专利名称：便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种信号检测装置。更具体地说是涉及对石油、天然气钻探的关键工件一 钻杆的质量检测，通过检测以确定钻杆在运行过程中是否安全。
背景技术：
钻杆是在承压、承重和高扭力状态运行。若钻杆内含缺陷，可能造成钻杆断裂、钻机损 坏等重大事故。钻杆质量检测仪就是用来发现钻杆内缺陷，避免事故发生。己有的钢管涡流探伤仪根据我国冶金部标准YB/T4083，利用涡流探伤原理实现探伤， 钢管在通过涡流探伤仪的交流磁化器时，受到交变磁场磁化，在钢管外表面形成圆电流一 涡流。当钢管中有裂纹等缺陷时，电流回路的圆电流由于裂纹等缺陷回路电阻而发生变化， 与圆电流平面垂直的交变磁场发生变化，涡流检测线圈通过磁感应的方法，拾取该变化磁场， 在示波器上显示缺陷的存在与否。但现有涡流探伤仪存在如下缺点1、 由于釆用交流磁化，交变圆电流具有集肤效应，因此交变圆电流只在钻杆的浅外表 边流动，钻杆内部或内壁存在的缺陷不会影响圆电流发生，显然这一方式只能检测钻杆外表 面缺陷。但实际上，钻杆内部缺陷对于钻杆的安全起着关键的作用。2、 由于钻杆本身都带有接箍，常规接箍单边厚度在10mm以上，但涡流检测线圈必须贴 近钻杆表面才能检测到钻杆裂纹等缺陷的交变磁场，比如￡￡(:一35++智能双频四通道全数字 式涡流检测仪，是要求检测线圈与钻杆外表面保持为5mm以内的间隙，因此，由于接箍厚度 所限，涡流检测仪不能在所要求的间隙内贴近钻杆表面，因此无法检测带接箍的钻杆。3、 根据我国标准GB/T7735的规定，涡流检测方法只能用于180mm以内小直径钢管的表 面缺陷检测，对于直径大于180mm的钢管检测无效。4、 目前的涡流检测设备不能在钻井现场进行便携式检测；目前常规的超声检测方法由于声干涉、耦合剂和通道数等限制，只能进行局部的检测， 且检测速度低、漏检严重。美国托博维高(TUBSCOPE)公司是最著名的生产钢管探伤设备企业，生产的钢管检测设备 占领95%以上国际市场。但由于他们的设备体积庞大达十米以上、重量达数十吨，需要专门 安装在专用的钻杆加工、修复车间，钻杆需要从钻井现场远途调运到检修车间才能完成对钻 杆缺陷的检测，不能在钻井现场实施检测。实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪， 一方面，对于钻杆的内表面、外表面和内部都能实施缺陷检测，另一方面，以便 携的形式在钻井现场、钻杆生产和加工线上对其质量实施检测，以使得工程的安全可靠性得 到更进一步的保障。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案本实用新型便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪的结构特点是以一对相间、且并行设置的圆 环为两侧端板构成环状筒体，被测杆位于筒体轴线位置上并贯穿环状筒体，在所述环状筒体 中，磁敏传感器围绕被测杆的外周设置呈探头阵列，所述探头阵列包括沿轴线方向上的至少 两列，每列中探头沿圆周方向至少为两只，不同列中的探头在沿圆周方向上相互交错，共同 形成对被测杆的整周的覆盖；每只探头是以径向弹性压力抵靠在被测杆外侧壁上；在所述传 感头阵列的外围，设置在传感头阵列所在位置的被测杆中形成稳恒磁场的磁化线圈。本实用新型便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪的结构特点也在于在环状筒体内，磁化线圈固定设置在一侧端板上；在另一侧端板上设置用于固定各探头 的探头支架，所述探头支架是以被测杆轴线为中心线呈锥形分布，探头支架的前端固联探头， 探头支架的尾端铰接在端板上，其铰接处设置为可以使前端探头以径向上的弹性压力抵靠在 被测杆外侧壁上的弹性铰链。所述各探头设置为具有与被测杆相同弧度的瓦片状内表面。在所述环状筒体外部，位于两侧端板外侧壁上，以轴线呈"V"形设置一对可转动的支 撑导辊，以所述支撑导辊对被测杆形成"V"形滚动支撑。