一种可变径钻具内螺纹自动检测装置

摘要

本发明提供了一种可变径钻具内螺纹自动检测装置，包括安装架、导杆、传感器、定位件和电机，安装架具有两相对的端面和位于两端面之间的外侧面，安装架上开设有多个安装孔，安装孔贯穿安装架的两端面，多个安装孔的中心轴均为一第一锥面的母线；导杆为多个且分别能滑动地穿设于安装孔；传感器为多个且分别连接在导杆的第一端；定位件与各导杆的第二端分别活动连接，安装架位于传感器与定位件之间；电机固定在安装架上，电机与定位件之间连接有电机丝杠。本发明的检测装置能通过自动变径对钻具内螺纹各个部位的应力集中状况进行检测，结构简单、紧凑，便于携带和使用。

权利要求

1.一种可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述可变径钻具内螺纹自动检测装置包括：安装架，具有两相对的端面和位于两所述端面之间的外侧面，所述安装架上开设有多个安装孔，所述安装孔贯穿所述安装架的两端面，多个所述安装孔的中心轴均为第一锥面的母线；

导杆，为多个且分别能沿所述安装孔的轴向滑动地穿设于所述安装孔；

传感器，为多个且分别连接在所述导杆的第一端；

定位件，与各所述导杆的第二端分别活动连接；

电机，固定在所述安装架上，所述电机与所述定位件之间连接有电机丝杠。

2.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括多个支撑杆，所述支撑杆固定在所述安装架的外侧面上，且自所述安装架朝向所述传感器延伸，各相邻的所述支撑杆之间形成滑道，各所述传感器分别位于对应的所述滑道内且能沿所述滑道滑动；

所述支撑杆的外侧面均位于第二锥面上，所述第二锥面与所述第一锥面平行。

3.如权利要求2所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述安装架呈圆台形，所述安装架的外侧面与所述第一锥面平行，所述安装架的外径自靠近所述传感器的一端至远离所述传感器的一端逐渐增大。

4.如权利要求2所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述安装架的外侧面上凹设有多个安装槽，各所述支撑杆分别嵌入并固定于对应的所述安装槽内。

5.如权利要求1至4任一项所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述定位件包括一圆盘形的固定部、以及多个分别自所述固定部的环形外侧面沿径向向外延伸形成的杆状的定位爪，所述电机丝杠的另一端与所述固定部相固定，每个所述定位爪与对应的所述导杆之间通过一连杆相连接，所述连杆的一端与所述导杆铰接，所述连杆的另一端与所述定位爪铰接。

6.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述安装架在靠近所述定位件的端面上固定有一护罩，所述护罩的开口朝向所述安装架，所述电机固定于所述护罩内，所述电机丝杠穿过所述护罩。

7.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，各所述导杆的一端分别固定有一传感器架，所述传感器架的外侧面为圆弧面，所述传感器架的外侧面上凹设有凹槽，所述传感器分别设于所述凹槽内。

8.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，每个所述安装孔内均固定有一个与所述安装孔同轴的直线轴承，所述导杆穿过所述直线轴承且能沿所述直线轴承的轴向滑动。

9.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括固定盘、以及连接在所述固定盘与所述安装架之间的多个立柱，所述定位件位于所述固定盘与所述安装架之间。

10.如权利要求1所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其特征在于，所述电机固定在所述安装架的端面的中部且位于所述安装架与所述定位件之间，所述电机丝杠固定在所述定位件的中部，且位于多个所述导杆的内侧。

说明书

一种可变径钻具内螺纹自动检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种螺纹检测装置，尤其是一种用于石油钻具内螺纹检测的可变径钻具内螺纹自动检测装置。

背景技术

[0002] 近年，在石油钻采中，由于现实情况所迫，对于超深复杂井的开采越来越重要。钻具是石油钻柱的重要组成部分，主要用于传递动力及和输送钻井液，由于超深复杂井钻探作业工况十分恶劣，在钻井过程中，钻杆承受拉、压、弯、扭载荷以及钻削过程中冲击振动引起的附加动载荷，钻具接头螺纹部位的疲劳断裂问题较为突出，严重情况下钻具接头的螺纹疲劳断裂失效，这个在整个钻具失效事故占有很大的比例，对钻井生产造成十分恶劣的影响，带来巨大的经济损失。

