专利名称：一种钻具外螺纹应力状况检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻具外螺纹应力状况检测装置，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是在连接螺纹部位断裂破坏，外螺纹接头的断裂裂纹常发生在从台肩算起第2个或第3个螺扣的根部。外螺纹部位成为钻具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，使之在复合交变应力作用下容易萌生疲劳裂纹，并在循环应力和腐蚀介质作用下扩展，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，钻具接头外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接头外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 忆检测技术的钻具外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外螺纹应力状况检测装置。针对现有的无损检测装置对钻具接头外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通过钻具外螺纹应力状况检测装置实现对外螺纹微观缺陷和应力集中区的检测，实现对钻具接头外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外螺纹应力状况检测装置，主要由钻具定位夹紧机构、传感器检测机构以及电机驱动机构组成；定位夹紧机构主要包括锁扣拉杆、锁扣扳手、右支撑环、锁扣座、锁扣、立杆、支撑环附件、左支撑环、调整弹簧和调节螺母，左支承环和右支撑环组成对开式支承环通过开口销和销轴连接，锁扣通过螺钉固定在左支承环上，锁扣扳手和锁扣拉杆通过锁扣销轴连接，左支承环开设螺纹调节孔，锁扣拉杆上加入调整弹簧和调节螺母，支撑环附件由螺钉固定在立杆上；锁扣小销轴连接锁扣座；传感器检测机构主要包括传感器壳、传感器安装环、L片簧、片簧盖片、小滑杆、直线轴承、调整圆盘、螺钉和限位盘，传感器壳通过轴销固定于传感器安装环上，L片簧的一端由螺钉固定于传感器安装环上，另一端由片簧盖片封盖于传感器壳下端的U型槽中，片簧盖片通过螺钉固定于传感器壳上，传感器安装环下端开台阶孔，孔内装直线轴承，小滑杆穿过该直线轴承，与调整圆盘和螺钉螺纹连接，小弹簧套在小滑杆上，调整圆盘下端通过紧定螺钉与步进电机连接，上端通过螺钉与限位盘连接；垫片连接在小滑杆与螺钉之间；电机驱动机构主要包括电机护套、步进电机、电机支撑环和立杆，步进电机装于电机护套内，与电机支撑环通过紧定螺钉连接，电机支撑环与立杆通过螺纹连接。为实现对不同型号钻具接头外螺纹检测需要，钻具外螺纹应力状况检测装置能够实现钻具变径夹紧及外螺纹变径检测要求。在装卡时，首先，掰开锁扣扳手，使支撑环处于打开状态，然后沿待测钻杆轴向套入支撑环，调节紧定螺栓，最后闭合锁扣扳手，完成装卡过程。为适应装卡不同管径钻杆的需要，特在支撑环的两侧开设螺纹调节孔。因现场不可避免地会出现各种振动，从而引起锁扣松动、支撑环打开，故在锁扣拉杆上加入调节弹簧，通过旋动调整螺母增加预紧力，保证装卡的稳定性。由于钻具接头螺纹应力集中大多发生在螺纹根部，因此待装置装卡固定好后，还需调节整个检测机构的高度。外螺纹应力信号的采集由封装在传感器壳中的磁记忆检测元件完成，为增加信号覆盖范围，采用对称分 布的方式设置传感器壳。磁记忆检测元件为对铁磁信号敏感元件，为降低外部信号的干扰，故采用不导磁不锈钢制作传感器壳。L片簧的作用是调节传感器壳角度，保证传感器与待测钻具接头外螺纹平行并保持稳定接触，其一端由螺钉紧固于传感器安装环上，另一端由片簧盖片封在传感器壳下部的U型槽中，目的是防止片簧脱出，失去调节角度的作用。水平调节弹簧的作用是使传感器壳紧贴待测外螺纹表面。该机构能自适应不同规格型号钻杆外螺纹的检测，工作时只需确定好待测钻具尺寸范围，换上相应的限位盘即可。电机驱动机构驱动磁记忆检测元件沿圆周方向运动，完成对钻杆外螺纹的信号采集。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外螺纹微观缺陷和应力状况，为钻具外螺纹的应力状况的检测与评价提供依据。其主要特点是:对不同尺寸的钻具接头，本装置采用三调整螺栓定心夹紧结构和传感装置变径自适应机构实现对不同钻具外螺纹的检测，实现一套装置检测多种规格型号钻杆；可得到钻具外螺纹残余应力和应力集中的状况及疲劳损伤程度；传感检测装置针对钻具外螺纹特点，可以实现探头与外螺纹的良好接触，实现多通道同时检测，减少因接触不良造成的检测误差。本实用新型结构稳定、结构强度高、耐腐蚀、耐磨损、检测速度快、检测精度高，能够实现快速准确的大批量钻具接头外螺纹检测。装置便于携带，操作简单，强度高，准确度好，适合现场应用。
