[发明专利]基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无损检测装置，特别是一种用于检测石油钻具内螺纹应力的集中及损伤状况的基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置。

背景技术

目前，在石油开采领域钻具失效的一种主要表现是在连接螺纹部位断裂破坏，对于钻具接头内螺纹的断裂裂纹常发生在最后啮合部位的螺扣处。接头内螺纹部位成为钻具最容易发生破坏的薄弱环节缘于其几何结构及螺纹根部的应力集中效应，使之在复合交变应力作用下容易萌生疲劳裂纹，并在循环应力和腐蚀介质作用下扩展，直至断裂。近年来，油田钻具接头内螺纹部位的疲劳断裂问题非常突出，钻具接头内螺纹断裂失效对钻井生产造成非常恶劣的影响，并带来巨大的经济损失。

由于内螺纹部位的几何结构相对复杂、壁厚较大，所以现有的常规无损检测技术手段在早期诊断钻具接头内螺纹部位应力集中异常和微裂纹方面存在明显不足。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，但无法从疲劳损伤的根源，如微观缺陷和应力集中区上对钻具技术状态做出早期评定，预防钻具的意外损伤。

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。

磁记忆检测技术作为一种能够同时检测应力集中区及其组织中的损伤、各种宏观缺陷的唯一有效的无损检测技术，已经在国内外引起了高度重视，特别是在石油化工管道、发电站、轨道交通设备等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的经济效益和社会效益，但将磁记忆检测技术应用于钻井工具的内螺纹应力及损伤状况的检测还处于空白阶段。

发明内容

为了解决现有技术中没有将磁记忆检测技术应用于钻井工具的内螺纹应力及损伤状况检测的技术问题，本发明提供了一种基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置，该基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置包括定心结构组件和旋转检测组件，定心结构组件能够使旋转检测组件的轴线与被测钻具接头的螺纹孔的轴线重合，进而使旋转检测组件中的磁记忆传感器在贴近被测的内螺纹表面旋转测量时保持提离值恒定，所以该钻具内螺纹旋转式检测装置具有检测精度高、操作简单方便等特点。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置，所述基于磁记忆效应的钻具内螺纹旋转式检测装置包括：定心结构组件和与定心结构组件连接的旋转检测组件；定心结构组件包括筒形的主架，主架的一端与筒形的空心杆的一端固定连接，主架和空心杆同轴，主架和空心杆内套接有圆柱形的锁紧杆，锁紧杆能够以空心杆的轴线为轴相对于空心杆转动，沿着锁紧杆的周向均匀分布有多个连杆机构，主架内设置有游动块，游动块套接于锁紧杆外并且游动块能够沿着锁紧杆的轴线方向移动，主架的侧壁设置有多个用于容纳连杆机构的条形通孔，每个连杆机构均包括第一双连杆机构和第二双连杆机构，第一双连杆机构含有第一长连杆和第一短连杆，第二双连杆机构含有第二长连杆和第二短连杆，第一双连杆机构的一端和第二双连杆机构一端与主架转动连接，第一双连杆机构的另一端和第二双连杆机构另一端与游动块转动连接，第一长连杆和第一短连杆的连接部位到锁紧杆的轴线的距离等于第二长连杆和第二短连杆的连接部位到锁紧杆的轴线的距离，第一长连杆和第二长连杆能够相互交叉设置；旋转检测组件包括套设于空心杆外锥形的旋转锥筒，旋转锥筒的顶端朝向主架，旋转锥筒和空心杆同轴，旋转锥筒的侧壁设置有用于容纳磁记忆传感器的传感器盒，传感器盒的上表面相对于锁紧杆的轴线倾斜设置，并且传感器盒的上表面的斜度与被测钻具的内螺纹段的锥度相同，旋转锥筒和传感器盒能够以空心杆的轴线为轴相对于空心杆转动。

定心结构组件含有三个连杆机构，三个条形通孔的位置分别与三个连杆机构的位置一一对应，沿着锁紧杆的周向，游动块的外壁均匀分布有三个突起，三个突起分别设置于三个条形通孔内，在每个连杆机构中，第一长连杆的另一端和第二短连杆的另一端通过第四转轴与游动块的突起转动连接，并且第二转轴的轴线和第三转轴的轴线相互平行。

位于主架内的锁紧杆设置有外螺纹，游动块的内壁设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹。

旋转锥筒内套接有导电滑环，导电滑环邻近于旋转锥筒的底端，并且导电滑环套接于空心杆外，导电滑环的内圈与空心杆固定连接，导电滑环的外圈与旋转锥筒固定连接，导电滑环的外圈能够相对于导电滑环的内圈以空心杆的轴线为轴转动。