CN114623751B - 一种钻杆角偏差测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻杆角偏差测量装置及方法，采用前段传动连接杆和后段传动连接杆，后段传动连接杆通过安装架固定于钻杆接头外表面，前段传动连接杆的两端分别安装一个千分表，后段传动连接杆上安装有用于检测钻杆接头外表面跳动读数的千分表；前段传动连接杆的一端转动安装有传动块，采用前段传动连接杆上一端固定的与传动块一端接触的千分表的数值变化反映的是钻杆接头的角度偏移，前段传动连接杆上另一端固定的千分表测量的是钻具接头和管体的平行度，本装置结构简单，测量全面考虑了影响钻杆角偏移的各类因素，测量精度显著提高，且便于在生产现场安装，在线测量各种管状产品的同轴度及角偏差，并通过千分表直接读数，大大提高了测量效率。

Description

一种钻杆角偏差测量装置及方法

技术领域

本发明属于石油管计量技术领域，涉及一种钻杆角偏差测量装置及方法。

背景技术

钻杆在制造过程中,需要将管体与工具接头焊接起来，在焊接过程中管体与工具接头的轴线角度容易发生偏差(称角偏差)。当钻杆角偏差指标较大时,在数千米长的井下会造成对套管的磨损,严重时会造成套管毁坏而酿成严重事故；另一方面,钻杆的工具接头磨损变薄后,亦会导致接头内螺纹处出现裂纹甚至刺穿。所以,各大油田相继将钻杆的角偏差指标作为其验收产品的重要指标。

目前石油行业中未有相应的检测设备和方法能解决此问题。目前传统机械加工行业通常的测量方法是通过测量管体多个椭圆度来验证其符合设计要求，采用这个方法的前提是，两根连接的管体直线度合格的情况下，以A端轴线为基准，将检测设备的定位装置安装在外端面，千分表和A`端的外端面接触，将管体旋转一圈，读取千分表上的极差值B1(极差值＝最大值-最小值)，然后移动定位装置,继续测量，读取极差值B2、B3.........Bi等，若在所测量的极差值中选取MAX值和MIN值，若MAX值-MIN值在允许的范围内则表示符合要求。但是在石油行业的钻具和钻杆一般属于台阶轴，且表面粗糙度既大，尺寸偏大，加工无法保证其直线度，且无法测量，以上检测方法只能检测出轴线是否同心，却无法检测出轴线是偏移还是倾斜，因此无法采用此方案进行检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻杆角偏差测量装置及方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻杆角偏差测量装置，包括前段传动连接杆和后段传动连接杆，前段传动连接杆通过转动座固定于后段传动连接杆上，后段传动连接杆通过安装架固定于钻杆接头外表面，前段传动连接杆的两端分别安装一个千分表，后段传动连接杆上安装有用于检测钻杆接头外表面跳动读数的千分表；前段传动连接杆的一端转动安装有传动块，传动块的两端分别安装有一个滚轮，前段传动连接杆上固定的一个千分表的侧头与传动块的一端接触。

进一步的，千分表采用数显蓝牙千分表。

进一步的，前段传动连接杆的前端安装有传动块，前段传动连接杆的前端安装有触头能够与传动块上端面接触的第一千分表，在前段传动连接杆的后端安装有第二千分表，第二千分表的触头表面与后段传动连接杆的表面接触。

进一步的，后段传动连接杆的两端分别固定有一个安装架，安装架上固定有滑动轮。

进一步的，安装架采用V型结构，V型结构的两侧分别设置一个滑动轮。

进一步的，前段传动连接杆包括前段和后段，后段传动连接杆上设有第一支撑座，前段传动连接杆的后段一端转动连接在第一支撑座上，前段传动连接杆的后段伸出第一支撑座，在伸出部分上固定安装第一千分表。

