钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统

摘要

本发明公开了一种钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统，包括用于检测钻杆内部缺陷的超声波探头和位移测头；所述超声波探头与发射电路连接，所述发射电路与接收电路连接，所述接收电路与回波放大电路连接，所述回波放大电路与数据采集卡连接；所述位移测头与所述数据采集卡连接；还包含用于组装所述超声波探头和位移测头的主体组件；所述主体组件包含主体，所述主体左侧固定安装左封头，左密封盖固定安装在主体左端面上，左封盖通过螺钉安装在左密封盖上，隔套安装在主体上且隔套左端面顶在左封头的右端面上，所述位移测头安装在主体上且位移测头靠近底部的左端面顶在隔套的右端面上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻杆检测技术，尤其涉及钻杆端部加厚区的检测。

背景技术

钻杆刺漏、断裂多发生在钻杆端区位置。钻杆端区的失效分为3种，即裂纹、刺穿和断裂。这些失效通常是由钻杆内的腐蚀坑造成的，而腐蚀坑是由于钻杆长期在井下作业受到各种交变应力及泥浆腐蚀冲刷所形成的。钻杆端区部位处在一个内径变化区，因此腐蚀也较为严重。在实际检测中，我们发现现有的外部探伤设备的检测不可靠；然而现有置于钻杆内部的内部探伤设备检测功能不全面，结构不合理，不足以实现可靠全面检测的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统，其能够在钻杆内部实现可靠的轨迹测量和探伤测量；测量结构合理，测量结构更加全面可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统，包括用于检测钻杆内部缺陷的超声波探头和位移测头；所述超声波探头与发射电路连接，所述发射电路与接收电路连接，所述接收电路与回波放大电路连接，所述回波放大电路与数据采集卡连接；所述位移测头与所述数据采集卡连接；

还包含用于组装所述超声波探头和位移测头的主体组件；所述主体组件包含主体，所述主体左侧固定安装左封头，左密封盖固定安装在主体左端面上，左封盖通过螺钉安装在左密封盖上，隔套安装在主体上且隔套左端面顶在左封头的右端面上，所述位移测头安装在主体上且位移测头靠近底部的左端面顶在隔套的右端面上，左卡套安装在主体上且左卡套左端面顶在位移测头靠近底部的右端面上；

所述主体组件还包含轮支杆，所述轮支杆一端铰接安装在主体上，轮支杆另一端与伸缩杆铰接，所述伸缩杆安装在主体上且伸缩杆上安装有第二弹簧，用于沿着钻杆内管壁行走的计程轮安装在所述伸缩杆末端，右卡套安装在主体上，右封头安装在主体上且右封头左端面顶在右卡套的右端面上，右密封盖固定安装在主体的右端面上，所述右封盖通过螺钉安装在右密封盖上，控制器安装在主体内；所述控制器包含所述发射电路、接收电路、回波放大电路和数据采集卡；所述超声波探头安装在右封头上。

作为本发明的一种优选实施方式，所述超声波探头包含外壳、斜楔、左安装筒、左阻尼块、吸声材料、接头、线筒、右阻尼块、右安装筒、保护膜、右压电晶片和左压电晶片；所述保护膜固定安装在外壳的底部，所述斜楔固定安装在保护膜顶面上，所述外壳内腔与斜楔之间填充有吸声材料，所述左安装筒固定安装在斜楔顶面上，所述左压电晶片安装在左安装筒内孔的底部且左压电晶片与斜楔顶面接触，所述左阻尼块安装在左安装筒内孔里且左阻尼块压在左压电晶片上，所述右安装筒固定安装在斜楔斜面上，所述右压电晶片安装在右安装筒内孔的底部且右压电晶片与斜楔斜面接触，所述右阻尼块安装在右安装筒内孔里且右阻尼块压在右压电晶片上，所述线筒安装在外壳的安装孔里，所述接头安装在外壳的右端面上。

作为本发明的一种优选实施方式，所述位移测头包含壳体，壳体上开设有组装孔，组装孔上滑动安装有位移传感测头；所述壳体底部设置支撑件，所述组装孔内设置有弹簧，所述弹簧的一端与位移传感测头的底面连接，所述弹簧的另一端与所述支撑件连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述位移传感测头的顶端设置测球；所述测球采用超硬合金制作，所述测球上涂覆有耐磨涂层。

作为本发明的一种优选实施方式，还包含用于驱动所述主体组件沿着钻杆内部轴向移动的驱动组件；所述驱动组件包含安装在主体上的驱动电机，驱动电机的输出轴安装驱动齿轮，驱动齿轮与固定安装在钻杆内部的齿条啮合。

作为本发明的一种优选实施方式，所述主体内开设有空腔；所述驱动电机组装在所述空腔内；所述驱动齿轮延伸至空腔外部，所述主体上设置有两个沿着轴向方向设置的导向柱，所述驱动齿条两侧开设有用于将导向柱部分嵌入的圆弧槽。