[0003] 钻具螺纹断裂的主要原因是钻具的工作环境恶劣，所承受的交变载荷很大，由于钻具螺纹连接部位本身比较脆弱，并且其界面形状变化，应力集中严重，同时也会出现较高的交变应力，是受力最危险的部位，极易出现疲劳断裂。因此，有必要了解钻具螺纹连接部位的应力集中状况，以通过降低钻具螺纹连接部位的应力集中，来解决钻具断裂失效的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种可变径钻具内螺纹自动检测装置，其能通过自动变径来检测钻具内螺纹各个部位的应力集中状况。

[0005] 为达到上述目的，本发明提出一种可变径钻具内螺纹自动检测装置，包括：安装架，具有两相对的端面和位于两所述端面之间的外侧面，所述安装架上开设有多个安装孔，所述安装孔贯穿所述安装架的两端面，多个所述安装孔的中心轴均为第一锥面的母线；导杆，为多个且分别能滑动地穿设于所述安装孔；传感器，为多个且分别连接在所述导杆的第一端；定位件，与各所述导杆的第二端分别活动连接；电机，固定在所述安装架上，所述电机与所述定位件之间连接有电机丝杠。

[0006] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括多个支撑杆，所述支撑杆固定在所述安装架的外侧面上，且自所述安装架朝向所述传感器延伸，各相邻的所述支撑杆之间形成滑道，各所述传感器分别位于对应的所述滑道内且能沿所述滑道滑动；所述支撑杆的外侧面均位于第二锥面上，所述第二锥面与所述第一锥面平行。

[0007] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述安装架呈圆台形，所述安装架的外侧面与所述第一锥面平行，所述安装架的外径自靠近所述传感器的一端至远离所述传感器的一端逐渐增大。

[0008] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述安装架的外侧面上凹设有多个安装槽，各所述支撑杆分别嵌入并固定于对应的所述安装槽内。

[0009] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述定位件包括一圆盘形的固定部、以及多个分别自所述固定部的环形外侧面沿径向向外延伸形成的杆状的定位爪，所述电机丝杠的另一端与所述固定部相固定，每个所述定位爪与对应的所述导杆之间通过一连杆相连接，所述连杆的一端与所述导杆铰接，所述连杆的另一端与所述定位爪铰接。

[0010] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述安装架在靠近所述定位件的端面上固定有一护罩，所述护罩的开口朝向所述安装架，所述电机固定于所述护罩内，所述电机丝杠穿过所述护罩。

[0011] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，各所述导杆的一端分别固定有一传感器架，所述传感器架的外侧面为圆弧面，所述传感器架的外侧面上凹设有凹槽，所述传感器分别设于所述凹槽内。

[0012] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，每个所述安装孔内均固定有一个与所述安装孔同轴的直线轴承，所述导杆穿过所述直线轴承且能沿所述直线轴承的轴向滑动。

[0013] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括固定盘、以及连接在所述固定盘与所述安装架之间的多个立柱，所述定位件位于所述固定盘与所述安装架之间。

[0014] 如上所述的可变径钻具内螺纹自动检测装置，其中，所述电机固定在所述安装架的端面的中部且位于所述安装架与所述定位件之间，所述电机丝杠固定在所述定位件的中部，且位于多个所述导杆的内侧。

[0015] 本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的特点和优点是：

[0016] 1、本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置，通过设置多个倾斜的安装孔，且将安装孔设置为中心轴均位于同一个锥面上，使得多个穿设于安装孔内的导杆也围成锥形，导杆的移动方向为安装孔的轴向，在电机驱动电机丝杠带动定位件轴向移动时，定位件也带动导杆沿安装孔的轴向移动，多个导杆在移动过程中实现径向聚拢或径向外扩，从而实现自动变径，安装于导杆端部的传感器形成的检测直径也随之减小或变大，实现对钻具内螺纹不同部位的自动检测，检测方便、灵活，便于使用。