本实用新型采用稳恒磁场对被测杆进行磁化，使被测杆内、外壁和内部缺陷产生漏磁场 同时，用磁敏传感器拾取这些缺陷漏磁场形成缺陷信号以发现缺陷和其严重等级。与巳有技 术相比，本实用新型有益效果体现在1、 本实用新型采用稳恒磁场进行检测，磁场在钻杆截面上均匀分布，各点缺陷都能在 磁敏传感器上形成缺陷信号，因此能够可靠地检测出被测杆的内表面、外表面以及杆体内部 缺陷，尤其是对于杆体内部缺陷的探测极大地提高了施工安全性。2、 本实用新型将磁敏传感器设置为探头阵列，并且各探头是以径向弹性压力抵靠在被 测杆外侧壁上，检测中是以检测仪沿着被测杆的轴向移动，由对被测杆形成整周覆盖的多列 探头沿着被测杆的轴向进行扫描，从而完成对于被测杆的整杆探测。在这一过程中遇到钻杆 接箍时，探头的弹性压力使探头可以对钻杆接箍进行被动避让，因而使带有接箍的钻杆同样 能得到可靠的检测。3、 本实用新型检测仪中的探头阵列形成了微分检测的形式。该探头阵列可以在铜质沟槽内贴敷光刻线圈构成。缺陷磁力线穿过探头阵列时，利用微分探头内的光刻线圈，缺陷信 号由微分运算的方式形成。△ v = —△<!)/△ t=_d 4)/dt 这种微分运算的方式形成的缺陷信号，可以将钻杆表面的摩擦、锈蚀和油污产生的噪声 积累消除，大大提高了缺陷信号/噪声信号比，提高检测结果的可靠性。4、 本实用新型检测仪积极小、重量轻、操作灵便，能够以便携的形式在钻井现场、钻 杆生产中和在加工线上对钻杆质量进行实时监测，使得工程的安全可靠性得到更进一步的保 障。5、 本实用新型对于钻杆的检测不受直径的限制，尤其是对于180mm以上的大直径钻杆 的检测使其应用范围得到极大的拓宽。可广泛地用于对从钻机中取出的钻杆进行全面检测以 判断钻杆钻井过程中是否受到损伤和能否再使用，从而防止由于钻杆缺陷引起断裂而发生事 故；用于对钻机生产线上的产品进行全面的质量检测，从而判断钻杆产品是否为合格；用于 石油、天然气和其它矿藏钻井现场对钻杆的裂纹、夹杂、腐蚀等缺陷的快速探伤；用于冶金 厂对钻杆轧制过程中的质量检测；用于钻杆加工和修复企业对钻杆进行快速检测；用于冶金 厂对轧制过程中的钻杆坯料进行质量检测等等。
图1为本实用新型端面结构示意图。图2为图1 A-A视图。图3为本实用新型检测原理示意图。图中标号1左侧端板、2右侧端板、3被测杆、4探头、5磁化线圈、6探头支架、7 弹性铰链、8支撑导辊、9非磁性螺栓、IO把手、ll缺陷磁力线、12缺陷。 以下通过具体实施方式
，结合附图对本实用新型作进一步说明具体实施方式
参见图l、图2，以一对相间、且并行设置的圆环分别为左侧端板1和右侧端板2构成 环状筒体，被测杆3位于筒体轴线位置上并贯穿环状筒体，在环状筒体中，磁敏传感器围绕 被测杆3的外周设置呈探头阵列，本实施例中，探头阵列包括沿轴线方向上的两列，每列中 的探头4沿圆周方向设置为四只，不同列中的探头4在沿圆周方向上相互交错，以两列探头 4共同形成对被测杆3的整周的覆盖。每只探头4是以径向弹性压力抵靠在被测杆3的外侧壁上;为了提高信号检测的可靠性， 可以将各探头4设置为具有与被测杆3相同弧度的瓦片状内表面。在传感头阵列的外围，设置在传感头阵列所在位置的被测杆3中形成稳恒磁场的磁化线圈5。在环状筒体内，磁化线圈5固定设置在右侧端板2上；在左侧端板1上设置用于固定各 探头4的非磁性体探头支架6，探头支架6是以被测杆3的轴线为中心线呈锥形分布，探头 支架6的前端固联探头4，探头支架6的尾端铰接在左侧端板1上，其铰接处设置为可以使 前端探头4以径向上的弹性压力抵靠在被测杆3的外侧壁上的弹性铰链7。在环状筒体外部，位于两侧端板外侧壁上，以轴线呈"V"形设置一对可转动的支撑导 辊8，以支撑导辊8对被测杆3形成"V"形滚动支撑。