作为本发明的一种优选实施方式，所述驱动齿条通过紧固组件与钻杆端面固定连接；所述紧固组件包含开设在钻杆上的径向螺栓孔，所述驱动齿条上还通过连接件连接有连接盘，所述钻杆被夹持于连接盘和驱动齿条之间；所述连接盘与钻杆的表面形状一致；锁紧件穿过所述连接盘和螺栓孔后将连接盘和驱动直条相对锁紧。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据采集卡上安装有存储器和DSP微处理器；所述右压电晶片和左压电晶片都引出一根导线，导线都穿过线筒；所述左压电晶片与保护膜平行；所述斜楔斜面的倾斜角度为120度～150度。

作为本发明的一种优选实施方式，所述数据采集卡与下位机连接，下位机分别与上位机、显示器和操控面板连接；所述计程轮与所述数据采集卡连接；所述主体采用3Crl3的不锈钢材料制成；所述左封头和右封头均呈燕尾型；所述左封头为前端，右封头为尾端。

本发明中检测仪的机械结构采用3Crl3的不锈钢材料制成，由封头、皮碗、主体、轮支杆、导向杆、计程轮、尾封盖等结构组成。检测仪是通过向管内打水加压，由水压推动检测仪运动的。将检测仪送入待检测的管道内部，其有较强的越障能力，能在泥泞、杂物堆积、一定曲率与坡度的管道内部顺利通过；此外，还具有抗震能力，检测仪在行进过程中剧烈振动，其管道内部环境十分恶劣。它是由向管道内打入高压水流推动前进的，在行进过程中通过计程轮的转动来记录行程，计程轮转动过程中触发干簧管，引发单片机外部中断，从而得到计程轮转动圈数，由此得到计程轮的行程。而管道的变形量则是通过与管壁紧密接触弹性皮碗来测量，当运行到变形位置时，皮碗被变形了的管道挤压，通过导向测试杆将这个压缩位移量传递给位移传感器得到该变形位置的形变量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开的钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统，其通过集成超声波探头和位移测头来实现对探伤和厚度轨迹的同时测量，最终的分析结构更加的全面可靠；

本发明用于承载超声波探头和位移测头的设备结构紧凑，组装结构可靠，能够实现在钻杆内部的稳定测量。保证在恶劣的环境下圆满的完成预期的作业任务。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的电路原理图；

图2为本发明的一种具体实施方式的机械结构示意图；

图3为本发明的一种优选实施方式的结构示意图；

图4为本发明的超声波探头的一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明的传动组件的一种具体实施方式的结构示意图；

图6为本发明的齿条在具体测试时的安装结构示意图；

图7为本发明的位移测头的一种具体实施方式的结构示意图

图8为本发明的发射电路的一种具体实施方式的结构示意图；

图9为本发明的回波放大电路的一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明：

1-左封盖，2-左封头，3-驱动电机，4-计程轮，5-左卡套，6-空腔，7-主体，8驱动齿条，9-驱动齿轮，10-右封头，11-控制器，12-右密封盖，13-右封盖，14-右卡套，15-伸缩杆，16-导向柱，17-轮支杆，18-隔套，19-螺钉，20-左密封盖，21-导向轮，22-连接盘，23-锁紧件，24-螺栓孔，25-连接件；

100-钻杆，200-位移测头，300-超声波探头；

101-下位机，102-发射电路，103-接收电路，104-回波放大电路，105-数据采集卡，106-上位机，107-显示器，108-操控面板；

201-位移传感测头，202-壳体，203-支撑件，204-弹簧，205-传感器；

301-外壳，302-斜楔，303-左安装筒，304-左阻尼块，305-吸声材料，306-接头，307-线筒，308-右阻尼块，309-右安装筒，310-保护膜，311-右压电晶片，312-左压电晶片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图所示，其示出了本发明的具体实施方式；如图所示，钻杆检测中钻杆端部加厚区的超声波检测多用探头系统，包括用于检测钻杆内部缺陷的超声波探头300和位移测头200；所述超声波探头与发射电路102连接，所述发射电路与接收电路103连接，所述接收电路与回波放大电路104连接，所述回波放大电路与数据采集卡105连接；所述位移测头200与所述数据采集卡连接；

还包含用于组装所述超声波探头和位移测头的主体组件；所述主体组件包含主体7，所述主体左侧固定安装左封头2，左密封盖20固定安装在主体左端面上，左封盖1通过螺钉19安装在左密封盖上，隔套18安装在主体上且隔套左端面顶在左封头的右端面上，所述位移测头200安装在主体上且位移测头靠近底部的左端面顶在隔套的右端面上，左卡套安装在主体上且左卡套左端面顶在位移测头靠近底部的右端面上；

