一种冲蚀测量系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种冲蚀测量系统及其检测方法，高度调整机构设置在检测台架上，伺服电机活动安装在高度调整机构上，激光测量头安装在伺服电机上，数据采集及处理器设置在检测台架上，主控电脑和控制显示系统均设置在检测台架上，激光测量头的坐标信号输出端与数据采集及处理器的坐标信号输入端相连，数据采集及处理器的数据信号输出端与主控电脑的数据信号输入端相连，主控电脑的显示信号输出端与显示器的显示信号输入端相连。本发明专利技术能够快速并准确的对冲蚀试验后工具材质试件进行表面冲蚀深度、面积、体积等冲蚀参数的测量，对工具的冲蚀情况进行评估；通过在试验室进行冲蚀试验检测评估的方法，可以方便准确的评估工具在各种工况下的冲蚀情况。况下的冲蚀情况。况下的冲蚀情况。

【技术实现步骤摘要】
一种冲蚀测量系统及其检测方法


[0001]本专利技术涉及测量
，更具体地说涉及一种冲蚀测量系统及其检测方法。

技术介绍

[0002]油气井在开发过程中，大多数井下工具都会受到固体颗粒的冲蚀，例如，钻井液中砂粒对钻井工具的冲蚀；采油生产过程中出砂的砂粒对油管、采油泵、开关滑套、等采油工具的冲蚀；砾石充填防砂和压裂增产，高速的砾石和压裂支撑剂对压裂工具的冲蚀等。井下设备的冲蚀，一直伴随着海洋石油开采的全过程，井下工具的防冲蚀能力一直是关注的重点，是海洋石油开发过程中的技术难题。目前井下工具的冲蚀特性评估，大都是直接进行工具的现场试验，耗时耗力，难以检测与评估。目前，对冲蚀后的试件其冲蚀外观尺寸的参数，冲蚀深度多采用游标卡尺、千分尺、直接测量，冲蚀面积多采用橡皮泥类物质拓模，冲蚀体积则多采用填盐法(及将盐等粉末填入冲蚀测试后的坑里，填满后取出，通过称量其质量计算体积，得到冲蚀体积)。这些方法都费时费力，并难以取得准确的测量结果。