进一步的，后段传动连接杆上设有第二支撑座，第二支撑座上设有滑槽，前段传动连接杆的后段另一端通过锁紧旋钮锁紧于第二支撑座的滑槽内。

进一步的，前段传动连接杆的后段另一端通过转动环与前段传动连接杆的前段一端连接。

进一步的，前段传动连接杆的前段和后段连接的转动环与锁紧旋钮同轴设置。

一种钻杆角偏差测量方法，包括以下步骤：

S1，钻杆接头和钻具接头焊接前，先调整后段传动连接杆上的第三千分表对钻杆接头进行归零处理；

S2，将钻杆接头和钻具接头，将安装架放置在钻杆接头上，使后段传动连接杆上的第三千分表和钻杆外端面接触，并有一定的压缩量后归零；

S3，将安装于前段传动连接杆上的传动块下端的滚轮放置在钻杆接头上，使滚轮与钻杆接头表面接触，然后调节前段传动连接杆的前段和后段，使传动块下端的滚轮与钻杆接头表面接触的同时，使前段传动连接杆后段上的第二千分表和后段传动连接杆接触，然后将前段传动连接杆的前段和后段锁紧，转动管体，带动转动块中发生前后摆动，利用第一千分表采集数据计算角度偏移；利用前段传动连接杆上的第二千分表测量数据计算钻具接头和管体的平行度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种钻杆角偏差测量装置，采用前段传动连接杆和后段传动连接杆，前段传动连接杆通过转动座固定于后段传动连接杆上，后段传动连接杆通过安装架固定于钻杆接头外表面，前段传动连接杆的两端分别安装一个千分表，后段传动连接杆上安装有用于检测钻杆接头外表面跳动读数的千分表；前段传动连接杆的一端转动安装有传动块，传动块的两端分别安装有一个滚轮，前段传动连接杆上固定的一个千分表的侧头与传动块的一端接触，采用前段传动连接杆上一端固定的与传动块一端接触的千分表的数值变化反映的是钻杆接头的角度偏移，前段传动连接杆上另一端固定的千分表测量的是钻具接头和管体的平行度，本发明装置结构简单，测量全面考虑了影响钻杆角偏移的各类因素，测量精度显著提高，且便于在生产现场安装，在线测量各种管状产品的同轴度及角偏差，并通过千分表直接读数，大大提高了测量效率。

进一步的，千分表采用数显蓝牙千分表，能够直观快速得到测量数据。

进一步的，后段传动连接杆的两侧分别设置一个安装架，形成稳定的结构，提高测量的精准度。

进一步的，前段传动连接杆的前段和后段连接的转动环与锁紧旋钮同轴设置，能够确保前段传动连接杆两端的传动块与千分表能后同时接触到待测结构的两端表面，以确保接触测量，提高检测精度。

采用本发明的一种钻杆角偏差测量方法，能够同时检测钻具接头与钻具管体的轴线偏移量及钻具接头的角度偏移量，提高了检测精度，避免二次测量造成的误差。

附图说明

图1为本发明实施例中钻杆角偏差测量装置结构示意图。

图2为本发明实施例中安装架结构示意图。

图3为本发明实施例中前段传动连接杆俯视图。

图4为本发明实施例中具体测量原理图。

图中,1、滚轮；2、传动块；3、销轴；4、第一千分表；5、前段传动连接杆；6、第二支撑座；7、安装架；8、第二千分表；9、后段传动连接杆；10、第三千分表；11、滑动轮；12、第一支撑座；13、锁紧旋钮。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明用于提高钻杆角度偏移量的具体装置，一种钻杆角偏差测量装置，具体包括前段传动连接杆5和后段传动连接杆9，前段传动连接杆5通过转动座固定于后段传动连接杆9上，后段传动连接杆9通过安装架7固定于钻杆接头外表面，前段传动连接杆5的两端分别安装一个千分表，后段传动连接杆9上安装有用于检测钻杆接头外表面跳动读数的千分表；前段传动连接杆5的一端转动安装有传动块2，传动块2的两端分别安装有一个滚轮1，两个滚轮之间的连线能够与标准钻杆轴线平行，前段传动连接杆5上固定的一个千分表的侧头与传动块2的一端接触，使用时，先利用后段传动连接杆9上的千分表对待安装焊接的钻杆接头进行标定，然后将待测钻杆与钻杆接头焊接，利用传动块2的两端滚轮1与待测钻杆表面接触，然后转动待测钻杆与钻杆接头同时轴向移动，此时，前段传动连接杆5上一端固定的与传动块2一端接触的千分表的数值变化反映的是钻杆接头的角度偏移，前段传动连接杆5上另一端固定的千分表测量的是钻具接头和管体的平行度，本发明装置结构简单，测量全面考虑了影响钻杆角偏移的各类因素，测量精度显著提高，且便于在生产现场安装，在线测量各种管状产品的同轴度及角偏差，并通过千分表直接读数，大大提高了测量效率。

具体的，千分表采用数显蓝牙千分表，能够直观快速得到测量数据，测量效率能够达到30秒/根。

具体的，如图1所示，前段传动连接杆5的前端安装有传动块2，前段传动连接杆5的前端安装有触头能够与传动块2上端面接触的第一千分表4，第一千分表4通过固定夹固定于前段传动连接杆5上；在前段传动连接杆5的后端安装有第二千分表8，第二千分表8的触头表面与后段传动连接杆9的表面接触，第二千分表8通过固定夹固定于后段传动连接杆9上。

