一种钻柱损伤一体化井口检测装置的制作方法

本发明涉及一种石油钻柱损伤井口检测装置，尤其是一种基于磁记忆检测效应的钻柱损伤一体化井口检测装置，属于无损检测领域。

背景技术：

石油钻柱基本由方钻杆、钻杆、钻铤和接头组成。石油钻柱在钻井作业中，要承受拉、扭、压弯等多种应力作用，还受到泥浆的冲刷和腐蚀，服役条件十分苛刻。如此苛刻的服役条件，加上长时间的钻井服役，易使钻柱产生疲劳裂纹、蚀坑等；如果钻柱原先就存在材料缺陷，这些缺陷就可能成为疲劳源而加速疲劳裂纹的产生和扩展，甚至会由于这些缺陷的存在造成钻柱静强度明显降低，使用中如果遇到偶然强负荷便发生断裂，出现事故给油田带来经济损失。多年来钻柱失效事故分析和下井前钻柱现场探伤检验证实，钻柱本身往往存在危险性缺陷。

为了很好的解决钻柱失效的问题，需要发现并找到各种可以引起钻具失效的因素。但是目前只有对钻具进行解剖等理化分析后才能完全确定失效原因，而不可能将每一根钻具都解剖了，因此现在通常采用无损检测方法，在钻具失效前查找到可能引起失效的各种主要缺陷来预防事故的发生。而现有的常规无损检测技术手段在早期诊断钻具接头螺纹部位应力集中异常和微裂纹方面存在明显不足。如：(1)超声波检测所需的良好被测表面接触条件与耦合介质条件在螺纹部位很难实现，导致检测效果非常不理想并且不适用井口不卸扣钻具螺纹检测；(2)漏磁探伤技术需要检测探头与被测表面密切接触，对于井口螺纹不卸扣情况下的检测是不能够实现的；(3)在现有的无损应力检测方法中，x射线衍射技术的穿透深度仅有几十微米，难以触及螺纹根部，磁声发射、巴克豪森噪声和磁测应力检测法均需电磁激励条件(线圈)，激励线圈和检测探头组合结构偏大，无法分辨变径点和螺纹根部的应力状态，难以在螺纹检测中取得应用。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,对于井口螺纹检测要求不卸扣情况下的检测不能实现。

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，同时金属磁记忆传感器有较大的灵敏度，对于井口钻具螺纹啮合时能够穿透钻具接头外壁实现对钻具螺纹啮合部位的检测，为开发一种基于磁记忆效应的钻具损伤井口检测装置提供了坚实的基础。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于磁记忆检测效应的钻柱损伤一体化井口检测装置，其能移动至井口并与钻柱连接，在起下钻过程中(不卸扣的情况下)对钻柱各个部位损伤进行实时在线监测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：、一种钻柱损伤一体化井口检测装置，其特征在于，该检测装置包括：圆环架，所述圆环架包括固定环以及枢接于所述固定环两侧的两个开合半环，所述固定环和两个所述开合半环围成一个可开合的圆环结构；检测组件，所述检测组件包括多组均布于所述圆环架上的推靠机构，每组所述推靠机构包括方直轨、滑块、连杆座、连杆和传感器盒；所述方直轨紧固连接于所述圆环架相上，所述传感器盒内封装有磁记忆检测传感器芯片；所述传感器盒两端分别与两所述连杆的一端铰接，两所述连杆的另一端分别与两所述连杆座铰接；两所述连杆座分别与两所述滑块固定，两所述滑块滑动设置于所述方直轨上。

在一个优选的实施例中，所述圆环架还包括固定安装在两个所述开合半环两端且可快速切换所述圆环架锁紧与打开状态的锁。

在一个优选的实施例中，所述检测组件还包括拉簧和另一连杆，所述另一连杆位于两所述连杆之间，其一端与所述传感器盒铰接，另一端与其中一所述滑块铰接；所述拉簧连接于所述另一连杆和与另一所述滑块铰接的连杆之间。

