一种钻具应力分布检测方法技术

本发明专利技术公开了一种钻具应力分布检测方法，其包括以下步骤：S1、获取呈环状设置在钻具上的多个声发射检测探头测量得到的声发射信息；S2、根据多个位置的所述声发射信息定位声发射区域；S3、采用基于优先级的PID模糊控制方法将多个磁记忆主动式探头移动至声发射区域；S4、得到钻具的磁记忆信号结合声发射事件参数得到钻具的应力分布和损伤情况。

【技术实现步骤摘要】
一种钻具应力分布检测方法
本专利技术涉及钻具应力分析
，具体涉及一种钻具应力分布检测方法。
技术介绍
在钻井过程中，钻具在井下的受力情况复杂，对油田的钻具失效统计分析表明，钻具失效主要表现为钻具外螺纹部位断裂破坏以及扶正器、配合接头相关的失效。钻具包括钻杆和螺纹。根据工程力学知识，工件在受外力作用时，应力集中在工件表面形状突变的部位，如尖角、台阶等。为尽量避免这种情况的发生，在螺栓连接中,螺纹收尾处改为退刀槽，在API标准钻铤螺纹上加工API应力减轻槽，为了确定在给定的工况下，提供应力最小的应力减轻槽结构是有效的减少钻具失效的手段，因此，钻具应力分布的检测与分析的研究具有重要意义。申请号为CN201320011971.7的现有技术1公开了一种钻具外螺纹应力状况检测装置，结合附图1，钻具外螺纹应力信号是通过强磁记忆传感器来检测的，为保护传感器机构和灵敏度，实现非接触式检测，强磁记忆传感器封装于传感器壳13中，传感器壳13通过轴销12固定于传感器安装环上11上，同时在小滑杆上套入小弹簧10，通过调节小滑杆内螺纹端螺钉7来改变弹簧的压缩量，从而对传感器安装环11施加径向力，使传感器壳13与不同尺寸钻具外螺纹接头的紧密接触，从而实现传感检测装置对不同钻具接头的自适应性，调整圆盘5下端通过紧定螺钉6与步进电机4输出轴连接，上端通过螺钉30与限位盘31连接，限位盘31的作用是利用其外径使调整圆盘预张开一定的范围，不同的限位盘有不同的外径，在检测不同类型的钻具接头时，换上相应尺寸的限位盘即可，步进电机4转动时，带动调整圆盘5转动，从而使整个检测机构实现外螺纹周向检测。为达到全面检测的目的，采用对称分布的方式来安装传感器。传感检测机构通过立杆22和电机支撑换2与驱动系统和定位夹紧系统连接在一起。电机驱动系统主要有电机护套1，步进电机4，电机支撑换2和紧定螺钉3组成，作用是驱动传感检测机构沿圆周方向运动，完成对钻杆外螺纹的信号采集。申请号为CN201510825193.9的现有技术2公开了一种钻具载荷压弯扭分离的测试方法,参见附图2，首先在与钻具同尺寸的圆柱杆横截面上等间距选取三点，并分别放置应变传感器测量轴向应变，在任一点处的其它方向放置一个应变传感器测量该方向应变，然后通过在有限元仿真软件中建立螺纹杆模型、圆柱杆模型，得到钻具轴向应力值与圆柱杆轴向应力值的差值、钻具与圆柱杆在同一个斜面上的切应力比值，最后计算得到钻具的轴力、弯矩、扭矩。本专利技术与现有技术相比将钻具作为与钻具同尺寸的圆柱杆叠加螺纹后的产物，通过测量三点处的轴应变和任一点处其它方向上的应变，实现了复合载荷的轴力、弯矩和扭矩的分离测试，具有方法简单、准确可靠的优点。以上两篇现有技术分别通过强磁记忆传感器和应力传感器对钻具螺纹上的应力进行检测，并未针对可能存在应力集中的钻具内螺纹以及钻杆进行检测。其中现有技术1并未对如何实现钻具螺纹上的应力分布情况以及如何判定钻具损伤进行研究；现有技术2中虽然采用有限元仿真软件建立了螺纹杆模型、圆柱杆模型，最后计算得到钻具的轴力、弯矩、扭矩。但是由于钻具材料以及工艺的不同，钻具的损伤程度与钻具的性能有关，现有技术存在无法根据钻具的受到的轴力、弯矩、扭矩来判定钻具的损伤程度的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钻具应力分布检测方法，具备在分析钻具应力分布的同时还能进行钻具损伤程度评价等优点；并且本专利技术能够根据损伤位置进一步完善针对钻杆和钻具内外螺纹的应力分布情况。为实现上述目的，本专利技术提供其中一个技术方案为：一种钻具应力分布检测方法，包括如下步骤：S1、获取呈环状设置在钻具上的多个声发射检测探头测量得到的声发射信息；S2、根据多个位置的所述声发射信息定位声发射区域；S3、采用基于优先级的PID模糊控制方法将多个磁记忆主动式探头移动至声发射区域；S4、得到钻具的磁记忆信号结合声发射事件参数得到钻具的应力分布和损伤情况。优选的，所述S1步骤中的所述多个声发射检测探头依次连接前置放大模块以及信号采集模块，所述前置放大模块与声发射检测探头一一匹配，多路前置放大模块均与信号采集模块接口连接；所述信号采集模块能够采集多路信号并进行AD转换，并行接收AD转换后的数字信号。