技术实现思路

[0003]本专利技术克服了现有技术中的不足，现有的井下工具的冲蚀评估大部分直接利用工具进行现场试验，耗时耗力，冲蚀评估参数多采用游标卡尺、千分尺、直接测量难以取得准确的测量结果，提供了一种冲蚀测量系统及其检测方法，本专利技术能够快速并准确的对冲蚀试验后工具材质试件进行表面冲蚀深度、面积、体积等冲蚀参数的测量，对工具的冲蚀情况进行评估；通过在试验室进行冲蚀试验检测评估的方法，可以方便准确的评估工具在各种工况下的冲蚀情况。
[0004]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0005]一种冲蚀测量系统，包括运动控制系统、测量系统、检测支撑系统和控制显示系统，
[0006]所述检测支撑系统包括检测台架和高度调整机构，所述高度调整机构设置在所述检测台架上，高度调整机构用于调整运动控制系统的高度；
[0007]所述运动控制系统包括伺服电机，所述伺服电机活动安装在所述高度调整机构上，伺服电机用于调整测量系统中的激光测量头的水平方向的运动，以实现对测量试件表面坐标进行测量的目的，其中，高度测量机构包括手摇式螺杆轴、滑动导轨和测量臂，所述手摇式螺杆轴和所述滑动导轨固定在所述检测台架上，用于安装并调整测量臂的高度，所述测量臂滑动安装在所述手摇式螺杆轴和所述滑动导轨上；
[0008]所述测量系统包括激光测量头和数据采集及处理器，所述激光测量头安装在所述伺服电机上，用于采集测量试件的测量区域表面三维坐标，所述数据采集及处理器设置在所述检测台架上，数据采集及处理器用于将激光测量头采集到的数据进行汇总与初步处理；
[0009]所述控制显示系统包括显示器和主控电脑，所述主控电脑和所述显示器均设置在
所述检测台架上，主控电脑用于对数据采集及处理器输出的数据进行存储与深度处理，显示器用于显示主控电脑输出的各种数据；
[0010]所述激光测量头的坐标信号输出端与所述数据采集及处理器的坐标信号输入端相连，所述数据采集及处理器的数据信号输出端与所述主控电脑的数据信号输入端相连，所述主控电脑的显示信号输出端与所述显示器的显示信号输入端相连。
[0011]所述高度调整机构的测量臂10能够调整激光测量头2能够上下移动400mm，以满足不同尺寸试件的测量要求。
[0012]所述冲蚀检测系统的垂直方向测量精度为0.5μm，所述冲蚀检测系统的水平方向测量精度为10μm，所述冲蚀检测系统的测量宽度为40mm，所述冲蚀检测系统的测量长度为0
‑
1200mm。
[0013]一种冲蚀测量系统的检测方法，按照下述步骤进行：
[0014]对标准试件的测量：
[0015]步骤(1)，将待检测标准试件放于检测台架上，调整高度调整机构使待检测标准试件处于适宜的高度，启动运动控制系统、测量系统和控制显示系统，对冲蚀测量系统进行复位，准备测试；
[0016]步骤(2)，启动测量系统，激光测量头在伺服电机和高度调整机构的带动下，从起点开始扫描待检测标准试件的表面至终点位置后，结束扫描，再次回到起点，在此过程中数据采集及处理器会采集并处理激光测量头测量到的信息，并转化为待检测标准试件表面点的三维坐标，并将上述数据输出给主控电脑；
[0017]步骤(3)，扫描完成后，显示器的图像显示区域会显示所有测量结果，在上述图像显示区域中画出需要测量的待测区域；
[0018]待测区域中包含三部分，上下为参考区域，中间为测量区域，系统会将以参考区域所有点的平均坐标建立参考平面f(x，y，z)＝0，计算出测量区域中所有点到参考平面的距离d(z)，当d(z)＞C时，则初步判定此点的位置发生冲蚀；
[0019]对所有冲蚀位置的d(z)进行对比，得到其最大值即为冲蚀深度d(z)c；
[0020]对所有冲蚀位置进行累加计算其总数n，每个冲蚀位置对应冲蚀面积为dA(dA＝dx
×
dy)，总冲蚀面积为Ae＝n
×
dx
×
dy；
[0021]每个冲蚀位置的冲蚀体积为dVe＝d(z)
×
dx
×
dy，其中dx为横向测量间距，dy为纵向测量间距，对所有冲蚀位置的冲蚀体积进行累加得到总的冲蚀体积Ve＝∑dVe；
[0022]计算冲蚀区域的平均深度d＝Ve/Ae；
[0023]计算后，即可得到计算结果，计算结果包括冲蚀深度、冲蚀面积和冲蚀体积；
[0024]步骤(4)，通过显示器的图像显示区域能够将测量三维坐标数据导出，对导出的数据进行二次处理；
[0025]对非标准试件的测量：
[0026]步骤(1)，冲蚀测试实验前，在待检测非标准试件表面的待测区域固定四个参考点，参考点的高度高于待检测非标准试件表面最高位置1
‑
2mm，且四个参考点在同一平面，排列呈四边形包围试件待冲蚀试验区域即可；
