具体实施方式

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。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1、图2、图3所示，本发明提供一种油管接箍探测装置，其安装在井口，用于在起下管柱时探测到达井口的油管接箍，具体是，管柱包括多根油管100和连接油管100的油管接箍200，油管接箍200的直径大于油管100的直径；油管接箍探测装置包括能固定在井口的静平台1、能移动地设于静平台1上的动平台2、以及能移动地安装在动平台2上的探测器3，静平台1是整个装置的基础，静平台1具有供轴向移动的管柱穿过的第一通孔，动平台2具有供轴向移动的管柱穿过的第二通孔，动平台2能相对于静平台1沿着与管柱的径向平面平行的第一平面移动；当探测器3和动平台2相对静止时，探测器3未被触发，当探测器3相对于动平台2移动时，探测器3被触发，探测器3与管柱的外壁接触，即当油管100经过探测器3时，探测器3与油管100的外壁接触，当油管接箍200经过探测器3时，探测器3与油管接箍200的外壁接触，探测器3和动平台2能在管柱发生径向偏移且油管经过探测器3时随着管柱沿第一平面移动并保持相对静止，也就是探测器3不会因管柱的径向偏移而被触发，因油管接箍200的直径大于油管100的直径，油管接箍200在接替油管100经过探测器3时使探测器3相对于动平台2移动并触发探测器3，探测器3在被触发后发出接箍到达信号，以提示作业者油管接箍200已经到达。

本发明的油管接箍探测装置，动平台2能相对于静平台1移动，探测器3能相对于动平台2移动，当管柱处于竖直状态时，也就是当管柱不发生径向偏移时，动平台2相对于静平台1处于静止状态，当管柱发生径向偏移时，动平台2带动探测器3随着管柱沿第一平面移动；当管柱的油管100经过探测器3时，也就是当油管接箍200还未到达井口时，探测器3与油管100的外壁接触，探测器3相对于动平台2处于静止状态，当油管接箍200经过探测器3时，探测器3与油管接箍200的外壁接触，由于油管接箍200的直径大于油管100的直径，油管接箍200会驱使探测器3相对于动平台2沿管柱的径向向外移动并触发探测器3；当管柱发生径向偏移但没有油管接箍200经过探测器3时，动平台2带动探测器3随着管柱沿第一平面移动，以使探测器3相对于动平台2保持静止状态，防止因管柱偏移而触发探测器3，提高探测装置的准确率。

其中，第一通孔的直径大于管柱的最大直径，第二通孔的直径大于管柱的最大直径，以供管柱穿过并为管柱提供适当的平移运动范围。

在起下管柱时，管柱在轴向方向上向上或向下移动，此过程中，当管柱在径向方向上受力平衡时，管柱在径向方向上处于初始状态，当管柱在径向方向上受力不平衡时，管柱发生径向偏移。

如图2、图3所示，在一个实施例中，探测器3包括具有可变内径的探测机构(或称为探测件)和能检测所述探测机构的内径变化量的传感器，例如探测机构通过径向内缩或外扩实现变径，探测机构围绕管柱设置并与管柱的外周壁接触，当油管100经过探测机构时，探测机构与油管100的外周壁接触，探测机构和动平台2保持相对静止，且探测器3的内径与油管100的直径相等，当油管接箍200接替油管100经过探测机构时，探测机构沿管柱的径向向外扩张至与油管接箍200的外周壁接触，且探测机构的内径增大到与油管接箍200的直径相等，也就是探测机构相对于动平台2发生了移动，传感器在检测到探测机构的内径等于油管接箍200的直径时发出接箍到达信号，也就是与油管接箍外径对应的信号。

进一步，传感器为位移传感器，位移传感器根据探测机构相对于动平台2沿管柱的径向移动的距离检测探测机构的内径，具体是，位移传感器通过检测探测机构相对于动平台2沿管柱的径向移动的距离确定探测机构的内径变化量，进而确定探测机构变化后的内径是否对应油管接箍200的直径。

如图1、图2、图3所示，在一个具体实施例中，探测机构的中心轴线垂直于第一平面，探测机构的中心轴线与管柱的中心轴线重合，也就是探测机构和管柱同轴设置，探测机构由呈环形间隔排列的至少三个探头31围成，各探头31能相对于动平台2沿管柱的径向移动，各探头31通过沿管柱的径向移动使探测机构的内径增大或减小，动平台2和探测器3在管柱发生径向偏移时随管柱沿第一平面移动，以使探测机构的中心轴线始终保持与管柱的中心轴线重合，实现探测机构的自动调心。本实施例的油管接箍探测装置也可称为自动调心式油管接箍探测装置。

