专利名称：一种钻杆内加厚端过渡区的测量方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，具体来说为一种测量方法，特别是一种钻杆内加厚端过渡区的测量方法。
背景技术：
用于石油钻探的钻杆是按API标准生产制造的。其结构是在钻杆管体两端各对焊一个外螺纹钻杆接头和一个内螺纹钻杆接头。由于管体较薄，为了增加与接头连接处的强度，管体两端对焊部分是加厚的。加厚形式有内加厚、外加厚及内外加厚三种，其中内外加厚是钻杆普遍采用的加厚形式。如图1所示，对于内外加厚钻杆，D是管体外径，d是管体内径，Dou是加厚端外径， dou是加厚端内径。Leu是外加厚段长度，Meu是外加厚段与管体过渡的外圆锥段长度。Liu 是内加厚段长度，Miu是内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度。R是内圆锥段长度Miu与管体之间过渡的圆角。在以上各项参数中，内加厚端过渡区的参数Miu与R非常重要。随着Miu长度的增加以及R半径的增大，内加厚端过渡区消失点的应力逐渐减少，应力集中程度逐渐降低， 从而提高了钻杆的疲劳寿命，避免管体刺穿事故的发生。由于加厚工艺本身的特点决定了当Miu长度增加时，R半径必然增大。因此API标准明确规定，Miu彡76. 2mm，而中国石油行业标准更进一步规定Miu ^ 100mm。虽然钻杆Miu对钻杆产品的质量至关重要，但一直以来，这一关键技术参数缺乏有效的测量手段，尤其是Miu的在线全自动检测更是世界性难题。此前，对于Miu的测量主要采用破坏性的解剖测量与非破坏性的轨迹仪测量两种。解剖测量只能抽样检测。而轨迹仪测量由于测量速度很慢，取得数据后仍需人工判定，严重影响产能，也只能离线抽样检测。中国专利200720075014. X公开了一种钻杆内加厚段自动测量装置，用于测量钻杆三维内轮廓尺寸参数，其包括测量臂、驱动机构；测量臂包括测量箱体，其箱壁开有测量窗；光学镜组设于测量箱体内，对应测量窗；光源体设于光学镜组一侧；摄像机设于光学镜组另一侧，将采集的数据传送至控制计算机构；驱动机构联接于测量臂。检测时，光源体发出一组发散光束，经光学镜组反射，透过测量窗在被测钻杆内表面沿圆周方向形成一组环形分布的多个光斑，每个光斑代表钻杆内轮廓上某个点，这些光斑再通过光学镜组成像后由摄像机采样，通过图像数据处理，获得光斑所在点的空间坐标。当测量臂沿着钻杆轴线移动时，每个光斑扫描出钻杆内表面的一条母线轮廓，从而获得准确的钻杆三维内轮廓尺寸参数。中国专利02215180. X给出了一种钻杆内加厚轨迹测绘仪。采用该测绘仪能按 1 1比例绘制的加厚轨迹曲线，再通过测量加厚轨迹曲线确定Miu的长度。但是一方面轨迹曲线仍需要人工判断其拐点，且无法解决准确判定的难题，误差较大。另一方面，测量时要先将轨迹测绘仪固定到钻杆端部后再进行，所需时间较长，无法进行在线测量，只能进行离线测量，不适应连续生产要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钻杆内加厚端过渡区测量方法，该测量方法可以在不破坏钻杆的前提下，计算出内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度。而且该测量方法测量时间短、操作方便、准确可靠。为了解决上述技术问题，本发明提供一种钻杆内加厚端过渡区的测量方法，其包括测量仪，所述测量仪包括测量臂，该测量臂包括，测量箱体，其箱壁开有供光线透过的测量窗；光学镜组，设置于测量箱体内，对应位于测量窗，设反射面，该反射面与轴线呈一角度；光源体，设置于光学镜组一侧；摄像机，设置于光学镜组另外一侧，将采集的数据传送至一控制计算机构；驱动机构，联接于测量臂；控制计算机，分别电性连接驱动机构及测量臂，较好的是所述测量方法包括以下步骤a、采用测量仪，测量在管内壁轴向上每间隔固定步距，管内壁到其轴线的距离值 L (Li、L2……)，同时得到一组管壁相对其轴线所在的点E (El、E2……)；b、采用曲线回归法确定近加厚端过渡区内壁二次函数fl (Miu)、近管体过渡区内壁二次函数f2(Miu)、加厚端内壁一次函数f(dou)及管体内壁一次函数f(d)；C、由近加厚端过渡区内壁二次函数fl (Miu)与加厚端内壁一次函数f(dou)确定交点D1，近管体过渡区内壁二次函数f2 (Miu)与管体内壁一次函数f(d)确定交点D2;d、根据二个交点Dl与D2，确定钻杆内加厚端过渡区长度Miu为点Dl与D2之间的距离。根据本发明所述的测量方法，较好的是所述固定步距的范围为0. 5 20mm。根据本发明所述的测量方法，较好的是所述测量仪轴向运动测量的有效距离从管端向内500mm。本发明所述的钻杆内加厚端过渡区测量方法，可以在不破坏钻杆的前提下，计算出内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度，而且该测量方法测量时间短、操作方便、准确可罪。
图1为现有技术中钻杆内外加厚示意图；图2为本发明所述测量方法中测量仪检测的管内壁到其轴线的距离值L(L1、 L2……)和管壁相对其轴线所在的点E(E1、E2……)示意图；图3为本发明所述测量方法中，采用曲线回归方法，用函数表示管内各段示意图。