[0027]步骤(2)，将待检测非标准试件表面放于检测台架上，调整高度调整机构使待检测标准试件处于适宜的高度，启动运动控制系统、测量系统和控制显示系统，对冲蚀测量系统
进行复位，准备测试；
[0028]步骤(3)，启动测量系统，激光测量头在伺服电机的带动下，从起点开始扫描待检测标准试件的表面至终点位置后，结束扫描，再次回到起点，在此过程中数据采集及处理器会采集并处理激光测量头测量到的信息，并转化为待检测标准试件表面点的三维坐标，并将上述数据输出给主控电脑；
[0029]步骤(4)，扫描完成后，显示器的图像显示区域会显示所有测量结果，在上述图像显示区域中画出需要测量的待测区域；
[0030]系统对测量区域所有点的坐标，通过Z坐标从中选取最高点Z(max)，并选取最高点Z(max)在Z坐标上、下范围0.5mm的所有点为参考点，对所有参考点建立参考平面f(x，y，z)＝0；对参考点按照x和y坐标间距分为4类，参考点集合A,参考点集合B，参考点集合C，参考点集合D，分别求得各个集合内所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲蚀测量系统，其特征在于：包括运动控制系统、测量系统、检测支撑系统和控制显示系统，所述检测支撑系统包括检测台架和高度调整机构，所述高度调整机构设置在所述检测台架上，高度调整机构用于调整运动控制系统的高度；所述运动控制系统包括伺服电机，所述伺服电机活动安装在所述高度调整机构上，伺服电机用于调整测量系统中的激光测量头的水平方向的运动，以实现对测量试件表面坐标进行测量的目的，其中，高度测量机构包括手摇式螺杆轴、滑动导轨和测量臂，所述手摇式螺杆轴和所述滑动导轨固定在所述检测台架上，用于安装并调整测量臂的高度，所述测量臂滑动安装在所述手摇式螺杆轴和所述滑动导轨上；所述测量系统包括激光测量头和数据采集及处理器，所述激光测量头安装在所述伺服电机上，用于采集测量试件的测量区域表面三维坐标，所述数据采集及处理器设置在所述检测台架上，数据采集及处理器用于将激光测量头采集到的数据进行汇总与初步处理；所述控制显示系统包括显示器和主控电脑，所述主控电脑和所述显示器均设置在所述检测台架上，主控电脑用于对数据采集及处理器输出的数据进行存储与深度处理，显示器用于显示主控电脑输出的各种数据；所述激光测量头的坐标信号输出端与所述数据采集及处理器的坐标信号输入端相连，所述数据采集及处理器的数据信号输出端与所述主控电脑的数据信号输入端相连，所述主控电脑的显示信号输出端与所述显示器的显示信号输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种冲蚀测量系统，其特征在于：所述高度调整机构能够上下移动400mm，以满足不同尺寸试件的测量要求。3.根据权利要求1所述的一种冲蚀测量系统，其特征在于：所述冲蚀检测系统的垂直方向测量精度为0.5μm，所述冲蚀检测系统的水平方向测量精度为10μm，所述冲蚀检测系统的测量宽度为40mm，所述冲蚀检测系统的测量长度为0
‑
1200mm。4.利用如权利要求1
‑
3任一所述的一种冲蚀测量系统对标准式样的检测方法，其特征在于：步骤(1)，将待检测标准试件放于检测台架上，调整高度调整机构使待检测标准试件处于适宜的高度，启动运动控制系统、测量系统和控制显示系统，对冲蚀测量系统进行复位，准备测试；步骤(2)，启动测量系统，激光测量头在伺服电机和高度调整机构的带动下，从起点开始扫描待检测标准试件的表面至终点位置后，结束扫描，再次回到起点，在此过程中数据采集及处理器会采集并处理激光测量头测量到的信息，并转化为待检测标准试件表面点的三维坐标，并将上述数据输出给主控电脑；步骤(3)，扫描完成后，显示器的图像显示区域会显示所有测量结果，在上述图像显示区域中画出需要测量的待测区域；待测区域中包含三部分，上下为参考区域，中间为测量区域，系统会将以参考区域所有点的平均坐标建立参考平面f(x，y，z)＝0，计算出测量区域中所有点到参考平面的距离d(z)，当d(z)＞C时，则初步判定此点的位置发生冲蚀；对所有冲蚀位置的d(z)进行对比，得到其最大值即为冲蚀深度d(z)c；对所有冲蚀位置进行累加计算其总数n，每个冲蚀位置对应冲蚀面积为dA(dA＝dx
×
dy)，总冲蚀面积为Ae＝n
×

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓，刘传刚，王俊姬，鞠少栋，刘景超，李清涛，邢洪宪，曾锴，
申请(专利权)人：中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：