[发明专利]用于石油钻杆损伤程度的测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻杆损伤程度的测量系统及方法。

背景技术

现有技术中，石油钻杆是钻井作业的重要工具，每根钻杆的长度约为10 米，多节钻杆以丝扣方式相连，下部同底部钻具组合相连，上部连接方钻杆、 水龙头等，泥浆通过钻杆输送到井下，在采用转盘钻的钻井作业中，由钻杆 把钻机的扭矩传递给井下的钻头。钻杆是钻柱组成中最长的部分。钻杆在井 下需要经受拉力、压力、扭力、振动、摩擦、钻井液腐蚀，需要定期检测， 出现材料疲劳、腐蚀和磨损需要及时淘汰，是钻井设备中消耗最大的部分。 目前对钻杆的定期检测内容包括无损探伤、厚度检测以及对钻杆内外表面的 目测检查等。现有检测技术可以发现毫米级的缺陷。对于应力疲劳和腐蚀导 致的钻杆刺漏和断裂，最初大多是由材料内部的微裂纹发展起来的。这些微 裂纹可能导致钻杆在井下突然发生断裂或刺漏，事前通过探伤技术难以发现 这些微裂纹。

依据断裂力学和损伤力学理论，对钻杆疲劳裂纹的生成和扩展规律可以 进行计算和预测。如上所述，疲劳裂纹的产生和扩展受到多种应力的影响， 要实现计算和预测的精确性，前提条件是必须测量和记录每根钻杆在钻井作 业中经受的各种应力，这在目前的钻井作业中还未实现。因此现有的计算和 分析工作集中于对疲劳寿命的总体规律方面的研究。

如果能够对钻杆进行身份识别和逐根建档，就可以知道每根钻杆在不同 应力条件下工作过的时间，从而通过理论计算和仿真得出每一根钻杆的疲劳 程度。这样就可以在钻杆损伤发展到可以被探伤设备检测到的程度之前，及 时了解钻杆受损情况。现有技术中钻杆身份识别的技术方案包括：一、主流 做法是在钻杆接头处用钢字模打编号。这种方式难以实现机器自动识读，此 外还容易沾污泥浆和油污，也易受磨损。二、在钻杆接头上嵌入电子芯片， 其中存储钻杆的编号，通过接触式或非接触式读取装置，读取该编号。这种 方案中采用的电子芯片难以在井下高温和高振动的条件下长时间工作，损坏 率高。三、在钻杆接头上安装条形码(包括二维条码)。条形码同样存在易 沾污和易磨损的缺点。总之，目前缺少一种可靠性高而又便于识读的石油钻 杆身份识别方法，因而难以实现对钻杆疲劳损伤的准确测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于石油钻杆损伤程度的测 量方法，其不仅测量准确，而且成本低，易使用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于石油钻杆损伤 程度的测量系统，其特征在于，包括：打标装置，用于对钻杆的特定局部进 行磁场热处理；识读装置，用于检测所述特定局部的磁特性变化；计算装置， 用于当检测到磁特性的异常值时，则检测到钻杆的磁标记，由所述磁标记的 位置、宽度和/或磁异常幅度信息获取钻杆编码，将所述钻杆编码与钻井作业 的工程参数相关联，以跟踪钻杆的使用情况，和/或建立所述钻杆的电子档案， 从而确定所述钻杆的损伤程度。

进一步地，所述打标装置包括：温控单元与励磁单元，其中，温控单元， 用于对所述特定局部进行加热，以作为磁标记区域，并在由所述励磁单元施 加磁场的状态下对所述磁标记区域进行保温，然后，进行可控降温，以形成 磁标记；励磁单元，用于在所述磁标记区域上施加特定方向的磁场，当所述 磁标记区域位于钻杆的杆身上时，所述特定方向为与钻杆的轴向方向一致的 磁场；当所述磁标记区域位于钻杆的接头上时，所述特定方向为沿接头的径 向方向。

进一步地，所述识读装置包括：线圈和/或霍尔传感器。

进一步地，所述识读装置包括传感器或传感器阵列，所述传感器环绕钻 杆设置，或设置于钻杆的内侧面或外侧面。

进一步地，所述识读装置还包括光电编码器，用于测量在钻杆杆身上沿 轴向排列的磁标记的轴向宽度和轴向位置。

进一步地，还包括与所述计算装置相连接的工况测量装置，所述工况测 量装置包括用于测量拉力、压力、扭矩、振动、泥浆压力、钻井液腐蚀性的 工程参数传感器或传感器组合。

本发明的另一目的还在于提供一种用于石油钻杆损伤程度的测量方法， 其特征在于，包括：对钻杆的特定局部进行磁场热处理；检测所述特定局部 的磁特性变化；当检测到磁特性的异常值时，则检测到钻杆的磁标记，由所 述磁标记的位置、宽度和/或磁异常幅度信息获取钻杆编码，将所述钻杆编码 与钻井作业的工程参数相关联，以跟踪钻杆的使用情况，和/或建立所述钻杆 的电子档案，从而确定所述钻杆的损伤程度。