[0017] 2、本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置，通过设置多个支撑杆，实现检测时对检测装置的支撑和固定，不仅可提高检测时的稳固性和检测的准确性，便于操作，还可通过改变支撑杆的厚度尺寸来扩大本发明的检测装置可以检测的钻具内螺纹的尺寸范围。

[0018] 3、本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置为便携式可变径钻具内螺纹自动检测装置，结构简单、紧凑，便于携带。

附图说明

[0019] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

[0020] 图1是本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的立体图；

[0021] 图2是本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的主视图；

[0022] 图3是本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的剖视图；

[0023] 图4是图2中本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的左视图；

[0024] 图5是图2中本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的右视图；

[0025] 图6是本发明中传感器、导杆、连杆和定位件的组合状态图；

[0026] 图7是本发明中安装架和支撑杆的组合状态图；

[0027] 图8是本发明中支撑杆的示意图。

[0028] 主要元件标号说明：

[0029] 10 安装架

[0030] 11 安装孔        12 安装槽         13 直线轴承

[0031] 20 导杆          201 传感器接头    202 连杆接头

[0032] 30 传感器        31 传感器架       311 凹槽

[0033] 40 定位件        41 固定部         411 锁紧螺钉

[0034] 42 定位爪

[0035] 50 电机          51 电机丝杠       52 护罩

[0036] 60 支撑杆        61 滑道

[0037] 70 连杆          701 转销          702 转销

[0038] 80 固定盘        81 立柱

具体实施方式

[0039] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

[0040] 如图1、图2所示，本发明提供一种可变径钻具内螺纹自动检测装置，用于检测锥形的钻具内螺纹各个部位的应力集中状况，该可变径钻具内螺纹自动检测装置包括一安装架10、多个导杆20、多个传感器30、一定位件40和一电机50。

[0041] 安装架10例如呈块状或环状，且具有两相对的端面和位于两端面之间的外侧面，安装架10上开设有多个倾斜的安装孔11，安装孔11贯穿安装架10的两端面，即安装孔11由安装架10的一个端面贯穿至另一个端面，多个安装孔11的中心轴均位于一第一锥面上，且均为该第一锥面的母线，即多个安装孔11围成锥形，多个导杆20分别能滑动地穿设于多个安装孔11，即多个导杆也围成锥形，导杆20的移动方向为安装孔的11轴向；多个传感器30分别连接在多个导杆20的第一端，用于检测钻具内螺纹的应力集中状况，多个传感器30围设形成的圆周面的直径即为检测直径；

[0042] 定位件40与各导杆20的第二端分别活动连接，或者说各导杆20的第二端能沿定位件40的径向滑移，也可以说多个导杆20的第二端能在导杆20沿安装孔11的轴向滑动时沿径向向内聚拢或向外扩散，安装架10位于传感器30与定位件40之间，以使结构紧凑；电机50固定在安装架10上，以作为检测装置的驱动部件，电机50较佳为步进电机，电机50与定位件40之间连接有电机丝杠51，用于将电机的动力传递给定位件，使定位件能沿安装架的轴向左右移动。

[0043] 本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置，通过设置多个倾斜的安装孔，且安装孔的中心轴均位于同一个锥面上，使得多个穿设于安装孔内的导杆也围成锥形，导杆的移动方向为安装孔的轴向，在电机驱动电机丝杠带动定位件左右移动时，定位件也会带动导杆沿安装孔的轴向移动，多个导杆在移动过程中实现径向聚拢或径向外扩，以实现自动变径，安装于导杆端部的传感器形成的检测直径也随之减小或变大，以实现对钻具内螺纹不同部位的自动检测。

[0044] 如图3、图5所示，其中，为保证导杆20的平稳滑动，在每个安装孔11内均固定有一个与安装孔11同轴的直线轴承13，直线轴承13例如通过螺钉固定在安装孔11内，导杆20穿过直线轴承13且能在定位件40的带动下沿直线轴承13的轴向往复滑动。直线轴承具有对导杆和传感器提供导向的作用，同时具有支撑、定位导杆的作用，能保证导杆的直线运动，使导杆和传感器的运动更平稳，检测更准确、方便，避免导杆对安装架的磨损，便于安装使用，成本低。

