一种抽油光杆表面裂纹实时检测装置的制作方法

本发明涉及石油设备和工具，更具体涉及一种抽油光杆表面裂纹实时检测装置。

背景技术：

抽油光杆是油田人工举升采油最关键的部件之一，其性能的好坏直接关系着油井能否正常生产。无论是钢质抽油光杆，还是镍基合金涂层喷焊光杆，疲劳断裂都是其失效的主要原因之一。一旦发生抽油光杆的疲劳断裂，将使油井出现停产，以及高昂的修井作业费用。目前油田主要通过检测抽油光杆在服役过程中的示功图是否出现异常来预测抽油光杆能否正常工作，但这种方法不够直接，也不够精确，但除此之外还没有有效的方法来监控抽油光杆的疲劳断裂。对于任何抽油光杆的断裂而言，都是从表面出现疲劳裂纹开始的，一旦宏观裂纹扩展到一定程度之后，抽油光杆相互连接的横截面积难以承受外在载荷时将发生脆性断裂，可见疲劳裂纹的检测是抽油光杆疲劳断裂检测的关键所在，但目前并没有针对抽油光杆疲劳裂纹的检测装置和方法。

因此，如何便捷精确的实时检测抽油光杆在服役过程中的疲劳裂纹并及时预警其疲劳断裂，将有效解决油田人工举升采油中存在的光杆断裂问题，确保油井高效正常运行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种可实时监测抽油光杆表面裂纹出现情况的装置，为抽油光杆疲劳断裂的发生提供预警。

按照本发明提供的一种抽油光杆表面裂纹实时检测装置，其采用的主要技术方案为：包括动力源、卡箍、支架、清洁模块、喷涂模块、摄像模块、临界裂纹形貌数据库和报警模块，所述支架为双层结构，上层结构和下层结构均有圆环，所述抽油光杆处于所述支架中间，所述圆环的直径均大于光杆的外径，以确保所述抽油光杆在服役过程中不会碰触到所述支架的内壁，所述下层结构圆环的直径大于所述上层结构的圆环，所述卡箍位于所述支架的顶部，所述卡箍可与所述光杆或所述光杆的卡子相互固定，所述清洁模块安装在所述上层结构圆环上，所述喷涂模块和摄像模块均安装在所述支架的下层结构圆环上，所述清洁模块可在所述支架的上层结构圆环的圆周外侧沿整个周长线连续移动，确保所述抽油光杆的整个圆周表面均可以被清洁，所述喷涂模块和摄像模块均可在所述支架的下层结构圆环的圆周外侧沿整个周长线连续移动，确保所述抽油光杆的整个圆周表面均可以被喷涂处理和观察。

所述动力源为太阳能电池，或充电电池，或通过电线与地面电源相连接，可根据井场的实际情况选择一种或者几种动力源方式。

所述卡箍采用螺栓和螺母的形式和所述光杆的卡子相固定。

所述清洁模块包括清洁溶液箱、喷头、清洁布和清洁海绵，所述清洁溶液包括水、有机溶剂和无水乙醇，所述喷头、所述清洁布和所述海绵均与伸缩杆相连接，所述伸缩杆可在所述光杆轴向移动，从而可以实现清洁模块在抽油光杆的轴向和周向均可以完成对抽油光杆的覆盖和处理。所述清洁溶液包括水、有机溶剂和无水乙醇，可以充分应对抽油光杆表面的灰尘和油污等大部分情况，实现表面的彻底清洁。所述清洁布和清洁海绵的同时存在可以实现表面溶剂和水分的彻底清除。

所述喷涂模块包括喷涂溶剂箱和喷嘴，所述喷嘴的末端带有微孔，使得喷嘴喷出的液体可以一定喷速的雾滴状形式出现，所述喷嘴可在所述光杆表面轴向180度范围内转动，所述喷涂溶剂箱中分区域装有渗透剂和显影剂，所述喷嘴包括渗透剂喷嘴和显影剂喷嘴，所述喷嘴均设有保护罩，确保喷嘴喷出的液体集中在抽油光杆表面，减少其喷到空气中的几率，所述保护罩与所述光杆表面不接触，所述保护罩边缘与所述光杆表面之间的距离不低于10毫米。

所述摄像模块包括摄像头、存储卡和无线信号传送装置，所述摄像头可在所述光杆表面轴向180度范围内转动，可实现对抽油光杆的轴向和周向的观察全覆盖。

所述上层结构和下层结构圆环的周长方向外侧均有连续贯通的沟槽边缘，所述沟槽边缘与所述清洁模块、喷涂模块和摄像模块的固定装置连接，该设计可以使得所述清洁模块、喷涂模块和摄像模块在抽油光杆圆周方向360度自由移动。

