螺纹锥度测量仪测量状态的主视图；
[0026]图3是使用本发明便携式石油管内螺纹锥度测量仪的数学原理图。
[0027]图中各符号表不含义如下:
[0028]1.主框架，2.主杆，3.手柄，4.数字显示盒，5.电源开关按钮，6.回零按钮，7.螺纹类型选择按钮，8.数字显示屏，9.锁紧螺钉，10.左滑杆，11.右滑杆，12.左下测量爪，13.右下测量爪，14.左上测量爪，15.右上测量爪，16.加长杆，17.位移传感器，18.测头，
19.石油管内螺纹接头。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0030]如图1所示，一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，包括主框架1、滑杆、锁紧螺钉
9、测量爪、位移传感器17、测头18及数字显示盒4，其中，所述主框架1、所述滑杆、所述测量爪以及所述测头18球心均在同一平面上；
[0031]所述主框架I包括在同一平面内的主杆2和手柄3，所述主杆2与所述手柄3相连并形成回型封闭结构，所述主杆2包括两根管体，所述两根管体等长，所述两根管体在同一平面相互平行且间隔设置；
[0032]所述滑杆包括左滑杆10和右滑杆11，所述左滑杆10和所述右滑杆11均垂直套接所述两根管体上，并且均与所述两根管体形成间隙配合，所述锁紧螺钉9包括左锁紧螺钉和右锁紧螺钉，所述左滑杆10通过所述左锁紧螺钉与所述主杆2锁定，所述右滑杆11通过所述右锁紧螺钉与所述主杆2锁定；
[0033]所述测量爪包括左下测量爪12、左上测量爪14、右下测量爪13和右上测量爪15，所述测量爪均与所述主杆2平行，所述测量爪均等长，所述测量爪内均安装有弹簧，使得所述测量爪始终受指向所述测头18的力，其中，所述左下测量爪12和所述左上测量爪14分别装配在所述左滑杆10上，所述右下测量爪13和所述右上测量爪15分别装配在所述右滑杆11上，所述左下测量爪12和所述右下测量爪13距所述主杆2的距离相等，所述左下测量爪12和所述左上测量爪14相距单位长度，右下测量爪13和右上测量爪15也相距单位长度；
[0034]所述位移传感器17包括四个，所述四个位移传感器17分别设置在所述测量爪与其相对应的所述滑杆的连接处；
[0035]所述测头18包括四个，所述四个测头18分别与所述测量爪的测量端螺纹连接，在未工作状态下，所述左测下测量爪12及所述左上测量爪14对应的两个测头18连线、以及所述右测下测量爪13及所述右上测量爪15对应的两个测头18连线均垂直于所述主杆2 ；
[0036]所述数字显示盒4设置在所述主杆2的中间，所述数字显示盒4中设有单片机，所述数字显示盒4上设有电源开关按钮5、回零按钮6、螺纹类型选择按钮7和数字显示屏8。
[0037]本发明所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，可一次性完成石油管内螺纹锥度测量，并通过数字显示器直接显示出被测石油管内螺纹的锥度，测量人员可以根据显示的数据直接判断该内螺纹锥度是否符合要求，故本发明在充分保证石油管内螺纹锥度测量准确性的前提下，解决了内螺纹锥度测量过程繁琐、容易错扣、需要检测人员具备丰富检测经验等问题，大幅提高石油管内螺纹锥度检测效率，有效降低检测成本，并且方便检测使用。
[0038]具体地，参见图1，所述所有的位移传感器17、所述单片机以及所述数字显示盒4之间通过电缆形成电路。
[0039]具体地，如图3所示，测得的石油管内螺纹锥度通过修正后为I (D1-D2)COS ( Φ - Θ ) /COS Φ I，并通过所述数字显示盒4上的所述螺纹类型选择按钮7选择对应的修正系数COS (Φ - Θ )/cos Φ，其中，
[0040]D1为所述左上测量爪14对应的位移传感器17和所述右上测量爪15对应的位移传感器17之间的传输数字信号的差值；
[0041]D2为所述左下测量爪12对应的位移传感器17和所述右下测量爪13对应的位移传感器17之间的传输数字信号差值的最大值，
[0042]Θ为理论半螺旋升角，
[0043]φ为理论半锥角。
[0044]如图3所示使用本发明便携式石油管内螺纹锥度测量仪的数学原理图，其中，为了便于理解图3中螺纹部分未画，螺旋升角有意放大。
[0045]本发明的数学原理:参见图3，通过测量爪与滑杆处装配的位移传感器17采集到的数据，在所设计的单片机上实现减法运算得到D1和D2。理论上锥度是D1-D2，但考虑螺纹升角影响因素，依据三角函数关系将DjP D2进行修正，实际测量锥度应为I (D1-D2)cos ( Φ - Θ ) /cos Φ I，Θ为理论半螺旋升角，Φ为理论半锥角，cos ( Φ - Θ ) /cos Φ为修正系数，在石油管螺纹中，确定的螺纹类型对应唯一的理论螺旋升角和理论锥角，因此也对应唯一的修正系数，修正系数的选取通过螺纹类型选择按钮7来选择。
[0046]进一步地，如图1所示，所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪还包括加长杆16，所述加长杆16设于所述测量爪与所述测头18之间。通过增加加长杆16的结构，以适应不同石油管螺纹内径的测量。
