一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构

摘要

本发明提供了一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构，在该自适应机构的中心骨架上环周安装有检测臂组件，在中心骨架两端各安装一个传感器座，每个传感器座环周向均匀安装有位移传感器；检测臂组件安装在所述中心骨架上，自适应测量管道的内径变化，使探头模块始终与管道内壁贴合；位移传感器探针与探针推杆连接，将管道内径的径向变化转换为位移传感器的轴向位移。本发明可实现管道周向360°范围内径变化及缺陷检测，每组磁路模块可独立径向浮动，适应管道内径变化的工况；可沿轴向进行双向运动，适应弱磁井径组合套管测井仪需满足在管道内下放及回收的双向运动，解决了检测器通过性的问题，辅助整个产品的研制。

说明书

技术领域

本发明涉及输油管道内套管变形及泄漏检测技术领域，具体涉及一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构。

背景技术

石油在国民经济中占有极为重要的战略地位。从地层中开采石油是主要的采油手段，根据采油方式可分为自喷采油法、机械采油法。目前我国机械采油法的占据首要地位，超过油井比例91％。所有的油井均有套管、油管，机械采油井还包括了油杆、钻铤等组成。油井中的套管、油管、抽油杆均为钢质材料，由于工作环境恶劣，易出现腐蚀、变形、磨损，穿孔、破裂或者断裂事故频发，然而我国没有检测手段，尤其是套管检测属于国际难题，虽有俄罗斯等国外少量公司提供检测服务，但昂贵费用及有限的产品远远无法满足我国市场需求。由于对腐蚀的检测与定位缺乏手段，常采取分段打压方式进行已泄漏的套管维修定位，定位误差大，带来的采油生产、维护维护等经济损失巨大，已成为油田最为迫切的、有待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供了一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构，旨在解决现有设备无法适应高温、高压环境下井下油气管道检测的不足。

本发明的目的是通过以下方案来实现的：

一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构，该自适应机构包括：中心骨架、检测臂组件、传感器座、位移传感器；

