一种井下抽油杆柱参数测试仪的制作方法

文档序号:15578761发布日期:2018-09-29 06:16

本发明涉及石油计量与测试领域,更具体地说,涉及一种井下抽油杆柱参数测试仪。



背景技术:

有杆泵抽油是目前国内外油田使用最为广泛的采油方式之一。其中,井下抽油杆在生产过程中起着具足轻重的作用,抽油杆一旦出现问题,油井的正常生产将无法进行,抽油杆柱的稳定性是影响抽油井检泵周期的关键因素。

在井筒条件下,抽油杆柱系统的受力极其复杂,导致杆柱疲劳极限降低,更易发生疲劳破坏。但是,由于受井眼轨迹、产出液粘性、抽油杆与管壁摩擦力、抽油杆运动过程中产生的冲击力、抽油机工作制度等因素的影响,抽油杆柱系统存在着大量无法定量计算的各种力。而且,目前的测试装置在井筒下工作时是以串接在抽油杆上的方式完成测量,同样十分容易发生疲劳破坏,而且导致测量装置损毁使用寿命减少。

因此,如何有效测量井下抽油杆柱的受力情况同时保证测试装置的耐用性,是本领域技术人员需要解决的问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种井下抽油杆柱参数测试仪,以有效测量井下抽油杆柱的受力情况同时保证测试仪的耐用性。

为实现上述目的,本发明实施例提供了如下技术方案:

一种井下抽油杆柱参数测试仪,包括:

上接头、测试仪主壳体,其中,所述上接头与所述测试仪主壳体为一体化结构,所述测试仪主壳体的预设部位设有第一螺纹;

下接头;其中,所述下接头的预设部位设有第二螺纹;

传感器主体;所述传感器主体预设部位为柱式变形体,所述传感器主体连接所述上接头的第一端到所述柱式变形体之间安装有控制电路组件,所述柱式弹性变形体耦合有载荷传感器膜片,所述载荷传感器膜片与所述控制电路组件电连接;所述柱式弹性变形体与所述控制电路组件位于所述测试仪主壳体内部;

所述柱式弹性变形体与所述第一端之间的预设部位设有第三螺纹,所述柱式弹性变形体与所述传感器主体连接所述下接头的第二端之间的预设部位设有第四螺纹;所述传感器主体通过所述第一螺纹和所述第三螺纹与所述测试仪主壳体相连,通过所述第二螺纹和所述第四螺纹与所述下接头相连。

其中,所述控制电路组件包括:

锂电池,与所述锂电池电连接的印制板组件;其中,所述印制板组件包括控制电路印制板、MCU、ADC。

其中,所述锂电池外侧套设有电池仓,所述印制板组件外侧套设有印制板护筒,其中,所述电池仓与所述印制板护筒为一体化结构。

其中,所述传感器主体预设部位还安装有与所述控制电路组件电连接的加速传感器。

其中,所述传感器主体底部安装有与所述控制电路组件电相连的液体压力传感器,所述下接头设有用于使液体流至所述液体压力传感器的传压孔。

其中,所述传感器主体与所述测试仪主壳体之间设有密封圈。

其中,所述传感器主壳体预设部位还安装有与所述控制电路组件电连接的数据通讯插座。

其中,所述柱式弹性变形体的直径小于预设阈值。

其中,所述传感器主体为采用TC4钛合金制作而成的传感器主体。

其中,所述柱式弹性变形体还耦合有温度传感器。

本发明提供的一种采油廚参数测试仪,包括上接头、测试仪主壳体,其中,所述上接头与所述测试仪主壳体为一体化结构,所述测试仪主壳体的预设部位设有第一螺纹;

下接头;其中,所述下接头的预设部位设有第二螺纹;

传感器主体;所述传感器主体由上到下分别安装有控制电路组件、与所述控制电路组件电相连且设于所述传感器主体的柱式弹性变形体的载荷传感器膜片;所述柱式弹性变形体与所述控制电路组件位于所述测试仪主壳体内部;

所述柱式弹性变形体的上方的预设部位与下方的预设部位分别设有第三螺纹与第四螺纹;所述传感器主体通过所述第一螺纹和所述第三螺纹与所述测试仪主壳体相连,通过所述第二螺纹和所述第四螺纹与所述下接头相连。