[0045] 如图7、图8所示，在一个优选的实施例中，可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括多个支撑杆60，用于检测时支撑在钻具内螺纹内侧，以将检测装置固定在内螺纹内侧，支撑杆60固定在安装架10的外侧面上，且自安装架10朝向传感器30延伸，具体是安装架10的外侧面上凹设有多个安装槽12，各支撑杆60分别嵌入并固定于对应的安装槽12内，各相邻的支撑杆60之间形成滑道61，各传感器30分别位于对应的滑道61内，且在导杆20沿安装孔11的轴向滑动时，各传感器30能分别在对应的滑道61内沿滑道61往复运动；

[0046] 其中，支撑杆60的外侧面均位于一第二锥面上，第二锥面与第一锥面平行，第二锥面位于第一锥面的外侧，检测时，将支撑杆60伸入钻具接头内，并支撑在内螺纹上，以在导杆的滑动方向上固定本发明的检测装置。其中支撑杆的尺寸可以根据所需检测的钻具螺纹尺寸小范围更换，比如使用时，可以通过改变支撑杆的尺寸(如厚度尺寸)来改变支撑杆倾斜面所形成的圆弧面(或圆锥面)直径，或者在支撑杆与安装架的贴合面加上垫片来达到同样的效果，以扩大本发明的检测装置可以检测的钻具内螺纹的尺寸范围。

[0047] 优选地，安装架10呈圆台形，例如为中部开口的圆台形，安装架10的外侧面与第一锥面平行，安装架10的外径自靠近传感器30的一端至靠近定位件40的一端(或远离传感器30的一端)逐渐增大，即传感器30位于安装架10的小径端，定位件40位于安装架10的大径端，当定位件40朝远离安装架10的方向移动时，传感器30朝靠近安装架10的方向移动，传感器30围设形成的检测直径逐渐增大，当定位件40朝靠近安装架10的方向移动时，传感器30朝远离安装架10的方向移动，传感器30围设形成的检测直径逐渐减小，从而实现自动变径。

[0048] 如图6所示，在一个可行的技术方案中，定位件40例如呈爪状，包括一圆盘形的固定部41、以及多个分别自固定部41的环形外侧面沿径向向外延伸形成的杆状的定位爪42，电机丝杠51的另一端与固定部41相固定，例如电机丝杠插入固定部的轴向中心孔内，固定部的侧面沿径向开设有与中心孔连通的螺孔，螺孔为多个且沿固定部的周向均匀分布，多个锁紧螺钉411分别旋入螺孔内从各个方向将电机丝杠51顶紧固定；每个定位爪42与对应的导杆20之间通过一连杆70相连接，连杆70的一端与导杆20通过转销701铰接，连杆70的另一端通过转销702与定位爪42铰接，以实现导杆与定位件的活动连接，具体是，转销702穿过连杆和定位爪的两个侧面，该两个侧面与固定部的两端面垂直，转销701与转销702平行，在定位件左右移动时，导杆能相对连杆转动，连杆能相对定位爪转动，从而使得导杆能够沿定位件的径向滑移。

[0049] 通过设置连杆传动结构，不仅能够实现导杆与定位件的径向相对运动，连杆70还起到传递力的作用，以及对导杆20轴向与动力方向不一致而产生作用力的缓冲作用，或者说对导杆轴向与动力方向存在角度时起到一个调节作用，而且使用连杆还使检测装置的结构更加紧凑，运动也更灵活。

[0050] 但导杆与定位件的活动连接结构并不仅限于此，例如在另一个可行的技术方案中，定位件40呈圆盘形，定位件40上开设有多个沿周向分布的滑槽，滑槽沿定位件40的径向延伸，导杆20的另一端连接在对应的滑槽内且能沿滑槽滑动，通过设置滑槽实现导杆与定位件的活动连接，在定位件左右移动时，导杆的另一端能在滑槽内沿定位件的径向滑移。