本实施例中，通过探测机构的自动调心，无论管柱如何径向偏移，油管接箍200的到来，即管柱径向尺寸的变化，始终如实的被各个探头31探测到，排除了管柱偏移、振动带来的外界环境干扰，仅需测量油管100外表面到油管接箍200外表面之间环形面的径向变化量，使得测量参数单一化，从而大幅提高接箍探测的准确率；而若探测机构的中心轴线不与管柱的中心轴线重合，当油管接箍200到来时，可能无法触发其中任何一个探头31，或者在没有油管接箍200到达的情况下，因为管柱偏移却触发了某一个探头31，从而产生错误的信号，给操作者提供了错误的信息。

本实施例中，根据三点定圆原则，只要设置三个探头31就能围成圆环形的与圆柱形管柱配合的探测机构，当油管接箍200接替油管100与探测机构接触时，探测机构受到油管接箍200径向向外的挤压而径向向外扩张，也就是各个探头31同时相对于动平台2沿管柱的径向向外移动，直至探测机构的内径与油管接箍200的直径相等；当然根据实际需要，也可以设置四个或更多个探头31。较佳地，探测机构的多个探头31呈环形等间隔排列。

本实施例中，由于探测机构的中心轴线始终与管柱的中心轴线重合，当油管接箍200接替油管100经过探测机构时，探测机构相对于动平台2沿管柱的径向向外扩张的距离等于油管接箍200的半径与油管100的半径的差值，位移传感器在检测到探头31沿管柱的径向向外移动的距离等于油管接箍200的半径与油管100的半径的差值时发出接箍到达信号。

进一步，探测器3包括用于检测其中一个探头31的移动距离的一个位移传感器，或探测器3包括用于分别检测各探头31的移动距离的多个位移传感器，当油管接箍200经过探测器3时，各探头31所对应的位移传感器都发出接箍到达信号。其中传感器的安装位置并不限于探头31上，还可以安装在能感应到探头31和动平台2发生相对移动的其它位置，比如安装在与探头31连动的其它部件上。

如图1、图2、图3所示，在一个具体实施例中，各探头31分别通过第一弹簧4能移动地与动平台2连接，各探头31在第一弹簧4的持续的弹力推动下保持与管柱的外壁接触，探头31在相对于动平台2沿管柱的径向移动时驱动第一弹簧4发生弹性变形，也就是当油管接箍200经过探测器3时，第一弹簧4在油管接箍200的径向外推力的作用下发生弹性变形；其中第一弹簧4的刚度较大，当管柱发生径向偏移但没有油管接箍200经过探测器3时，管柱径向偏移对探头31施加的力不足以使第一弹簧4发生弹性变形，而是推动探头31和动平台2一起相对于静平台1沿第一平面移动，因此第一弹簧4不会因管柱的径向偏移而发生弹性变形，这就使得探测器3相对于动平台2保持静止状态，防止因管柱径向偏移而触发探测器3。

具体是，第一弹簧4的一端与探头31连接，第一弹簧4的另一端与动平台2连接，这里提到的连接并不限于直接连接，还可以是通过其它部件间接连接。

如图4、图5、图6、图7所示，在一个可行的技术方案中，探测器3还包括对应各探头31设置的多个安装架32，每个安装架32包括与动平台2固定连接的外套筒321和能轴向滑动地设于外套筒321内侧的滑套322，外套筒321和滑套322的轴向方向为管柱的径向方向，第一弹簧4套在滑套322外侧且位于外套筒321内侧，第一弹簧4的两端分别顶抵滑套322和外套筒321，滑套322与探头31连接，当油管接箍接替油管经过探头31时，探头31相对于动平台2沿管柱的径向向外移动，同时滑套322在探头31的带动下沿外套筒321的轴向滑动并压缩第一弹簧4，直至探头31与油管接箍的外周壁接触。其中滑套322既能推动第一弹簧4滑动，又作为第一弹簧4的支撑件。

如图7所示，具体是，滑套322的一端伸出外套筒321并与探头31连接，滑套322的外侧还套设有定位筒323，定位筒323与滑套322固定连接，定位筒323位于外套筒321内侧，定位筒323的内侧壁与滑套322的外侧壁之间形成供第一弹簧4伸入的环形槽，第一弹簧4的一端伸入该环形槽内，并顶抵滑套322外侧壁上的外凸台3221，第一弹簧4的另一端顶抵外套筒321内侧壁上的内凸台3211，因此当探头31移动时，滑套322能带动定位筒323移动并压缩第一弹簧4。