所述报警模块可为声音或发光零部件。

所述临界裂纹形貌数据库为典型光杆疲劳裂纹图片集，所述典型光杆疲劳裂纹图片集存储在所述摄像模块的存储卡中。所述临界裂纹形貌数据库可以由不同的油田不同的井场根据井场自身特点和历史抽油光杆断口建立，也可以采用不同油田的抽油光杆疲劳断口数据建立，兼顾独特性和全面性，更好的满足油田的实际情况。

所述的抽油光杆表面裂纹实时检测装置的使用方法，具体步骤如下：

（1）利用本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置的卡箍将其安装在所述光杆或光杆卡子上；

（2）将本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置中的所述清洁模块、所述喷涂模块和所述摄像模块均安装在所述抽油光杆表面裂纹实时检测装置支架的相应位置；

（3）本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置启动后，利用所述清洁模块进行所述抽油光杆观察表面的清洁，首先利用清洁模块的所述喷头将水、有机溶剂和无水乙醇依次喷在所述抽油光杆观察表面，然后采用所述清洁布和所述海绵依次擦净所述抽油光杆的观察表面，确保所述抽油光杆观察表面的清洁，所述水、有机溶剂和无水乙醇壳与地面之间通过管路建立供给，也可以定时进行人工补充，所述清洁布和所述海绵可以根据实际使用情况定期进行人工更换；

（4）利用所述喷涂模块进行所述抽油光杆观察表面的裂纹显示，首先利用所述喷嘴将所述渗透剂喷涂在所述抽油光杆观察表面，静置时间不少于10秒钟，确保渗透剂渗透到可能出现的裂纹中，然后利用上一步所述清洁模块中的所述清洁布和所述海绵进行所述抽油光杆观察表面所述渗透剂的清洁，最后利用所述喷嘴将所述显影剂喷涂在抽油光杆观察表面，裂纹将会在所述抽油光杆观察表面的白色显影剂表面以红色显示出来；

（5）利用所述摄影模块对所述抽油光杆观察表面显示出来的裂纹情况进行实时记录，存储在所述存储卡中，并利用所述无线信号传送装置将裂纹图像信息实时传送到地面监控，同时地面技术人员可通过无线信号传送装置实现对所述摄像头的控制，实现其在所述光杆轴向和周长方向的移动，从而实时监控不同位置的抽油光杆表面，针对特定井场可以在其疲劳断裂高发位置进行重点监测；

（6）将观察到的裂纹形貌与所述临界裂纹形貌数据库进行自动图片比对，通过预先设定的裂纹长度和数量标准，为抽油光杆的疲劳断裂提供及时预警，当达到预设的临界值后通过所述抽油光杆表面裂纹实时检测装置的自带所述报警模块进行报警，根据实际需要开启本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置，就可以实现所述抽油光杆关键部位在不同服役时间段的裂纹出现情况的实时监控，从而及时提醒油井操作人员进行关注和处理。

按照本发明提供的抽油光杆表面裂纹实时检测装置及其使用方法，具有如下优点：

1、本发明中的抽油光杆表面裂纹实时检测装置首次从抽油光杆表面裂纹角度入手进行监测，显著提高了抽油光杆疲劳断裂的监测效率。与传统的抽油光杆示功图方法来监测是否正常工作的现有方法相比，本发明的监测更为直接和精确，通过从光杆疲劳断裂的全过程分析，首次以疲劳裂纹作为研究对象，将疲劳裂纹的萌生和扩展作为重点进行监测，并将裂纹的形貌和数量进行实时记录，可以显著提高抽油光杆疲劳断裂的监测效率。

2、本发明中的抽油光杆表面裂纹实时检测装置首次实现了对抽油光杆表面裂纹出现的实时观测和实时报警功能。本发明中的表面裂纹实时检测装置的特殊结构设计可以实现对抽油光杆轴向和周向的全方位监测，通过渗透剂和显影剂的配合在白色背景上出现红色裂纹的方法，可以实时清楚观测到抽油光杆表面裂纹的出现时间、位置，以及裂纹的长度、数量和深度等丰富的信息，从而通过和所述临界裂纹形貌数据库进行自动图片比对，及时提供抽油光杆疲劳断裂预警。

3.本发明中的抽油光杆表面裂纹实时检测装置显著提高了抽油光杆疲劳断裂的预警能力，大幅降低了油田井场工人的工作强度和难度。抽油光杆断裂后的修井作业过程中，油田井场工人需要完成大量艰苦的工作，由于疲劳断裂的突发性和采油生产的时间限制，修井作业往往需要在短时间内完成，造成工作强度较大，而本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置显著提高了抽油光杆疲劳断裂的预警能力，为油田井场的抽油光杆更换提供了直接而可靠的依据，极大程度上减少甚至避免了光杆突然发生断裂的现象，从而大幅降低了油田井场工人的工作强度和难度。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视图。