中心骨架为内部空心、两端带有法兰盘、中间成柱状多面体的结构，且两端对称，法兰盘上设有均匀分布的18个法兰盘阶梯孔和8个法兰盘光孔；

中心骨架两端均设有凸台，凸台的侧壁上设有密封槽；

检测臂组件包括：探针推杆、检测臂、探头模块、板簧组件；

探头模块两端分别通过一个销轴A与检测臂的一端铰接，每个检测臂的另一端通过销轴B与探针推杆铰接；

探针推杆不与检测臂铰接的一端为偏心轴柱状结构；

传感器座为柱状结构，侧面沿轴线方向依次分为螺纹面、密封面、圆柱面；

螺纹面、密封面用来与自适应机构外侧承压密封护壳连接及密封；

传感器座螺纹面一端的端面上均匀设有8个传感器座阶梯孔，且传感器座阶梯孔的外侧为光孔，内侧为螺纹孔；

传感器座圆柱面一端的端面上均匀设有18个偏心孔；

传感器座内部设有传感器座光孔，且传感器座光孔为通孔；

中心骨架两端分别于一个传感器座圆柱面一端通过凸台与传感器座光孔配合、以及法兰盘光孔连接；

检测臂组件共有18组，每组的探针推杆均插入对应一侧的法兰盘阶梯孔和偏心空，且每个检测臂与探针推杆连接的一端靠近中心骨架的一侧均设有板簧组件；

位移传感器安装在传感器座阶梯孔中。

中心骨架的柱状多面体的截面为正18边形，且每个柱状多面体的侧面的两端均设有凹槽；

板簧组件卡在凹槽内。

中心骨架的柱状多面体两端的侧面上均设有均匀分布的4个阶梯斜孔；

每个阶梯斜孔内均安装有固定密封连接器，完成探头模块引线与中心骨架内部走线的连接及密封；

阶梯斜孔的轴线与中心骨架的轴线的夹角为10°。

传感器座的圆柱面设有4个方槽，便于拧紧传感器座。

每个检测臂靠近中心骨架的一侧均设有布线槽；

探头模块的引线通过布线槽布线。

探头模块的外侧壳体为高硬度不锈钢制成，且进行表面进行提高硬度和耐磨性的处理。

探头模块的外侧与待测管道的内壁接触，并进行弱磁信号的采集。

每个检测臂与探针推杆连接的一端远离中心骨架的一侧均设有限位板。

板簧组件设有预设力矩，预设力矩使检测臂始终处于旋转的趋势，该旋转地趋势使探头模块远离中心骨架。

中心骨架的法兰盘的侧面均设有凹槽线A；

传感器座的圆柱面设有凹槽线B；

传感器座与中心骨架安装时，凹槽线A与凹槽线B对齐。

本发明的有益效果为：

1、采用多组检测臂组件均匀分布固定于中心骨架上的结构形式，可实现管道周向360度范围管道变形及内、外缺陷检测，每组磁路模块可独立径向、轴向浮动，用于适应管道内径在一定范围内变化的工况，更好的适用于管道存在缩径的工况，很好的解决了检测器通过性的问题，其中轴向浮动不受仪器运动方向的限制，可双向浮动，解决了仪器下放、起吊双向运动的要求，辅助整个检测器的研制。

2、浮动机构的基体为中心骨架，用于安装固定检测臂组件，在中心骨架上设计有密封连接器安装孔，用于安装密封连接器，将探头模块的引出线与内部设备进行电气连接，并与中心骨架实现密封连接。

3、浮动机构的检测臂组件的探头模块可径向、轴向浮动，并通过板簧提供预紧力，使浮动机构具有管道内径自适应性，可适应一定范围变化的管道内径，并始终与管道内壁贴合。

4、浮动机构的探头模块金属壳体与管壁接触表面设计有耐磨处理，在运行过程中，探头模块壳体在运动中保护内部电气结构，增加耐磨性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分特征和优点通过说明书变得显而易见，或通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过所写的说明书、权利要求书及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于展示本发明实施方式的目的，并不能认为是对本发明的限制。整个附图中，相同的标号表示相同的部件。

图1是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的结构示意图；

图2是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的单组检测臂组件与中心骨架连接的示意图；

图3是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的单组检测臂组件结构示意图；

图4是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的中心骨架示意图；

图5是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的中心骨架剖视图；

图6是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的传感器座圆柱面一端的示意图；

图7是一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构的传感器座密封面一端的示意图；

图中：1-中心骨架；2-检测臂组件；3-传感器座；4-位移传感器；5-密封连接器；6-探针推杆，7-检测臂，8-探头模块，9-销轴A，10-板簧组件，11-限位板，12-销轴B，13-法兰盘阶梯孔，14-法兰盘光孔，15-凸台，16-密封槽，17-凹槽，18-阶梯斜孔，19-凹槽线A，20-传感器座光孔，21-凹槽线B，22-螺纹面，23-密封面，24-圆柱面，25-方槽，26-传感器座阶梯孔，27-偏心孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施方式一起用于阐述本发明的原理。

