[实用新型]钻杆管端内加厚过渡区测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种钻杆管端内加厚过渡区测量仪，它应用于石油管工程(OCTG)领域。

背景技术

石油钻井用的钻杆一般是由钻杆管体与钻杆接头在钻杆管体端部将两者焊接连接组成，为了增加焊接强度一般采用在靠近钻杆管体端部将一段适当长度的管体内加厚，钻杆管端内加厚过渡区就是指在钻杆管体管壁截面厚度不一样的两部分管体之间呈缓坡状逐渐加厚的过渡区域。通过钻杆实际使用中大量的现场调查和失效解剖分析发现，面对钻井过程中泥浆喷涌产生的巨大压力，内加厚过渡区的结构形状和尺寸是影响钻杆避免发生″刺穿″及断裂现象、提高整个钻杆使用寿命的关键所在。在美国石油学会(API)标准中，对钻杆生产厂及用户规定了对钻杆管端内加厚过渡区沿钻杆轴线方向的长度Miu检验验收的要求，各钻杆生产厂也提出了自己对钻杆Miu的企业标准，在壳牌石油公司标准(SN-1)中，又规定了对钻杆管端内加厚过渡区沿钻杆轴线方向的过渡区轮廓曲线进行检验验收的要求，因此对钻杆管端内加厚过渡区的测量检验日益引起人们的重视。钻杆管端内加厚过渡区的测量属于管道内表面检测，目前应用于管道内表面无损检测主要有涡流检测法、超声波检测法、光学单点扫描法、光环成像法等技术。其中涡流检测法只适用于特定材料制成的管道；超声波检测法需要水等介质，而且检测精度不高；光学单点扫描法精度较高，但必须采用一旋转机构才能完成整个管道的检测，效率非常低；光环成像法是用激光器投射装置向管道内壁发出光环，然后由CCD摄像机接受，便能生成管道内壁截面图像，该方法的检测精度和检测效率都较高。本实用新型应用光环成像法技术。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种钻杆管端内加厚过渡区测量仪。

它具有光学检测器、精密线性模组、工业控制计算机、图像处理软件、测量仪台架等系统。光学检测器具有激光器电源、环形激光发生器、锥面反射镜、玻璃管、镜头、CCO图像传感器等部件。精密线性模组具有滚珠丝杠、线性导轨、移动平台、驱动电机、驱动电机控制器等部件。

本实用新型的优点是：

1)该钻杆管端内加厚过渡区测量仪适用于规格从27/8英寸到65/8英寸的钻杆的内加厚过渡区测量检测。

2)在精密线性模组驱动机构的带动下，光学检测器可快速进入钻杆管端内部，并利用图像处理软件系统对管道内壁进行三维测量，同时进行在线的缺陷检测，沿钻杆轴线方向测量长度达到300mm。

3)在光学检测器和图像处理软件等系统的协同工作下，可以测量钻杆管端等径部分的内径、内加厚过渡区带锥度变径部分的内径，也可以测量过渡区直段和锥度段的长度。

4)具有显示输出内加厚过渡区轴截面轮廓曲线和轴剖面轮廓曲线的功能。

5)单头钻杆墩粗工艺的内加厚过渡区测量时间小于等于5分钟。

附图说明

图1是钻杆管端内加厚过渡区测量仪结构示意图；

图2是光学系统局部放大图

图3是光环成像示例图

图4是过渡区轴剖面轮廓曲线示例图

具体实施方式

在生产过程中的钻杆(1)一般为水平放置，测量钻杆管端(5)内加厚过渡区(3)即测量钻杆管体已加厚内径(4)到管体原始内径(2)之间的内壁的结构形状和尺寸。钻杆管端内加厚过渡区测量仪具有光学检测器、精密线性模组、工业控制计算机(16)、图像处理软件(21)、电气控制(18)、电源(23)、测量仪台架等系统。其光学检测器包括激光器电源(6)、环形激光发生器(7)、锥面反射镜(8)、玻璃管(9)、镜头(10)、CCD摄像机(11)等部件，其中锥面反射镜的锥体底部直径为30～60毫米，锥角为40°～70°。其精密线性模组包括滚珠丝杠(12)、线性导轨(13)、移动平台(14)、驱动电机(19)、驱动电机控制器(22)等部件，其中线性模组移动平台水平移动行程为300～800毫米，其最大速度为40mm/s～50mm/s。其测量仪台架包括滑动定位遮光罩(15)、固定罩(17)、固定平台(20)、可调高度框架(24)，测量仪台架使测量仪的光学检测系统中心与待测钻杆中心保持一致，允许同心度偏差小于等于3.5mm。钻杆管端内加厚过渡区测量仪结构示意图如图1所示。

钻杆管端内加厚过渡区测量仪光学系统局部放大图如图2所示，可以用于解释光环成像检测法原理。

在测量仪测量时，钻杆管端内加厚过渡区测量仪与钻杆管端相对接并保持同心，在精密线性模组驱动机构的带动下，光学检测器快速水平移动进入钻杆管端内部，环形激光发生器将圆结构光环从光学检测器内一端直接投射到锥面反射镜，并由锥面反射镜经玻璃管反射到钻杆管端内加厚过渡区被测内表面上，过渡区被测内表面上的光环经玻璃管由镜头成像在CCD摄像机像敏面上，这样被照射的过渡区内壁的形貌便被CCD摄像机采集到，形成包含被测钻杆管端内加厚过渡区内表面三维形貌信息的光环图像。通过工业控制计算机安装的图像处理软件，合理和有效的分析与提取圆结构光视觉图像特征，恢复被测过渡区内表面内表面三维形貌图像，使测量仪检测过程中实时显示轴截面内孔轮廓图像结果，并在出现超出设定偏差范围时给出报警信号，光环成像示例图如图3所示。随着光学检测器由控制器驱动在钻杆管端内部继续水平向前移动，就可以实现整个被测内加厚过渡区内表面的3D扫描。测量仪的测量结果可按要求用图像显示输出过渡区的轴剖面轮廓，并标示出加厚部分的最小内锥面长度miu，过渡区轴剖面轮廓曲线示例图如图4所示。