优选的，所述S2步骤中定位声发射区域具体方法为：并行处理所述数字信号得到能量分布、振铃计数以及相应的振铃幅值；根据多路数字信号的能量分布、振铃计数的频率匹配声发射事件，进而根据不同位置的声发射检测探头接收到的各个声发射事件的传播时间确定声发射区域。优选的，所述S3步骤中的所述基于优先级的PID模糊控制方法综合声发射区域中振铃计数和能量分布来确定定位优先级，根据定位优先级采用模糊PID算法计算出运动控制信号；采用模糊方法根据偏差和偏差的变化率，对常规PID控制器进行修正，通过模糊推理来调整模糊PID参数以输出运动量。优选的，所述S3步骤中的所述多个磁记忆主动式探头设置在环形箍二上，所述环形箍二固定在丝杆上，所述环形箍二环绕所述钻具，所述丝杆由步进电机驱动。优选的，S4步骤中的声发射事件参数包括振铃计数、振铃幅值、能量计数等。优选的，S4中的钻具的应力分布和损伤情况可同步显示以供分析。优选的，本专利技术还公开了一种钻具应力分布检测装置，包括声发射检测模块、磁记忆检测模块、信号处理模块以及电机驱动模块；所述声发射检测模块包括多个声发射检测探头，呈环状设置在钻具上；所述磁记忆检测模块包括多个磁记忆主动式探头，且多个磁记忆主动式探头活动设置在钻具外围，所述多个磁记忆主动式探头能够测量钻具不同方向上的磁记忆信号；所述信号处理模块接收声发射检测模块获得的不同声发射检测探头获得的声发射信息并定位声发射区域，控制电机驱动模块驱动所述磁记忆检测模块运动到声发射区域并记录磁记忆信号；所述多个声发射检测探头由环形箍固定，所述环形箍可拆卸的设置在钻具上。所述多个磁记忆主动式探头设置在环形箍二上，所述环形箍二固定在滑块上，所述环形箍二环绕所述钻具，所述电机驱动模块包括步进电机、丝杆、滑轨和滑块；所述丝杆由步进电机驱动，所述丝杠驱动所述滑块在滑轨上滑动。所述步进电机与信号处理模块电性连接，受控于信号处理模块。优选的，所述声发射检测模块包括与声发射检测探头连接的前置放大模块，所述前置放大模块与声发射检测探头一一匹配，多路前置放大模块均与信号采集模块连接；所述信号采集模块能够采集多路信号并进行AD转换，并行接收AD转换后的数字信号；所述信号处理模块并行处理所述数字信号得到能量分布、振铃计数以及相应的振铃幅值；根据多路数字信号的能量分布、振铃计数的频率匹配声发射事件，进而根据不同位置的声发射检测探头接收到的各个声发射事件的传播时间确定声发射区域。优选的，所述信号处理模块还用于实现基于优先级的PID模糊控制方法，所述基于优先级的PID模糊控制方法综合声发射区域中振铃计数和能量分布来确定定位优先级，根据定位优先级采用模糊PID算法计算出运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻具应力分布检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：/nS1、获取呈环状设置在钻具上的多个声发射检测探头测量得到的声发射信息；/nS2、根据多个位置的所述声发射信息定位声发射区域；/nS3、采用基于优先级的PID模糊控制方法将多个磁记忆主动式探头移动至声发射区域；/nS4、得到钻具的磁记忆信号结合声发射事件参数得到钻具的应力分布和损伤情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻具应力分布检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：
S1、获取呈环状设置在钻具上的多个声发射检测探头测量得到的声发射信息；
S2、根据多个位置的所述声发射信息定位声发射区域；
S3、采用基于优先级的PID模糊控制方法将多个磁记忆主动式探头移动至声发射区域；
S4、得到钻具的磁记忆信号结合声发射事件参数得到钻具的应力分布和损伤情况。


2.根据权利要求1所述的一种钻具应力分布检测方法，其特征在于：S1步骤中的所述多个声发射检测探头依次连接前置放大模块以及信号采集模块，所述前置放大模块与声发射检测探头一一匹配，多路前置放大模块均与信号采集模块接口连接；所述信号采集模块能够采集多路信号并进行AD转换，并行接收AD转换后的数字信号。


3.根据权利要求1和2所述的一种钻具应力分布检测方法，其特征在于：S2步骤中定位声...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军伟，
申请(专利权)人：刘军伟，
类型：发明
国别省市：河南;41