再如图7所示，进一步，外套筒321内固定有内套筒324，第一弹簧4和滑套322的另一端均套在内套筒324外，内套筒324内形成有活塞腔325，活塞腔325内设有活塞326，活塞326的一端伸出活塞腔325并与探头31连接，因此活塞326能随探头31移动；传感器为非接触磁致伸缩传感器33，非接触磁致伸缩传感器33具有位于外套筒321外部的主体结构331、伸入活塞腔325内的感应轴332、以及固定在活塞326上的环形的活动磁块333，活塞326内沿轴向设有插孔3261，活动磁块333嵌设于插孔3261的孔壁中，因此活动磁块333能随活塞326移动，感应轴332伸入插孔3261内，感应轴332与活动磁块333和插孔3261的孔壁间隙配合。

其中，活动磁块333位于感应轴332外侧，且二者不接触，活动磁块333能随着待测的探头31相对于感应轴332移动，感应轴332内的波导丝通电后产生磁场，活动磁块333本身具有磁场，当活动磁块333移动时，两个磁场之间可以产生磁致伸缩效应使波导丝中产生应变机械脉冲信号，非接触磁致伸缩传感器33的转换模块和信号处理模块再将应变机械脉冲信号转化成位移电信号，以测量探头31的位移。本发明采用的非接触磁致伸缩传感器为现有技术，对于其具体结构和工作原理，请参见现有技术，容不赘述。

本实施例中的活塞腔325为基本密闭的活塞腔，以防止进入杂质，延长传感器的使用寿命。

如图7所示，进一步，安装架32还包括固定在动平台2上的支座327，支座327支撑外套筒321，并与外套筒321固定连接。

如图1、图2、图3所示，进一步，动平台2和静平台1之间通过多个呈环形等间隔排列的第二弹簧5连接，动平台2在静平台1上具有初始位置，当管柱处于未发生径向偏移的初始状态时，动平台2在多个第二弹簧5的弹力作用下保持在初始位置，第二弹簧5的刚度远小于第一弹簧4的刚度，当管柱发生径向偏移时，第二弹簧5会先于第一弹簧4发生弹性变形，在管柱径向偏移的推力下，动平台2驱动第二弹簧5发生弹性变形同时随着管柱沿第一平面移动并偏离初始位置，因此当管柱发生径向偏移但没有油管接箍200经过探测器3时，第二弹簧5因刚度较小会被优先触发，以便动平台2和探测器3随着管柱移动，第一弹簧4因刚度较大不会被触发，以免探测器3被误触；当管柱离开探测器3和动平台2后，动平台2在多个第二弹簧5的回复力的作用下复位到初始位置。

具体是，第二弹簧5的一端与动平台2连接，第二弹簧5的另一端与静平台1连接，这里提到的连接也不限于直接连接，还可以是通过其它部件间接连接。

如图8所示，在一个可行的技术方案中，各第二弹簧5分别设于一套筒组件7内，套筒组件7包括外筒体71、能滑动地插入外筒体71内的内筒体72、第一连接轴73和第二连接轴74，第一连接轴73将外筒体71与静平台1固定连接，且第一连接轴73沿外筒体71的径向插入外筒体71内，第二连接轴74将内筒体72与动平台2固定连接，且第二连接轴74沿内筒体72的径向插入内筒体72内，第二弹簧5设于内筒体72的内侧，第二弹簧5的两端分别与第一连接轴73和第二连接轴74固定连接，当管柱发生径向偏移时，动平台2随管柱沿第一平面移动并偏离初始位置，内筒体72在动平台2的带动下沿外筒体71滑动并驱动第二弹簧5发生弹性变形。

进一步，静平台1和动平台2都呈圆环形，第一通孔位于静平台1的中部，第二通孔位于动平台2的中部，当动平台2在静平台1上处于初始位置时，静平台1的中心轴线、动平台2的中心轴线和探测机构的中心轴线重合，在管柱发生径向偏移后，动平台2和探测器3随着管柱移动到偏离静平台1的中心轴线的偏心位置，同时动平台2的中心轴线和探测机构的中心轴线保持重合，无论动平台2的中心轴线和探测器3的中心轴线是否与静平台1的中心轴线重合，探测器3都能准确探测到油管接箍200的到达。