由此可见,本发明提供的一种井下抽油杆柱参数测试仪,上接头与测试仪主壳体为一体化结构,二者没有断点,有效保障了测试仪主壳体与上接头之间的强度,而传感器主体也是一体化结构,将其他组件分别安装在传感器主体上,因此,无论是在安装过程中,还是使用过程中,由于传感器主体上没有断点,强度得到了保证,其次,在安装或者拆卸主壳体时,传感器主体都是整体进行转动,传感器主体的相关组件不会发生相对转动,因此不会对传感器主体以及安装在其上的组件造成损坏。同时,可以利用耦合于柱式弹性变形体的载荷传感器膜片测得实际的拉压应力,可以有效测得井下抽油杆柱在工作状态下的实际受力情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种井下抽油杆柱参数测试仪结构示意图。

图中:1.上接头、2.测试仪主壳体、3.第一螺纹、4.下接头、5.第二螺纹、6.传感器主体、7.控制电路组件、8.柱式弹性变形体、9.载荷传感器膜片、10.第三螺纹、11.第四螺纹、12.锂电池、13.控制电路印制板、14. MCU、15.ADU、16.电池仓、17.印制板护筒、18、加速度传感器、19.液体压力传感器、20.传压孔、21.密封圈、22.通讯插座、23.温度传感器、 24.电源正极绝缘座、25.电缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种井下抽油杆柱参数测试仪,以有效测量井下抽油杆柱的受力情况同时保证测试仪的耐用性。

本发明实施例提供的一种井下抽油杆柱参数测试仪,具体包括:

上接头、测试仪主壳体,其中,所述上接头与所述测试仪主壳体为一体化结构,所述测试仪主壳体的预设部位设有第一螺纹;

下接头;其中,所述下接头的预设部位设有第二螺纹;

传感器主体;所述传感器主体预设部位为柱式变形体,所述传感器主体连接所述上接头的第一端到所述柱式变形体之间安装有控制电路组件,所述柱式弹性变形体耦合有载荷传感器膜片,所述载荷传感器膜片与所述控制电路组件电连接;所述柱式弹性变形体与所述控制电路组件位于所述测试仪主壳体内部;

所述柱式弹性变形体与所述第一端之间的预设部位设有第三螺纹,所述柱式弹性变形体与所述传感器主体连接所述下接头的第二端之间的预设部位设有第四螺纹;所述传感器主体通过所述第一螺纹和所述第三螺纹与所述测试仪主壳体相连,通过所述第二螺纹和所述第四螺纹与所述下接头相连。

在本方案中,井下抽油杆柱参数测试仪的上接头和测试仪主壳体为一体化结构,在主壳体的预设部位设有第一螺纹,该一体化结构的部件通过第一螺纹与传感器主体连接固定。其中,传感器主体优选采用TC4钛合金制作而成的主体,该材料制作而成的主体可以抗拉压力20吨左右。

传感器主体的预设部位为柱式弹性变形体,柱式弹性变形体的直径小于预设阈值,该预设阈值的取值可以根据金属的变形情况具体设置,此处不做限定。当传感器主体的预设部位的直径小于预设阈值时,则该部位更容易发生弹性变形,因此,将载荷传感器膜片耦合于柱式弹性变形体,从而在井下抽油杆柱参数测试仪工作时,对柱式弹性变形体施加轴向的拉力或压力时,就可以根据金属的变形测得轴向拉压应力。需要说明的是,在典型油井中进行井下抽油杆柱的轴向应力测试,可以得到比较接近实际工作状态下的抽油杆柱受力情况,因此就可以根据轴向拉压应力来优化抽油杆柱的设计,减少抽油杆柱疲劳与偏磨损害。

在本方案中,由于需要根据柱式弹性变形体的变形来测轴向拉压应力,因此对于柱式弹性变形体来说,要在其上方和下方分别设有施力点。

因此,在传感器主体上,柱式弹性变形体的上方和下方分别确定一个预设部位,设置第三螺纹和第四螺纹,第三螺纹与第一螺纹配合,将上接头与测试仪主壳体的一体化结构和传感器主体连接起来,当对这个一体化结构施加轴向的拉力或压力时,第三螺纹与第一螺纹的螺纹连接点就是柱式弹性变形体上方的一个施力点;第四螺纹与第二螺纹配合,将下接头和传感器主体连接起来,当对下接头施加轴向的拉力或压力时,第四螺纹和第二螺纹的连接点就是柱式弹性变形体下方的一个施力点。