如图1至图7所示，一种高温、高压井下管道小口径双向二维浮动自适应机构，该自适应机构包括：中心骨架1、检测臂组件2、传感器座3、位移传感器4；

中心骨架1为内部空心、两端带有法兰盘、中间成柱状多面体的结构，且两端对称，法兰盘上设有均匀分布的18个法兰盘阶梯孔13和8个法兰盘光孔14；

中心骨架1两端均设有凸台15，凸台15的侧壁上设有密封槽16；

检测臂组件2包括：探针推杆6、检测臂7、探头模块8、板簧组件10；

探头模块8两端分别通过一个销轴A 9与检测臂7的一端铰接，每个检测臂7的另一端通过销轴B 12与探针推杆6铰接；

探针推杆6不与检测臂7铰接的一端为偏心轴柱状结构；偏心的一端与位移传感器4探针连接；

传感器座3为柱状结构，侧面沿轴线方向依次分为螺纹面22、密封面23、圆柱面24；

螺纹面22、密封面23用来与自适应机构外侧承压密封护壳连接及密封；

传感器座3螺纹面22一端的端面上均匀设有8个传感器座阶梯孔26，且传感器座阶梯孔26的外侧为光孔，内侧为螺纹孔；

传感器座3圆柱面24一端的端面上均匀设有18个偏心孔27；

传感器座3内部设有传感器座光孔20，且传感器座光孔20为通孔；

中心骨架1两端分别于一个传感器座3圆柱面24一端通过凸台15与传感器座光孔20配合、以及法兰盘光孔14连接；

检测臂组件2共有18组，每组的探针推杆6均插入对应一侧的法兰盘阶梯孔13和偏心空，且每个检测臂7与探针推杆6连接的一端靠近中心骨架1的一侧均设有板簧组件10；

位移传感器4安装在传感器座阶梯孔26中。

如图1所示，从外表看，可以呈多角度扩展或收缩，因此可以适应管道的多变径结构，并且可以360度全面检测管道的内表面

中心骨架1的柱状多面体的截面为正18边形，且每个柱状多面体的侧面的两端均设有凹槽17；

板簧组件10卡在凹槽17内，凹槽17为板簧组件10提供滑动支撑面，并限制板簧组件10绕阶梯孔旋转摆动。

中心骨架1的柱状多面体两端的侧面上均设有均匀分布的4个阶梯斜孔18；

每个阶梯斜孔18内均安装有固定密封连接器5，完成探头模块8引线与中心骨架1内部走线的连接及密封；

阶梯斜孔18的轴线与中心骨架1的轴线的夹角为10°。

传感器座3的圆柱面24设有4个方槽25，便于拧紧传感器座3。

每个检测臂7靠近中心骨架1的一侧均设有布线槽；

探头模块8的引线通过布线槽布线。

考虑探头模块8需要长时间与管道内壁接触运动，探头模块8的外侧壳体为高硬度不锈钢制成，且进行表面进行提高硬度和耐磨性的处理。

探头模块8的外侧与待测管道的内壁接触，并进行弱磁信号的采集。

每个检测臂7与探针推杆6连接的一端远离中心骨架1的一侧均设有限位板11。

板簧组件10设有预设力矩，预设力矩使检测臂7始终处于旋转的趋势，该旋转地趋势使探头模块8远离中心骨架1。

中心骨架1的法兰盘的侧面均设有凹槽线A 19；

传感器座3的圆柱面24设有凹槽线B 21；

传感器座3与中心骨架1安装时，凹槽线A 19与凹槽线B 21对齐，确定固定的安装方位。

实际检测工作中，管道内径尺寸并不均匀，存在一定的缩径，并沿着管道路由在一定范围内变化，而探头模块8需要始终与管道内壁贴合实现弱磁信号的采集，因此，要求测井仪检测装置必需具有一定的管道内径自适应性。检测装置自由状态时大于管道内径，当其进入管道后或遇到缩径时，探头模块8以两端的探针推杆6作为导轨，压缩板簧组件10使探头模块8产生径向向内运动，当管道内径变大时，检测臂7则在板簧弹力作用下向外转动，从而带动探头模块8径向向外运动，进而使得每组探头模块8均可根据管道内径变化进行一定范围的浮动，以保证探头模块8表面与管道内壁始终保持贴合，实现管道内径自适应。因此需要根据管道内径及管道路由情况，控制每组探头模块8的浮动范围，设计板簧刚度，以保证探头模块8压缩后再遇到管径变化情况能够顺利的顶起探头模块8与管道内壁贴合。

这种井下油气管道弱磁井径组合套管测井仪及双向浮动自适应机构设计的核心特点是，通过探头模块8与检测臂7、板簧、探针推杆6间的转动、滑动配合，实现探头模块8的径向、轴向浮动，且轴向不受运动方向的限制，可沿上、下双向运动，在管道内径在一定范围变化的情况下，使得探头模块8始终与管道内壁紧密贴合，并提高测井仪的通过性，降低了测井仪在管道内卡堵的风险。

这种浮动机构辅助了弱磁井径组合套管测井仪的开发，将该浮动机构安装到测井仪上，浮动机构可以使得探头随管径的变化而变化，始终贴向管道内壁。

这种井下油气管道弱磁井径组合套管测井仪及双向浮动自适应机构设计的核心特点是，通过探头模块8与检测臂7、板簧、探针推杆6间的转动、滑动配合，实现探头模块8的径向、轴向浮动，且轴向不受运动方向的限制，可沿上、下双向运动，在管道内径在一定范围变化的情况下，使得探头模块8始终与管道内壁紧密贴合，并提高测井仪的通过性，降低了测井仪在管道内卡堵的风险。

综上所述，本发明实施方式提供了一种适用于高温、高压井下管道的小口径双向二维浮动自适应机构，为适应高温、高压环境的套管弱磁检测，本发明可针对一定范围内管径变化进行浮动，保证检测器与管道内壁始终贴合；同时满足仪器可在管道内双向运动的要求，并且由于产品对管道的自适应性降低了产品卡堵的风险。

以上尽管已经结合具体的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是，在不超出本发明精神和实质的情况下，各种修正、增添都是允许的，都应落入本发明的保护范围之内。