在一个实施例中，探头31呈滚轮状，探头31的中心轴线处穿设有一转轴34，探头31能绕转轴34旋转，转轴34平行于第一平面且垂直于管柱的中心轴线，起下管柱时，管柱轴向移动，探头31绕各自转轴34旋转并与管柱的外壁滚动接触，以减小探测器3和管柱之间的摩擦力，探头31在管柱的轴向方向上处于静止状态，也就是不沿管柱的轴向方向移动，在管柱轴向移动的过程中，当油管接箍200接替油管100与探头31接触时，相当于探头31通过滚动的方式爬上油管接箍200这一凸出于油管100的台阶，摩擦力小，防止探头31被卡。

如图7所示，具体是，探头31通过轴承35与转轴34连接，探测器3的安装架32还包括探头支撑件328，探头支撑件328的一端与滑套322和活塞326固定连接，探头支撑件328的另一端与转轴34固定连接。

如图1、图2、图3所示，在一个实施例中，动平台2与静平台1之间还连接有用于限制动平台2自转的防转机构6，以免动平台2发生自转，将动平台2的自由度由3降低至2，从而只允许动平台2沿第一平面内平移而无法转动，消除了管柱转动对动平台2和探测器3带来的不利影响，排除管柱转动对探测器3带来的外界环境干扰。

具体是，由于探头31与管柱的外壁接触，如果管柱自转，探头31会跟随其发生一定角度的旋转，而这种旋转可能会造成探测器3的测量空间缩小，导致误报发生；另外，如果不限制动平台2的自由度，发生了动平台2跟随管柱转动的情况，那么与动平台2连接的第二弹簧5会因动平台2自转而将被拉伸到一定的长度，动平台2原本的运动范围被缩小，此时如果管柱径向平移到某一位置，该位置可能是动平台2不能到达的位置，这样就可能会有探头31被提前触发，通过降低动平台2的自由度，能确保动平台2的运动范围覆盖管柱径向运动的范围。本实施例通过“降自由度”方法，消除了管柱转动对探头31和动平台2带来的不良影响。

如图1、图2、图3所示，在一个具体实施例中，防转机构6为平行四边形机构，平行四边形机构包括第一连杆61、第二连杆62、第三连杆63、第四连杆64和第五连杆65，第一连杆61和第二连杆62相互平行，第一连杆61的一端和第二连杆62的一端分别与静平台1铰接，第一连杆61的另一端和第二连杆62的另一端分别与第三连杆63的两端铰接，第三连杆63平行于第一平面，第四连杆64的一端和第五连杆65的一端分别与动平台2铰接，第四连杆64的另一端和第五连杆65的另一端分别与第三连杆63的两端铰接；第一连杆61和静平台1的铰接点与第四连杆64和动平台2的铰接点之间的连线，平行于第二连杆62和静平台1的铰接点与第五连杆65和动平台2的铰接点之间的连线。

如图4所示，在一个实施例中，静平台1包括第一上平台11和位于第一上平台11下方的第一下平台12，动平台2位于第一上平台11的底面和第一下平台12的顶面之间，动平台2的顶部和底部分别与第一上平台11的底面和第一下平台12的顶面滚动接触，通过将动平台2设置在第一上平台11的底面和第一下平台12的顶面之间，能限制动平台2沿管柱的轴向移动，防止动平台2发生振动，对动平台2起到轴向限位的效果。

进一步，动平台2连接有万向轮，动平台2通过万向轮与静平台1滚动接触，当动平台2相对于静平台1沿第一平面移动时，万向轮在静平台1上滚动，使动平台2能在静平台1上顺畅移动。具体是，动平台2的底面和顶面上都设有万向轮，动平台2底面的万向轮与第一下平台12的顶面滚动接触，动平台2顶面的万向轮与第一上平台11的底面滚动接触，在对动平台2轴向限位的同时，最大程度减小摩擦。

如图4所示，更进一步，动平台2包括第二上平台21和第二下平台22，第二上平台21和第二下平台22上下间隔设置，第二上平台21和第二下平台22通过支撑柱固定连接形成一个整体，例如该支撑柱为套筒组件7的第二连接轴74，第二连接轴74沿内筒体72的径向穿过内筒体72，且第二连接轴74的上下两端分别与第二上平台21和第二下平台22固定连接；第二上平台21的顶面和第二下平台22的底面上都设有万向轮，以分别与第一上平台11的底面和第一下平台12的顶面滚动接触。