后段传动连接杆9的两端分别固定有一个安装架7，安装架7上固定有滑动轮11，安装架7依靠滑动轮11在钻杆上移动；安装架7采用V型结构，在V型结构的两侧分别设置一个滑动轮11，这样后段传动连接杆9的两侧分别设置一个安装架7，形成稳定的结构，再采用固定于后段传动连接杆9上的第三千分表10，实现待测钻杆表面跳动测量，结构简单，同时配合前段传动连接杆，可实现快速多参数的检测。

前段传动连接杆5中间设有转动环，前段传动连接杆5的两端能够同各国转动环转动，即前段传动连接杆5包括前段和后段，如图3所示，后段传动连接杆9上设有第一支撑座12，前段传动连接杆5的后段一端转动连接在第一支撑座12上，前段传动连接杆5的后段伸出第一支撑座12，在伸出部分上固定安装第一千分表4；后段传动连接杆9上设有第二支撑座6，第二支撑座6上设有滑槽，前段传动连接杆5的后段另一端通过锁紧旋钮13锁紧于第二支撑座6的滑槽内，用于调整前段传动连接杆上的第二千分表8能够与后段传动连接杆9表面接触；前段传动连接杆5的后段另一端通过转动环与前段传动连接杆5的前段一端连接，转动环能够锁紧，用于调整前段传动连接杆5的前段另一端高度，以确保传动块2上的滚轮与钻杆表面接触。

前段传动连接杆5的前段和后段连接的转动环与锁紧旋钮13同轴，通过锁紧旋钮13同时调整前段传动连接杆5两端的千分表的高度；结构简单，便于安装调节，同时利用杠杆原理，能够确保前段传动连接杆两端的传动块与千分表能后同时接触到待测结构的两端表面(即前段传动连接杆一端的传动块与钻杆接头表面接触，前段传动连接杆另一端的第一千分表4与后段传动连接杆9表面接触)，以确保接触测量，提高检测精度。

本发明的工作过程：

钻杆接头和钻具接头在焊接前，先测量钻杆直线度，首先将安装架7放置在钻杆接头上，调整后段传动连接杆9上的第三千分表10和钻杆外端面的距离，使第三千分表10有一定的压缩量后，将第三千分表10归零，将安装架7延转杆轴线方向左右移动，获取第三千分表10的读数为L0；测量时将安装架7左右移动的时间等分成多份，例如分为8等份，即可得到L00、L01、L02、L03、L04、L05、L06、L07；等分越多，测量精度越高。

将钻杆和钻具焊接后：

将安装架7放置在钻杆接头上，使第三千分表10和钻杆外端面接触，并有一定的压缩量并归零，同时，将传动块2和第一千分表4安装于前段传动连接杆的前端，然后将传动块2下端的滚轮放置在钻杆接头上，使滚轮与钻杆接头表面接触，然后调节前段传动连接杆5的前段和后段，确保传动块2下端的滚轮与钻杆接头表面接触的同时，使前段传动连接杆5后段上的第二千分表8和后段传动连接杆9接触，然后将锁紧旋钮13锁紧，固定前段传动连接杆5的前段和后段，此时第二千分表8有一定的压缩量，将第一千分表4和使第二千分表8同时归零，随着管体的转动，带动转动块2中发生前后摆动，第一千分表4反映的是钻杆接头的角度偏移；前段传动连接杆5上的第二千分表8测量的是钻具接头和管体的平行度。

测量时然后转动管子,第三千分表10跳动的读数记为L1；第二千分表8测量的是钻具接头和管体的平行度，第二千分表8跳动的读数记为L2；第一千分表4，测量的是钻杆接头的角度偏移，第一千分表4跳动的读数记为L3。

将管子转一圈的时间等分，例如分为8等分，即可得到第三千分表10的读数：L1₀、L1₃₅、L1₉₀、L1₆₅、L1₁₈₀、L1₂₃₅、L1₂₇₀、L1₃₁₅。同样的得到第二千分表8的读数：L2₀、L2₄₅、L2₉₀、L2₆₅、L2₁₈₀、L2₂₃₅、L2₂₇₀、L2₃₁₅；得到第一千分表4的读数：L3₀、L3₄₅、L3₉₀、L3₆₅、L3₁₈₀、L3₂₃₅、L3₂₇₀、L3₃₁₅；等分越多，测量精度越高。