图2是本发明的整体结构侧视图。

具体实施方式

参见图1和图2，按照本发明提供的一种抽油光杆1表面裂纹实时检测装置，其采用的主要技术方案为：包括动力源、卡箍2、支架3、清洁模块4、喷涂模块5、摄像模块6、临界裂纹形貌数据库和报警模块，所述支架3为双层结构，上层结构和下层结构均有圆环，所述抽油光杆1处于所述支架3中间，所述圆环的直径均大于光杆的外径，所述下层结构圆环7的直径大于所述上层结构的圆环8，所述卡箍2位于所述支架3的顶部，所述卡箍2可与所述光杆1或所述光杆1的卡子9相互固定，所述清洁模块4安装在所述上层结构圆环8上，所述喷涂模块5和摄像模块6均安装在所述支架的下层结构圆环7上，所述清洁模块4可在所述支架3的上层结构圆环8的圆周外侧沿整个周长线连续移动，所述喷涂模块5和摄像模块6均可在所述支架3的下层结构圆环7的圆周外侧沿整个周长线连续移动。所述清洁模块、喷涂模块和摄像模块分别设置于所述支架的上层结构圆环和下层结构圆环之上，可以确保这三个功能模块在运行过程中互不干扰。

所述动力源为太阳能电池，或充电电池，或通过电线与地面电源相连接。

所述卡箍2采用螺栓和螺母的形式和所述光杆的卡子相固定。

所述清洁模块4包括清洁溶液箱、喷头、清洁布和清洁海绵，所述清洁溶液包括水、有机溶剂和无水乙醇，所述喷头、所述清洁布和所述海绵均与伸缩杆相连接，所述伸缩杆可在所述光杆轴向移动。

所述喷涂模块5包括喷涂溶剂箱和喷嘴，所述喷嘴的末端带有微孔，所述喷嘴可在所述光杆表面轴向180度范围内转动，所述喷涂溶剂箱中分区域装有渗透剂和显影剂，所述喷嘴包括渗透剂喷嘴和显影剂喷嘴，所述喷嘴均设有保护罩，所述保护罩与所述光杆表面不接触，所述保护罩边缘与所述光杆表面之间的距离不低于10毫米。

所述摄像模块6包括摄像头、存储卡和无线信号传送装置，所述摄像头可在所述光杆表面轴向180度范围内转动。

所述上层结构圆环8和下层结构圆环7的周长方向外侧均有连续贯通的沟槽边缘，所述沟槽边缘与所述清洁模块4、喷涂模块5和摄像模块6的固定装置连接。

所述报警模块可为声音或发光零部件。

所述临界裂纹形貌数据库为典型光杆疲劳裂纹图片集，所述典型光杆疲劳裂纹图片集存储在所述摄像模块的存储卡中。

所述的抽油光杆表面裂纹实时检测装置的使用方法，具体步骤如下：

（1）利用本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置的卡箍2将其安装在所述光杆或光杆卡子上；

（2）将本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置中的所述清洁模4块、所述喷涂模块5和所述摄像模块6均安装在所述抽油光杆表面裂纹实时检测装置支架3的相应位置，在所述抽油光杆上冲程开始后下冲程结束前完成裂纹的实时检测；

（3）本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置启动后，利用所述清洁模块4进行所述抽油光杆观察表面的清洁，首先利用清洁模块4的所述喷头将水、有机溶剂和无水乙醇依次喷在所述抽油光杆观察表面，然后采用所述清洁布和所述海绵依次擦净所述抽油光杆的观察表面，确保所述抽油光杆观察表面的清洁；

（4）利用所述喷涂模块5进行所述抽油光杆观察表面的裂纹显示，首先利用所述喷嘴将所述渗透剂喷涂在所述抽油光杆观察表面，静置时间不少于10秒钟，确保渗透剂渗透到可能出现的裂纹中，然后利用上一步所述清洁模块中的所述清洁布和所述海绵进行所述抽油光杆观察表面所述渗透剂的清洁，最后利用所述喷嘴将所述显影剂喷涂在抽油光杆观察表面，裂纹将会在所述抽油光杆观察表面的白色显影剂表面以红色显示出来，所述的渗透剂和显影剂可根据成本预算采用市场上常见的各类有机产品，尽可能采用环保型产品；

（5）利用所述摄影模块6对所述抽油光杆观察表面显示出来的裂纹情况进行实时记录，存储在所述存储卡中，并利用所述无线信号传送装置将裂纹图像信息实时传送到地面监控，同时地面技术人员可通过无线信号传送装置实现对所述摄像头的控制，实现其在所述光杆轴向和周长方向的移动，从而实时监控不同位置的抽油光杆表面；

（6）将观察到的裂纹形貌与所述临界裂纹形貌数据库进行自动图片比对，通过预先设定的裂纹长度和数量标准，为抽油光杆的疲劳断裂提供及时预警，当达到预设的临界值后通过所述抽油光杆表面裂纹实时检测装置的自带所述报警模块进行报警，根据实际需要开启本发明的抽油光杆表面裂纹实时检测装置，就可以实现所述抽油光杆关键部位在不同服役时间段的裂纹出现情况的实时监控，从而及时提醒油井操作人员进行关注和处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。