本发明的探测装置能实现自动调心，排除管柱偏心、振动、旋转等绝大部分外界环境干扰，使得测量参数单一化，仅需测量油管100外表面到油管接箍200外表面之间环形面的径向变化量，从而大幅提高接箍探测的准确率，可满足带压作业和修井作业自动化的需求。

本发明还提供一种变径管柱探测装置，用于在起下管柱时探测管柱的变径部分，该变径管柱探测装置包括能固定在井口的静平台、能移动地设于静平台上的动平台、以及能移动地安装在动平台上的探测器，静平台具有供轴向移动的管柱穿过的第一通孔，动平台具有供管柱穿过的第二通孔，动平台能相对于静平台沿与管柱的径向平面平行的第一平面移动，探测器与管柱的外壁接触，探测器和动平台能在管柱发生径向偏移且管柱的非变径部分经过探测器时随管柱沿第一平面移动并保持相对静止，管柱的变径部分在接替非变径部分经过探测器时使探测器相对于动平台移动并触发探测器。

本发明所探测的管柱的变径部分并不限于油管接箍，还可以是其他与油管连接且与油管直径不同的部件。

例如，管柱包括尾管、井下工具、油管、油管接箍和其他管柱结构，这些部件的直径不相同，在管柱经过探测器的过程中，当探测器接触到的管柱直径发生变化时，探测器和动平台的相对静止状态就会被打破，探测器相对于动平台移动并被触发。当采用位移传感器时，为适应管柱上不同被探测部件的直径，可根据这些部件的外径设计位移传感器的量程，以满足多种尺寸的探测要求。

本发明的变径管柱探测装置能产生与前文所述的油管接箍探测装置相同的技术效果，故不赘述。

在一个实施例中，探测器包括具有可变内径的探测机构和设于探测机构上的传感器，探测机构围绕管柱设置并与管柱的外周壁接触，当管柱的变径部分经过探测机构时，探测机构沿管柱的径向扩张或收缩至与变径部分的外周壁接触，且探测机构的内径增大或减小到与变径部分的直径相等，也就是探测机构相对于动平台发生了移动，传感器在检测到探测机构的内径等于变径部分的直径时发出变径部分到达信号，也就是与变径部分外径对应的信号。

在一个实施例中，探测机构的中心轴线垂直于第一平面，探测机构的中心轴线与管柱的中心轴线重合，探测机构由呈环形间隔排列的至少三个探头围成，各探头能相对于动平台沿管柱的径向移动，各探头通过沿管柱的径向移动使探测机构的内径增大或减小，动平台和探测器在管柱发生径向偏移时随管柱沿第一平面移动，以使探头件的中心轴线始终保持与管柱的中心轴线重合，实现探测机构的自动调心，本实施例的变径管柱探测装置也可称为自动调心式变径管柱探测装置。

在其它实施例中，变径管柱探测装置也可以参照前文所述的油管接箍探测装置，设置第一弹簧、第二弹簧、防转机构等结构，并能产生相应的技术效果。

本发明的探测装置不仅能实现对多种规格油管接箍的探测，还能实现对管柱上其它变径结构的探测，只要这些部件的直径不同，都会因变径被探测器探测到。例如，本发明的探测装置的探测识别范围可包含2-3/8"油管至φ154悬挂器这一直径范围内的所有部件，比如5-1/2"井筒的2-3/8"油管及其接箍、2-7/8"油管及其接箍、悬挂器或其它外径尺寸小于180mm的工具的探测。

使用本发明的探测装置的作业工艺如下(以下入管柱为例，起出管柱与之相反)：

(1)将探测装置安装在井口；

(2)将管柱的尾管穿过探测器并下入，此时探测器回缩并产生与尾管外径对应的信号，连接井下工具，将其穿过探测器并下入，探测器同样产生与该井下工具外径对应的信号；

(3)此后开始连接并下入油管，当油管接箍通过探测器时，探测器产生接箍到达信号，在此过程中可根据现场需要一次下入一根、两根、三根油管或其它数量的油管，以单次连续测量所通过的油管接箍数量来设定作业工序程序，比如控制各防喷器的开关顺序和平衡压力，为自动上扣设备提供指令，实现油管下入的自动化；

(4)当达到设定的油管接箍计数时，停止自动下入程序，人工连接油管挂，并坐封井口。

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。