所述主体组件还包含轮支杆17，所述轮支杆一端铰接安装在主体上，轮支杆另一端与伸缩杆15铰接，所述伸缩杆安装在主体上且伸缩杆上安装有第二弹簧，用于沿着钻杆内管壁行走的计程轮4安装在所述伸缩杆末端，右卡套5安装在主体上，右封头10安装在主体上且右封头左端面顶在右卡套的右端面上，右密封盖12固定安装在主体的右端面上，所述右封盖通过螺钉安装在右密封盖上，控制器11安装在主体内；所述控制器包含所述发射电路、接收电路、回波放大电路和数据采集卡；所述超声波探头安装在右封头上。本实施例中，通过计程轮来记录行走距离，通过位移测头实现径向方向的位移变量的记录，这样一来，关于位移的记录实现了非常全面准确的效果；通过超声波探头实现可靠探伤，探伤和轨迹测量集于一体，非常可靠；本实施例中，计程轮的组装是通过轮支杆实现，轮支杆为铰接连接，伸缩杆能够实现伸缩，实现了计程轮行走过程的缓冲和可靠支撑。

优选的，如图所示：所述超声波探头包含外壳301、斜楔302、左安装筒303、左阻尼块304、吸声材料305、接头306、线筒307、右阻尼块308、右安装筒309、保护膜310、右压电晶片311和左压电晶片312；所述保护膜固定安装在外壳的底部，所述斜楔固定安装在保护膜顶面上，所述外壳内腔与斜楔之间填充有吸声材料，所述左安装筒固定安装在斜楔顶面上，所述左压电晶片安装在左安装筒内孔的底部且左压电晶片与斜楔顶面接触，所述左阻尼块安装在左安装筒内孔里且左阻尼块压在左压电晶片上，所述右安装筒固定安装在斜楔斜面上，所述右压电晶片安装在右安装筒内孔的底部且右压电晶片与斜楔斜面接触，所述右阻尼块安装在右安装筒内孔里且右阻尼块压在右压电晶片上，所述线筒安装在外壳的安装孔里，所述接头安装在外壳的右端面上。本实施例公开的超声波探头将两个压电晶片放在一个外壳内，共用一个斜楔，纵波晶片平行放置，另一个晶片倾斜一定角度放置，每个晶片都单独引出一根引线。左压电晶片平行放置，声波经过透声材料后垂直入射，在工件内依然是纵波；右压电晶片产生声波倾斜入射通过斜楔后在与工件的界面上发生波型转换，在工件内产生横波。根据波的叠加原理，几列波在同一介质中传播时，如果在空间某处相遇，则相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成，在任意时刻该质点的位移是各列波引起位移的矢量和。几列波相遇后仍保持自己原有的频率、波长、振动方向等特性并按照原来的传播方向继续前进，好像在各自的途中没有遇到一样。两组晶片产生的原始波大部分在斜楔内相遇，根据波的独立性原理，这2组波互不干涉，互不影响，独立工作，分别起到纵波和横波共同检测的目的。

优选的，如图所示：所述位移测头包含壳体202，壳体上开设有组装孔，组装孔上滑动安装有位移传感测头201；所述壳体底部设置支撑件203，所述组装孔内设置有弹簧204，所述弹簧的一端与位移传感测头的底面连接，所述弹簧的另一端与所述支撑件连接。本实施例公开的位移测头能够实现可靠的径向移动，实现径向位移变量的测量。

优选的，如图所示：所述位移传感测头的顶端设置测球；所述测球采用超硬合金制作，所述测球上涂覆有耐磨涂层。本实施例通过测球的设置防止了长期测量对于位移传感测头端面的磨损。

优选的，如图所示：还包含用于驱动所述主体组件沿着钻杆内部轴向移动的驱动组件；所述驱动组件包含安装在主体上的驱动电机3，驱动电机的输出轴安装驱动齿轮9，驱动齿轮与固定安装在钻杆内部的齿条8啮合。本实施例通过驱动组件实现了自动移动测量，有助于测量过程的自动化和标准化。

优选的，如图所示：所述主体内开设有空腔6；所述驱动电机组装在所述空腔内；所述驱动齿轮延伸至空腔外部，所述主体上设置有两个沿着轴向方向设置的导向柱16，所述驱动齿条两侧开设有用于将导向柱部分嵌入的圆弧槽。本实施例通过在空腔设置所述驱动组件使得整体结构更加紧凑；同时空腔的设置有助于减轻整个主体组件的重量，使得移动更加轻便。

优选的，如图所示：所述驱动齿条通过紧固组件与钻杆端面固定连接；所述紧固组件包含开设在钻杆上的径向螺栓孔24，所述驱动齿条上还通过连接件连接有连接盘22，所述钻杆被夹持于连接盘和驱动齿条之间；所述连接盘与钻杆的表面形状一致；锁紧件穿过所述连接盘和螺栓孔后将连接盘和驱动直条相对锁紧。本实施例公开了驱动齿条的紧固结构，通过驱动齿条的紧固能够使得主体组件测试过程能够更加稳定。

优选的，如图所示：所述数据采集卡上安装有存储器和DSP微处理器；所述右压电晶片和左压电晶片都引出一根导线，导线都穿过线筒；所述左压电晶片与保护膜平行；所述斜楔斜面的倾斜角度为120度～150度。

优选的，如图所示：所述数据采集卡与下位机连接，下位机分别与上位机、显示器和操控面板连接；所述计程轮与所述数据采集卡连接；所述主体采用3Crl3的不锈钢材料制成；所述左封头和右封头均呈燕尾型；所述左封头为前端，右封头为尾端。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。