参见图3，具体实施中，探头阵列在铜质沟槽内贴敷光刻线圈构成，磁化线圈内通过稳 恒电流，在被测杆3的杆体内形成恒定磁化场；直流电源接通磁化线圈时，根据右手定则， 磁化线圈产生的磁力线从一侧穿过被测杆杆壁，并从另一侧穿出，经过磁化线圈空气形成闭 合回路；被测杆3内的缺陷12使磁化场的磁力线折射到被测杆的外表面为Acl)，缺陷磁力线ll穿过探头内的光刻线圈，形成的缺陷信号 △ v = (J)/At=-d(J)/dt 根据缺陷信号的参数判断钻杆的质量；以稳恒电流磁化线圈磁化被测杆，在被测杆的内表面、外表面以及杆体内部的缺陷都能 使缺陷磁力线折射到被测杆的外表面形成缺陷信号，因此能可靠地检测被测杆内外表面和内 部缺陷。实施例左侧端板1和右侧端板2为铝板，使用四只非磁性螺栓9将左侧端板1和右侧端板2平 行固定，左侧端板1与右侧端板2之间保持约200mm的距离，形成环状筒体。磁化线圈5设 置为2000匝、外形宽度为160mm;以轴线呈"V"形设置一对可转动的支撑导辊8，既能将 检测仪支撑在被测杆上，又能使检测仪沿被测杆轴向轻松移动。在环状筒体的一侧设置把手10可以将检测仪地方便地套进和撤出被测杆。磁敏传感器中各探头的信号输出端通过胶质绞合电线与信号放大器连接，绞合电线用于 防止产生磁场干扰信号；信号放大器输出的信号通过常规的示波器接口电缆就能在示波器中 观测到被测杆上的缺陷信号；也可以通过常规的A/D卡与计算机连接，在计算机显示屏进行 缺陷信号的观测。
权利要求1、便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪，其特征是以一对相间、且并行设置的圆环为两侧端板构成环状筒体，被测杆(3)位于筒体轴线位置上并贯穿环状筒体，在所述环状筒体中，磁敏传感器围绕被测杆(3)的外周设置呈探头阵列，所述探头阵列包括沿轴线方向上的至少两列，每列中探头沿圆周方向至少为两只，不同列中的探头(4)在沿圆周方向上相互交错，共同形成对被测杆(3)的整周的覆盖；每只探头(4)是以径向弹性压力抵靠在被测杆(3)外侧壁上；在所述传感头阵列的外围，设置在传感头阵列所在位置的被测杆(3)中形成稳恒磁场的磁化线圈(5)。
2、 根据权利要求1所述的便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪，其特征是在所述环状筒体 内，所述磁化线圈(5)固定设置在一侧端板上；在另一侧端板上设置用于固定各探头(4) 的探头支架(6)，所述探头支架(6)是以被测杆(3)的轴线为中心线呈锥形分布，探头支 架(6)的前端固联探头(4)，探头支架(6)的尾端铰接在端板上，其铰接处设置为可以使 前端探头(4)以径向上的弹性压力抵靠在被测杆(3)的外侧壁上的弹性铰链(7)。
3、 根据权利要求1所述的便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪，其特征是所述各探头(4) 设置为具有与被测杆(3)相同弧度的圆弧形内表面。
4、 根据权利要求1所述的便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪，其特征是在所述环状筒体 外部，位于两侧端板外侧壁上，以轴线呈"V"形设置一对可转动的支撑导辊(8)，以所述 支撑导辊(8)对被测杆(3)形成"V"形滚动支撑。
专利摘要便携式稳恒磁场钻杆质量检测仪，其特征是以一对相间、且并行设置的圆环为两侧端板构成环状筒体，被测杆位于筒体轴线位置上并贯穿环状筒体，在环状筒体中，磁敏传感器围绕被测杆的外周设置呈探头阵列，探头阵列包括沿轴线方向上的至少两列，每列中探头沿圆周方向至少为两只，不同列中的探头在沿圆周方向上相互交错，共同形成对被测杆的整周的覆盖；每只探头是以径向弹性压力抵靠在被测杆外侧壁上；在传感头阵列的外围设置在传感头阵列所在位置的被测杆中形成稳恒磁场的磁化线圈。本实用新型可以对钻杆内外表面及内部进行缺陷检测，其便携的形式便于在钻井现场、钻杆生产中和在加工线上对钻杆质量实时检测。
文档编号E21B47/00GK201173911SQ20082003400
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者伟 何, 箭 何, 何辅云, 张海燕, 彬 陈 申请人:合肥工业大学