[0051] 如图4、图6所示，各导杆20的一端分别固定有一传感器架31，传感器架31的外侧面近似为圆弧面，传感器架31的外侧面上凹设有凹槽311，该凹槽311例如为方形槽，传感器31分别固定于凹槽311内，通过将传感器架的外侧面设置为圆弧面，确保传感器支架与钻具内螺纹的齿顶紧贴配合，实现更好的贴合，提高检测的准确性。

[0052] 其中，传感器架31的凹槽311的侧壁面最好高于(或略高于)传感器30的外侧面，以避免检测时传感器与钻具内螺纹之间因相互磨损而造成损坏。

[0053] 另外，导杆20例如为空心杆，导杆20的一端通过传感器接头201与传感器架31连接，传感器接头201与导杆20之间例如采用过盈配合，传感器接头201与传感器架31通过螺钉顶死配合，导杆20的另一端通过连杆接头202与连杆70连接，导杆20与连杆接头202例如通过螺纹连接，在导杆20的两端分别设置过线孔203，便于信号线的布置，可使信号线穿设于导杆内，使检测装置的结构更紧凑。

[0054] 本发明中，安装孔11、导杆20、连杆70、定位爪42(或滑槽)和传感器架31的数量均相同，例如均为8个，支撑杆60的数量例如也为8个。

[0055] 再如图1所示，安装架10在靠近定位件40的端面上固定有一护罩52，护罩52的开口朝向安装架10，电机50固定于护罩52内，电机丝杠51穿过护罩52，其中护罩52可对电机50起到保护作用。

[0056] 优选地，电机50固定在安装架10的端面的中部且位于安装架10与定位件40之间，电机丝杠51固定在定位件40的中部，且位于多个导杆20的内侧，不仅便于安装和使用，还使装置整体结构更紧凑。

[0057] 具体是，护罩52的封闭端的顶板上设有多个螺纹孔，电机50通过螺纹孔固定在护罩52上，护罩52的开口端又通过螺钉固定在安装架10上，电机丝杠51贯穿在电机50的中心螺纹孔内与电机螺纹连接。

[0058] 如图1至图3所示，可变径钻具内螺纹自动检测装置还包括一固定盘80、以及连接在固定盘80与安装架10之间的多个立柱81，立柱81例如为4个，且与固定盘80之间、以及与安装架10之间均采用螺纹连接，定位件40位于固定盘80与安装架10之间。固定盘80和立柱81构成本发明的机座，固定盘80上可以固定接线插座，检测的时候还可以充当扶手。

[0059] 本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置，在检测钻具螺纹尺寸时，启动电机50，电机丝杠51在电机50内螺母转动的带动下沿着轴向移动，电机丝杠51的轴向运动带动定位件40一起运动，从而推动整个检测机构(包括连杆70、导杆20和传感器30)运动，即定位件40在电机丝杠51的带动下，推动连杆70运动，在连杆70的作用下，导杆20沿着直线轴承13的轴向运动，导杆20运动的同时便实现自动检测装置的变径(或传感器检测直径的变化)，传感器架31里面的传感器30就可以沿着多个支撑杆60形成的锥面采集信号，实现对钻具内螺纹各个部位的应力集中状况的检测。

[0060] 在实施时，本发明的可变径钻具内螺纹自动检测装置的结构尺寸，是依据所检测钻杆的结构尺寸而定。如果所需检测的钻具螺纹尺寸与已加工完成的自动检测装置对应的钻具螺纹尺寸相差较大，建议针对所需检测的该钻具螺纹尺寸重新加工自动检测装置；如果所需检测的钻具螺纹尺寸比自动检测装置对应的钻具螺纹尺寸略微大，可以通过在每个支撑杆60与安装架10之间均添加垫片来扩大多个支撑杆外表面形成的圆弧面(或圆锥面)的尺寸，以适应所需检测的钻具螺纹尺寸，或者也可以更换尺寸(如厚度尺寸)更大的支撑杆，以检测尺寸稍大的钻具螺纹尺寸。

[0061] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。