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:[0019]图1为本实用新型的钻具外螺纹应力状况检测装置主视结构示意图；图2为本实用新型的钻具外螺纹应力状况检测装置俯视结构示意图；图3为本实用新型的定位夹紧机构结构示意图；图4为本实用新型的传感器检测机构结构示意以下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、图3、图4所示，一种钻具外螺纹应力状况检测装置，主要定位夹紧机构、传感器检测机构和电机驱动机构组成，定位夹紧机构主要包括锁扣拉杆14、锁扣扳手16、右支撑环17、锁扣座19、锁扣20、立杆22、支撑环附件24、左支撑环29、调整弹簧33和调节螺母34，左支承环29和右支撑环17组成对开式支承环通过开口销27和销轴28连接，锁扣20通过螺钉21固定在左支承环29上，锁扣扳手16和锁扣拉杆14通过锁扣销轴15连接，左支承环29开设螺纹调节孔32，以实现不同尺寸钻具接头的定心，锁扣拉杆14上加入调整弹簧33和调节螺母34，支撑环附件24由螺钉23固定在立杆22上；锁扣小销轴18连接锁扣座19 ；传感器检测机构主要包括传感器壳13、传感器安装环11、L片簧26、片簧盖片25、小滑杆9、直线轴承、调整圆盘5、螺钉7和限位盘31，传感器壳13通过轴销12固定于传感器安装环上11上，L片簧26的一端由螺钉36固定于传感器安装环11上，另一端由片簧盖片25封盖于传感器壳13下端的U型槽中，片簧盖片25通过螺钉固定于传感器壳13上,传感器安装环11下端开台阶孔，孔内装直线轴承，小滑杆9穿过该直线轴承，与调整圆盘5和螺钉7螺纹连接，小弹簧10套在小滑杆9上，调整圆盘5下端通过紧定螺钉6与步进电机4连接，上端通过螺钉30与限位盘31连接；垫片8连接在小滑杆9与螺钉7之间；电机驱动机构主要包括电机护套1、步进电机4、电机支撑环2和立杆22，步进电机4装于电机护套I内，与电机支撑环2通过紧定螺钉3连接，电机支撑环2与立杆22通过螺纹连接。小滑杆9两端分别为内 螺纹和外螺纹，外螺纹端与调整圆盘5连接，内螺纹端与螺钉7连接。立杆22与电机支撑环2连接端是外螺纹。电机护套I中充满绝缘脂。传感器周向分布八个。实施例2:如图1、图2、图3、图4所示，钻具外螺纹应力状况检测装置，图1、图2分别为钻具外螺纹应力状况检测装置主视图和俯视图，主要包括钻具定位夹紧机构、传感器检测机构以及电机驱动机构三大部分。参照图1和图2，图3为定位夹紧机构原理图，主要作用是完成整个装置的装卡与固定。一种钻具外螺纹应力状况检测装置，由左支承环29和右支撑环17组成对开式支承环，两半体通过销轴28连接，在两支承环上分别有锁扣20和锁扣座19，锁扣20通过螺钉固定在支承环上，借助锁扣扳手16和锁扣拉杆14可以实现支承环的开启和闭合，两者通过锁扣销轴15连接在一起，为了适应不同尺寸钻具接头的需要，在支撑环的两侧开设了螺纹调节孔32，通过调整螺栓的调节可以实现不同尺寸钻具接头的定心，为避免现场使用时的锁扣20松动致使支承环打开，在锁扣拉杆14上加入了调整弹簧33和调节螺母34，通过旋转调节螺母34，可以改变调整螺母33的压缩量，使锁扣拉杆14的预紧力改变，从而实现装卡的稳定性，使整个检测机构达到定位夹紧。定位夹紧机构通过支撑环附件24和螺钉23固定在立杆22上，整个机构可沿立杆上下滑动，实现装卡位置调节。参照图1和图2，图4为传感器检测机构原理图，主要实现钻具接头外螺纹的应力检测。由于钻具外螺纹应力集中多发生在从台肩算起第2个或第3个螺扣的根部，因此当装卡完成后，需要通过立杆22、螺钉23和支撑环附件24来调节整个检测机构的高度，以实现外螺纹应力的有效检测。钻具外螺纹应力信号是通过强磁记忆传感器来检测的，为保护传感器机构和灵敏度，实现非接触式检测，强磁记忆传感器封装于传感器壳13中，传感器壳13通过轴销12固定于传感器安装环上11上，为了保证传感器与钻具外螺纹接触，通过L片簧26来调节传感器壳13的角度，L片簧26的一端由螺钉36固定于传感器安装环11上，另一端由片簧盖片25封盖于传感器壳13下端的U型槽中以防止其脱落，片簧盖片25通过螺钉固定于传感器壳13上，小滑杆9 一端为内螺纹，另一端为外螺纹，传感器安装环11下端开台阶孔，孔内装直线轴承，小滑杆9穿过该直线轴承，外螺纹端与调整圆盘5通过螺纹连接，内螺纹端与螺钉7连接，同时在小滑杆上套入小弹簧10，通过调节小滑杆内螺纹端螺钉7来改变弹簧的压缩量，从而对传感器安装环11施加径向力，使传感器壳13与不同尺寸钻具外螺纹接头的紧密接触，从而实现传感检测装置对不同钻具接头的自适应性，调整圆盘5下端通过紧定螺钉6与步进电机4输出轴连接，上端通过螺钉30与限位盘31连接，限位盘31的作用是利用其外径使调整圆盘预张开一定的范围，不同的限位盘有不同的外径，在检测不同类型的钻具接头时，换上相应尺寸的限位盘即可，步进电机4转动时，带动调整圆盘5转动，从而使整个检测机构实现外螺纹周向检测`。