在一个更优选的实施例中，所述检测组件还包括设置于两所述滑块端面的调节钉，所述滑块上开设有安装孔，所述调节钉可在所述安装孔内往复移动以改变所述传感器盒的初始位置。

在一个更优选的实施例中，该检测装置还包括底座，所述底座包括上环、立柱、中立柱、底环及可滚动的地脚；所述圆环架固定于两根所述立柱的中部，所述上环紧固连接于两根所述立柱的顶部，所述底环紧固连接于两根所述立柱的底部；所述中立柱布置在两根所述立柱之间，其顶部与所述圆环架紧固连接，底部与所述底环紧固连接；所述地脚螺纹连接于所述底环底部。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明可移动至井口并与被测钻柱连接，在起下钻的过程中，也即在不卸扣的情况下，通过磁记忆检测技术对钻具接头螺纹、管体损伤及应力集中进行实时在线监测，为钻具接头螺纹与管体的早期诊断检测提供了前提保证，为钻具的评级提供依据，避免钻具螺纹断裂造成灾难性的事故发生，且不影响井口起下钻速度，检测效率高。2、本发明的圆环架是固定环与两个开合半环通过合页连接，便于圆环架开合且操作简单。3、本发明采用16组均布于圆环架的推靠机构构成检测组件，可实现对钻柱的全周检测，且16组推靠机构工作状态相互独立，在任意时刻均可保证每个传感器盒紧贴钻柱外壁，确保检测结果准确可靠。4、本发明的推靠机构采用滑块滑动于方直轨上的运动形式，使该装置可根据管体的直径大小进行调整，实现传感器盒的变径检测，其具有较大的变径范围，克服了由于钻柱杆体到接头部位管径突然变大，对检测结果的影响。5、本发明装置采用基于巨磁阻效应的磁记忆检测传感器芯片，其具有体积小、灵敏度高、可靠性高等特点，可早期诊断钻柱应力集中异常和微裂纹，为其应用于井口钻柱损伤的检测提供了便利。本装置操作过程简单，移动方便，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本实用的俯视图；

图3为本发明推靠机构的结构示意图；

图4为本发明的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1、图2所示，本发明提供的一种钻柱损伤一体化井口检测装置，用于检测钻柱各个部位的应力集中状况，该检测装置包括圆环架1和检测组件2。

其中，圆环架1主要由固定环101、弹簧锁102、开合半环103及合页104组成。固定环101为1/3圆环(仅以此为例，并不限于此)，固定环101的两侧分别通过合页104枢接一开合半环103，固定环101和两个开合半环103围成一个圆环形，用于包围位于井口的被测钻柱4(如图4所示)。弹簧锁102固定安装在两个开合半环103相对的两侧，可实现圆环架1锁紧与打开状态的快速切换。同时，固定环101和开合半环103的内侧沿周向均匀开设有16个(仅以此为例，并不限于此)安装槽。

如图1和图3所示，检测组件2包括16组均布于圆环架1上的推靠机构21。每组推靠机构21包括方直轨201、滑块202、连杆座203、连杆207和传感器盒206。16根方直轨201分别嵌入并固定于圆环架1相应的安装槽内。传感器盒206呈弧面结构，内有凹槽封装有磁记忆检测传感器芯片(图中未示出)。传感器盒206两端分别与两连杆207的一端铰接，两连杆207的另一端分别与两连杆座203铰接。两连杆座203分别与两滑块202固定，两滑块202滑动设置于方直轨201上，在被测钻柱4推力的带动下，滑块202在沿方直轨201滑动的同时带动传感器盒206移动。此时，传感器盒206、连杆207以及滑块202组成基于平行四边形原理的四连杆机构，从而可以保证检测钻柱过程中传感器盒206始终与被测钻柱4表面平行，进而实现提离值的恒定。

在一个优选的实施例中，检测组件2还包括拉簧205和连杆208。连杆208位于两连杆207之间，其一端与传感器盒206铰接，另一端与其中一滑块202铰接。拉簧205连接于连杆208和与另一滑块202铰接的连杆207之间，在拉簧205的回复力作用下，传感器盒206与被测钻柱4的外壁始终贴紧。

在一个优选的实施例中，检测组件2还包括设置于两滑块202端面的调节钉204，滑块202上开设有安装孔，调节钉204可以在安装孔内往复移动，调节调节钉204可改变传感器盒206的初始位置，以使传感器盒206更好地抵靠在被测钻柱4的外壁上。

在一个优选的实施例中，本发明还可以包括底座3，该底座3包括上环301、立柱302、中立柱303、底环304及可滚动的地脚305。圆环架1固定于两根立柱302的中部，上环301紧固连接于两根立柱302的顶部，底环304紧固连接于两根立柱302的底部。中立柱303布置在两根立柱302之间，其顶部与圆环架1紧固连接，底部与底环304紧固连接。地脚305螺纹连接于底环304底部，确保检测装置在井口地面快速灵活的移动，同时可通过调节地脚305的高度使检测装置在凹凸地面保持平稳。

本发明提供的钻柱损伤一体化井口检测装置可实现对井下钻柱各个部位的应力集中情况进行检测，如图4所示，在该钻柱损伤一体化井口检测装置工作时，其具体使用方法如下：首先，将两个开合半环103相对固定环101打开；然后，将该钻柱损伤一体化井口检测装置放置在井口之上，并保证固定环101和两个开合半环103组成的圆环与井口同心，此时被测钻柱4位于圆环中间；最后，闭合两个开合半环103并将16组推靠机构21的传感器盒206向被测钻柱4移动，以抱紧被测钻柱4，开始进行正常的起下钻作业。同时，将磁记忆检测传感器芯片通过导线与数据采集系统相连，数据采集系统内置数据采集器及无线数据传输模块，上位机可无线接收并显示数据。启动数据采集系统实现对信号的采集，并对采集到信号进行分析处理可明显的显示出被测钻柱4各个部位的损伤及应力集中状况，进而通过对应力状况的分析实现对钻柱损伤的早期诊断和预测，避免重大安全事故的发生。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。