[发明专利]相控阵换能装置、石油钻铤螺纹检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相控阵换能装置、石油钻铤螺纹检测装置及检测方法，属于石油钻具检测领域，特别是涉及一种利用超声相控阵检测石油钻铤螺纹的检测装置及检测方法。

背景技术

钻铤的疲劳断裂容易引起严重的事故，钻铤疲劳断裂的裂纹多起源于钻铤螺纹底部裂纹，为避免钻铤疲劳断裂，应定期对钻铤螺纹进行检测。

目前，本领域使用A型脉冲反射式超声仪加直探头或小角度直探头对石油钻铤螺纹进行检测，二者都利用A型脉冲反射式超声仪中的同步脉冲电路产生的高频电脉冲，由直探头中的压电晶片把高频电脉冲转换成声能，通过耦合剂，超声波就在工件中传播，遇到不同的界面就会在界面上产生折射和反射，反射波被探头接收，由压电晶片把声能转换成电信号，电信号被检波，放大后送到荧光屏的扫描线上产生波形，只要观察荧光屏上有无反射，就能判断螺纹是否有缺陷。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：

直探头法测试时，直探头探入钻铤的螺纹孔内，声束沿直线传播，但螺纹有锥度，主声束不能到达螺纹底部，检测使用的是次声束，因此对深度3mm以下裂纹很容易漏检；

小角度直探头产生的超声波主声束沿着平行于钻铤螺纹锥度的方向传播，若遇到螺纹底部裂纹，荧光屏上就显示出反射波形，观察反射波可判断裂纹缺陷，但正常螺纹反射信号对缺陷信号的干扰大，小缺陷无法分辨。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种相控阵换能装置、石油钻铤螺纹检测装置及检测方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种相控阵换能装置，其包括相控阵换能器和楔块，所述的相控阵换能器，其中心频率为2.5-5MHz，其包括：基体；以及至少8个阵元，所述的阵元由矩形压电晶片构成，所述的矩形压电晶片嵌于所述基体内，并且相互之间具有间隔，呈直线型分布；所述的楔块，由有机玻璃或聚丙乙烯制成，所述楔块包括夹角为45-68°的第一面和第二面，所述的第一面与所述相控阵换能器连接，所述的第二面为弧面；所述的弧面，为凹弧面，其与所述第一面的交线所在圆的直径为60-170mm；或者所述的弧面，为凸弧面，其与所述第一面的交线所在圆的直径为38-76mm。

较佳的，所述阵元的个数为16-64个，相邻两个所述阵元之间的间距为0.4-0.6mm，所述阵元的长度为8-12mm。

具体的，所述阵元的个数为32，相邻两个所述阵元之间的间距为0.5mm，所述阵元的长度为10mm。

具体的，所述第一面和第二面之间的夹角为55°，其内部声速为2337m/s。

另一方面，提供了一种石油钻铤螺纹检测装置，其包括相控阵检测主机，所述的相控阵检测主机具有成像功能，还包括：上述的相控阵换能装置；所述的相控阵换能装置，与所述相控阵检测主机连接。

又一方面，提供了一种石油钻铤螺纹检测方法，所述方法包括：

步骤1：在钻铤壁的与螺纹相对的一侧涂覆耦合剂；

步骤2：使用权利要求5提供的石油钻铤螺纹检测装置，将所述楔块的弧面紧贴所述耦合剂所在的一侧，缓慢推行所述楔块，从而推动所述相控阵换能器对所述螺纹进行扇形扫描；

步骤3：利用所述的相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，输送给所述相控阵检测主机保存成像；

步骤4：根据所述相控阵检测主机显示的图像获得所述石油钻铤的螺纹信息。

进一步的，步骤4之后，还包括：

步骤5：若发现所述图像有异常部分，则表示所述螺纹有缺陷，利用所述相控阵检测主机计算所述缺陷的位置及尺寸。

较佳的，步骤2中的所述扇形扫描，起始角度为35-45°，终止角度为65-85°。

具体的，步骤2中的所述扇形扫描，起始角度为40°，终止角度为70°。

步骤5中，所述的利用所述相控阵检测主机计算所述缺陷的位置及尺寸，具体包括：

调取所述相控阵检测主机内的所述石油钻铤螺纹的轮廓图；

将所述反射波位置对应到所述轮廓图的相应位置，确定所述缺陷的位置及尺寸。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的相控阵换能装置，其相控阵换能器发射出可达性良好的超声声束，通过使用楔块，改变所述超声声束，使其能够入射到待检测石油钻铤螺纹的各个方位，从而对石油钻铤螺纹进行全方位的检测，由于螺纹裂纹等缺陷产生的反射声波信号单独出现，且与正常螺纹反射声波信号出现位置不同，所以检测时信号干扰小，分辨力高，不易出现漏检现象。