为达到全面检测的目的，采用对称分布的方式来安装传感器。传感检测机构通过立杆22和电机支撑换2与驱动系统和定位夹紧系统连接在一起。参照图1和图2，电机驱动系统主要有电机护套1，步进电机4，电机支撑换2和紧定螺钉3组成，作用是驱动传感检测机构沿圆周方向运动，完成对钻杆外螺纹的信号采集。因井场易燃易爆气体居多，为防爆燃事故发生，故将步进电机4封装于充满绝缘脂的电机护套I中。现场使用时，首先做好相应的前期准备工序，即根据井场待测钻具规格型号对检测装置的支撑机构做相应调整，并为钻具外螺纹检测装置换上相应的尺寸限位盘。准备工作完成后，即可对待测钻杆进行磁记忆检测。搬动锁扣扳手，打开支撑环，并沿待测钻杆轴向套入，闭合锁扣扳手，同时旋动调整螺栓，完成装置的固定与锁紧。然后调节支撑环附件进而调节整个装置的高度，使传感器壳能紧贴待测螺纹根部。最后，闭合电源开关，在步进电机的作用下，整个传感器沿螺纹表面做往复式圆周运动，实现了对螺纹表面磁信号的全覆盖式采集工作。采集到的数据待计算机分析处理后，即可完成对待测钻杆的寿命评价。[0042]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。
权利要求1.一种钻具外螺纹应力状况检测装置，主要由定位夹紧机构、传感器检测机构和电机驱动机构组成，其特征是: 定位夹紧机构主要包括锁扣拉杆、锁扣扳手、右支撑环、锁扣座、锁扣、立杆、支撑环附件、左支撑环、调整弹簧和调节螺母，左支承环和右支撑环组成对开式支承环通过开口销和销轴连接，锁扣通过螺钉固定在左支承环上，锁扣扳手和锁扣拉杆通过锁扣销轴连接，左支承环开设螺纹调节孔，锁扣拉杆上加入调整弹簧和调节螺母，支撑环附件由螺钉固定在立杆上；锁扣小销轴连接锁扣座； 传感器检测机构主要包括传感器壳、传感器安装环、L片簧、片簧盖片、小滑杆、直线轴承、调整圆盘、螺钉和限位盘，传感器壳通过轴销固定于传感器安装环上，L片簧的一端由螺钉固定于传感器安装环上，另一端由片簧盖片封盖于传感器壳下端的U型槽中，片簧盖片通过螺钉固定于传感器壳上，传感器安装环下端开台阶孔，孔内装直线轴承，小滑杆穿过该直线轴承，与调整圆盘和螺钉螺纹连接，小弹簧套在小滑杆上，调整圆盘下端通过紧定螺钉与步进电机连接，上端通过螺钉与限位盘连接；垫片连接在小滑杆与螺钉之间； 电机驱动机构主要包括电机护套、步进电机、电机支撑环和立杆，步进电机装于电机护套内，与电机支撑环通过紧定螺钉连接，电机支撑环与立杆通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种钻具外螺纹应力状况检测装置，其特征是:小滑杆两端分别为内螺纹和外螺纹，外螺纹端与调整圆盘连接，内螺纹端与螺钉连接。
3.根据权利要求1所述的一种钻具外螺纹应力状况检测装置，其特征是:立杆与电机支撑环连接端是外螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种钻具外螺纹应力状况检测装置，其特征是:电机护套中充满绝缘脂。
5.根据权利要求 1所述的一种钻具外螺纹应力状况检测装置，其特征是:传感器周向分布八个。
专利摘要一种钻具外螺纹应力状况检测装置，属于无损检测技术领域。定位夹紧机构包括锁扣拉杆、锁扣扳手、右支撑环、锁扣座、锁扣、立杆、支撑环附件、左支撑环、调整弹簧和调节螺母，传感器检测机构包括传感器壳、传感器安装环、L片簧、片簧盖片、小滑杆、直线轴承、调整圆盘、螺钉和限位盘，传感器壳通过轴销固定于传感器安装环上；电机驱动机构包括电机护套、步进电机、电机支撑环和立杆，步进电机装于电机护套内，与电机支撑环通过紧定螺钉连接，电机支撑环与立杆通过螺纹连接。本实用新型结构强度高、耐腐蚀、耐磨损、检测速度快、检测精度高，实现快速准确的大批量钻具接头外螺纹检测。装置便于携带，操作简单，强度高，准确度好，适合现场应用。
文档编号G01L1/12GK203100944SQ20132001197
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者苏建文, 祖强, 卢强, 武新国, 谢居良, 胡芳婷, 戴春林, 樊建春, 张来斌 申请人:中国石油天然气股份有限公司