具体实施方式
以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例如图2所示，测量仪的探头沿管体轴向运动进入管体，测量垂直轴向方向上管体轴线至管内壁的距离。在轴向上每间隔固定步距测量一个值，得到一组距离值L(L1、 L2……)，同时得到一组管壁所在的点E(E1、E2……)。根据这一组点E，采用曲线回归方法， 得到近加厚端过渡区内壁二次函数fl (Miu)、近管体过渡区内壁二次函数f2 (Miu)、加厚端内壁一次函数f(dou)及管体内壁一次函数f(d)四个函数。其中采用一次函数或者二次函数来表示各段管壁轨迹，是因为加厚端内壁与管体内壁都是直线，所以选用一次函数来表示，而加厚端过渡区内壁与近管体过渡区内壁都是曲线，故采用二次函数来表示。如图3所示，由近加厚端过渡区内壁二次函数fl (Miu)与加厚端内壁一次函数 f(dou)确定交点D1，近管体过渡区内壁二次函数f2 (Miu)与管体内壁一次函数f(d)确定交点D2。作Dl及D2到基线L的垂线交于Dl'、D2'。Dl'和D2'之间的距离即为测得的钻杆内加厚端过渡区长度Miu。下面以Φ127Χ9. 19mm钻杆为例，具体说明本发明所述测量方法的实施过程。设，Φ 127 X 9. 19钻杆加厚后加厚端各参数尺寸如下管体外径D为127mm，管体内径d名义值为108. 62mm,加厚端外径Dou约为135mm，加厚端内径dou约为85mm，外加厚段长度Leu约为85mm，外加厚段与管体过渡的外圆锥段长度Meu约为50mm，内加厚段长度Liu约为80mm，内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度Miu约在150-180之间，并且，其加厚端过渡区长度的测定如下以测量仪激光探头起始测量点为原点0，以激光探头前进方向为Y轴，以垂直Y轴的激光测量方向为X轴建立平面坐标系Χ0Υ。激光探头测量以一定步距采集点，得到管壁的一组距离值，在平面坐标系XOY —组管壁的坐标点An (xn, yn)，如表1所示。其中An表示平面坐标系下测量得到的管壁点的坐标，xn为管壁点的横坐标值，yn为管壁点的纵坐标值。激光探头前进以一步距采集一个数据，即yn-yn-l =步距，当 η = 1 时，yl = 0。表1测量API标准5〃 (127X9. 19)加厚钻杆得到的一组坐标值An (xn，yn)(单位mm)
权利要求
1.一种钻杆内加厚端过渡区的测量方法，其包括测量仪，所述测量仪包括测量臂、驱动机构和控制计算机，其特征在于所述测量方法包括以下步骤a、采用测量仪，测量在管内壁轴向上每间隔固定步距，管内壁到其轴线的距离值L(L1、 L2……)，同时得到一组管壁相对其轴线所在的点E(E1、E2……)；b、采用曲线回归法确定近加厚端过渡区内壁二次函数fl(Miu)、近管体过渡区内壁二次函数f2(Miu)、加厚端内壁一次函数f(dou)及管体内壁一次函数f(d)；c、由近加厚端过渡区内壁二次函数fI(Miu)与加厚端内壁一次函数f(dou)确定交点 D1，近管体过渡区内壁二次函数f2 (Miu)与管体内壁一次函数f(d)确定交点D2;d、根据二个交点Dl与D2，确定钻杆内加厚端过渡区长度Miu为点Dl与D2之间的距1 O
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述测量臂包括， 测量箱体，其箱壁开有供光线透过的测量窗；光学镜组，设置于测量箱体内，对应位于测量窗，设反射面，该反射面与轴线呈一角度；光源体，设置于光学镜组一侧；摄像机，设置于光学镜组另外一侧，将采集的数据传送至一控制计算机构；所述驱动机构，联接于测量臂；所述控制计算机，分别电性连接驱动机构及测量臂。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述固定步距的范围为0.5 20mm。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述测量仪轴向运动测量的有效距离从管端向内500mm。
全文摘要
一种钻杆内加厚端过渡区的测量方法，包括以下步骤a、采用测量仪，测量在管内壁轴向上每间隔固定步距，管内壁到其轴线的距离值L(L1、L2……)，而得到一组管壁相对其轴线所在的点E(E1、E2……)；b、采用曲线回归法确定近加厚端过渡区内壁二次函数f1(Miu)、近管体过渡区内壁二次函数f2(Miu)、加厚端内壁一次函数f(dou)及管体内壁一次函数f(d)；c、由函数f1(Miu)与f(dou)确定交点D1，函数f2(Miu)与f(d)确定交点D2；d、由交点D1与D2，确定钻杆内加厚端过渡区长度Miu。该方法，可以在不破坏钻杆的前提下，计算出内加厚段与管体过渡的内圆锥段长度，操作方便、准确可靠。
文档编号G01B11/02GK102410814SQ20101028773
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者吉伟英, 王伟, 赵鹏 申请人:宝山钢铁股份有限公司