可得到直线直线度：E_L0＝Max{Lm}-Min{Lm}

可得到的钻杆圆跳动为：E_L1＝Max{L1_i}-Min{L1_i}

可得到的钻杆钻具的平行度为：E_L2＝Max{L2_i}-Min{L2_i}

可得到的钻杆钻具偏移角度为：E_L3＝Max{L3_i}-Min{L3_i}

i(角度)＝0，45,90,135,180，235,270,315

m(位移距离)＝1,10，20,30,40,50,60

如图4所示，设变量有两个，钻具接头与钻具管体的轴线偏移量为x，钻具接头的角度偏移量为∠a。定量有，第一千分表4与传动块2的转轴之间的距离为P₁，传动块2的转轴到焊接部位的距离为P₂，第二千分表8的伸缩量为P₃，第一千分表4的伸缩量为P₄；

第二千分表8反映的是传动块2的转轴处抬升或下降的距离(如图4所示点3)，第一千分表4反映的是第一千分表4与传动块2接触点的抬升或下降的距离(如图4所示点4)，两者始终有数学关系为：

P₃＝P₄+P₁×tan∠a

P₃＝x+P₂×sin∠a

可得到钻具接头与钻具管体的轴线偏移量及钻具接头的角度偏移量为：

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于钻杆角偏差测量装置的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，所述钻杆角偏差测量装置包括前段传动连接杆（5）和后段传动连接杆（9），前段传动连接杆（5）通过转动座固定于后段传动连接杆（9）上，后段传动连接杆（9）通过安装架（7）固定于钻杆接头外表面，前段传动连接杆（5）的两端分别安装一个千分表，后段传动连接杆（9）上安装有用于检测钻杆接头外表面跳动读数的千分表；前段传动连接杆（5）的一端转动安装有传动块（2），传动块（2）的两端分别安装有一个滚轮（1），前段传动连接杆（5）上固定的一个千分表的测头与传动块（2）的一端接触；所述前段传动连接杆（5）的前端安装有传动块（2），前段传动连接杆（5）的前端安装有触头能够与传动块（2）上端面接触的第一千分表（4），在前段传动连接杆（5）的后端安装有第二千分表（8），第二千分表（8）的触头表面与后段传动连接杆（9）的表面接触；

包括以下步骤：

S1，钻杆接头和钻具接头焊接前，先调整后段传动连接杆上的第三千分表对钻杆接头进行归零处理；

S2，将钻杆接头和钻具接头，将安装架放置在钻杆接头上，使后段传动连接杆上的第三千分表和钻杆外端面接触，并有一定的压缩量后归零；

S3，将安装于前段传动连接杆上的传动块下端的滚轮放置在钻杆接头上，使滚轮与钻杆接头表面接触，然后调节前段传动连接杆的前段和后段，使传动块下端的滚轮与钻杆接头表面接触的同时，使前段传动连接杆后段上的第二千分表和后段传动连接杆接触，然后将前段传动连接杆的前段和后段锁紧，转动管体，带动转动块中发生前后摆动，利用第一千分表采集数据计算角度偏移；利用前段传动连接杆上的第二千分表测量数据计算钻具接头和管体的平行度。

2.根据权利要求1所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，千分表采用数显蓝牙千分表。

3.根据权利要求1所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，后段传动连接杆（9）的两端分别固定有一个安装架（7），安装架（7）上固定有滑动轮（11）。

4.根据权利要求3所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，安装架（7）采用V型结构，V型结构的两侧分别设置一个滑动轮（11）。

5.根据权利要求1所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，前段传动连接杆（5）包括前段和后段，后段传动连接杆（9）上设有第一支撑座（12），前段传动连接杆（5）的后段一端转动连接在第一支撑座（12）上，前段传动连接杆（5）的后段伸出第一支撑座（12），在伸出部分上固定安装第一千分表（4）。

6.根据权利要求5所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，后段传动连接杆（9）上设有第二支撑座（6），第二支撑座（6）上设有滑槽，前段传动连接杆（5）的后段另一端通过锁紧旋钮（13）锁紧于第二支撑座（6）的滑槽内。

7.根据权利要求5所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，前段传动连接杆（5）的后段另一端通过转动环与前段传动连接杆（5）的前段一端连接。

8.根据权利要求5所述的钻杆角偏差测量方法，其特征在于，前段传动连接杆（5）的前段和后段连接的转动环与锁紧旋钮（13）同轴设置。