[0047]具体地，如图1所示，作为优选，所述单位长度为一英寸。当然本领域普通技术人员可以理解，所述单位长度不局限于一英寸，可以其他合适的长度。
[0048]参见图2a及图2b，本发明所述便携式石油管内螺纹锥度测量仪测量过程:
[0049]首先，根据所测量石油管内螺纹接头19尺寸调整左滑杆10和右滑杆11在主杆2上的位置，若有需要，则选取适合且等长的加长杆1616分别螺纹连接在每个测量爪上，再通过螺纹连接测头18至各个加长杆16的前端；保证在整个测量过程中，所有测头18均在所测石油管内螺纹接头19对应的螺纹槽内；在开始测量前，先打开电源开关按钮5，根据被测石油管内螺纹接头19螺纹类型再按下螺纹类型选择按钮7，最后按下回零按钮6 ;拉动左下测量爪12和左上测量爪14，使上述测量爪测头18置于测石油管内螺纹接头19的螺纹槽内，保证左滑杆10与被测石油管内螺纹接头19轴线平行，主杆2与石油管内螺纹接头19端面平行；右下测量爪13和右上测量爪15在方向相反的对测螺纹槽内做小圆弧摆动；通过单片机减法运算得到左下测量爪12和右下测量爪13之间的位移传感器17传输数字信号差值的最大值D2,同时减法运算得到左上测量爪14和右上测量爪15之间的位移传感器17传输数字信号的差值D1，经数学修正后，最后在数字显示屏8上显示石油管内螺纹接头 19 的锥度为 I (D1-D2) cos ( Φ - Θ ) /cos Φ I。[0050]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0051 ] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种便携式石油管内螺纹锥度测量仪，其特征在于，包括主框架、滑杆、锁紧螺钉、测量爪、位移传感器、测头及数字显示盒，其中，所述主框架、所述滑杆、所述测量爪以及所述测头球心均在同一平面上； 所述主框架包括在同一平面内的主杆和手柄，所述主杆与所述手柄相连并形成回型封闭结构，所述主杆包括两根管体，所述两根管体等长，所述两根管体在同一平面相互平行且间隔设置； 所述滑杆包括左滑杆和右滑杆，所述左滑杆和所述右滑杆均垂直套接所述两根管体上，并且均与所述两根管体形成间隙配合，所述锁紧螺钉包括左锁紧螺钉和右锁紧螺钉，所述左滑杆通过所述左锁紧螺钉与所述主杆锁定，所述右滑杆通过所述右锁紧螺钉与所述主杆锁定； 所述测量爪包括左下测量爪、左上测量爪、右下测量爪和右上测量爪，所述测量爪均与所述主杆平行，所述测量爪均等长，所述测量爪内均安装有弹簧，使得所述测量爪始终受指向所述测头的力，其中，所述左下测量爪和所述左上测量爪分别装配在所述左滑杆上，所述右下测量爪和所述右上测量爪分别装配在所述右滑杆上，所述左下测量爪和所述右下测量爪距所述主杆的距离相等，所述左下测量爪和所述左上测量爪相距单位长度，右下测量爪和右上测量爪也相距单位长度； 所述位移传感器包括四个，所述四个位移传感器分别设置在所述测量爪与其相对应的所述滑杆的连接处； 所述测头包括四个，所述四个测头分别与所述测量爪的测量端螺纹连接，在未工作状态下，所述左测下测量爪及所述左上测量爪对应的两个测头连线、以及所述右测下测量爪及所述右上测量爪对应的两个测头连线均垂直于所述主杆； 所述数字显示盒设置在所述主杆的中间，所述数字显示盒中设有单片机，所述数字显示盒上设有电源开关按钮、回零按钮、螺纹类型选择按钮和数字显示屏。
2.根据权利要求1所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，其特征在于，所述所有的位移传感器、所述单片机以及所述数字显示盒之间通过电缆形成电路。
3.根据权利要求1所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，其特征在于，测得的石油管内螺纹锥度通过修正后为I (D1-D^coMct-e Vcoscj5 I，并通过所述数字显示盒上的所述螺纹类型选择按钮选择对应的修正系数COS ( Φ - Θ ) /cos Φ，其中， D1为所述左上测量爪对应的位移传感器和所述右上测量爪对应的位移传感器之间的传输数字信号的差值； D2为所述左下测量爪对应的位移传感器和所述右下测量爪对应的位移传感器之间的传输数字信号差值的最大值， Θ为理论半螺旋升角， Φ为理论半锥角。
4.根据权利要求1所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，其特征在于，所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪还包括加长杆，所述加长杆设于所述测量爪与所述测头之间。
5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的便携式石油管内螺纹锥度测量仪，其特征在于，所述单位长度为一英寸。
【文档编号】G01B21/22GK103542832SQ201210242470
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】白小亮, 韩新利, 吴健, 艾裕丰, 田育洲, 李光峰 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所