需要说明的是,由于在柱式弹性变形体的上方还设置有控制电路组件,因此,为了不使控制电路组件受到拉力或压力而造成损坏,所以柱式弹性变形体上方的施力点优选设置于柱式弹性变形体与控制电路组件之间的位置。

在本方案中,由于柱式弹性变形体上耦合有载荷传感器膜片,且在和传感器膜片还需要使用电缆线等与上述控制电路组件相连,因此为了保证这些组件的安全和使用寿命,避免这些组件与外部环境直接接触,测试仪主壳体要包裹这些组件,也就是说,柱式弹性变形体与控制电路组件均要位于测试仪主壳体的内部。

由此可见,本发明实施例提供的一种井下抽油杆柱参数测试仪,上接头与测试仪主壳体为一体化结构,二者没有断点,有效保障了测试仪主壳体与上接头之间的强度,而传感器主体也是一体化结构,将其他组件分别安装在传感器主体上,因此,无论是在安装过程中,还是使用过程中,由于传感器主体上没有断点,强度得到了保证,其次,在安装或者拆卸主壳体时,传感器主体都是整体进行转动,传感器主体的相关组件不会发生相对转动,因此不会对传感器主体以及安装在其上的组件造成损坏。同时,可以利用耦合于柱式弹性变形体的载荷传感器膜片测得实际的拉压应力,可以有效测得井下抽油杆柱在工作状态下的实际受力情况。

下面对本发明实施例提供的一种具体的井下抽油杆柱参数测试仪进行介绍,下文描述的一种井下抽油杆柱参数测试仪与上文描述的实施例可以相互参照。

参见图1,本发明实施例提供的一种具体的井下抽油杆柱参数测试仪,具体包括:

上接头1、测试仪主壳体2,其中,所述上接头与所述测试仪主壳体为一体化结构,所述测试仪主壳体的预设部位设有第一螺纹3。

下接头4;其中,所述下接头4的预设部位设有第二螺纹5。

传感器主体6;所述传感器主体6预设部位为柱式变形体8,所述传感器主体6连接所述上接头1的第一端到所述柱式变形体8之间安装有控制电路组件7,所述柱式弹性变形体8耦合有载荷传感器膜片9,所述载荷传感器膜片9与所述控制电路组件7电连接;所述柱式弹性变形体8与所述控制电路组件7位于所述测试仪主壳体2内部;

所述柱式弹性变形体8与所述第一端之间的预设部位设有第三螺纹10,所述柱式弹性变形体8与所述传感器主体6连接所述下接头4的第二端之间的预设部位设有第四螺纹11;所述传感器主体6通过所述第一螺纹3和所述第三螺纹10与所述测试仪主壳体相连,通过所述第二螺纹5和所述第四螺纹 11与所述下接头4相连。

其中,上述技术内容在上述实施例均已介绍,此处不再赘述。

在本方案中,传感器主体6上,安装有控制电路组件7,控制电路组件7 中包括锂电池12,锂电池12下方设有电源正极绝缘座24,需要说明的是,由于井下抽油杆柱参数测试仪的工作环境通常是高温环境,因此,锂电池12 优选为耐高温锂电池。

电源正极绝缘做24下方设有印制板组件,印制板组件包括控制电路印制板13,MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)14,ADC(Analog-to-Digital Converter,模/数转换器)15。MCU14与ADC15相互配合将各传感器测得的参数进行处理。MCU14装有计算程序来通过各传感器获取到的值计算相应的结果,或者可以对各传感器发送相应的控制指令。

需要说明的是,为了进一步的保证印制板组件和锂电池12的安全,可以为锂电池12套设电池仓16,为印制板组件套设印制板护筒17。本方案优选将电池仓16与印制板护筒设为一体化结构,方便该一体化结构的安装,同时能够保证其整体强度。

需要说明的是,为了可以将井下抽油杆柱参数测试仪上采集到的各种数据方便、及时的传输到外部,例如地面的控制器等,本方案优选在控制电路印制板13上连接通讯插座22,其中通讯插座22可以是标准RS-232串行通信接口。

当然也可以在上述控制电路印制板13上安装数据存储器,将传感器测得的数据按照需求保存至数据存储器,当需要发送至外部接收方时再将数据存储器中的数据发送至接收方,或者直接在数据存储器中获取需要的数据;也可以在数据存储器中预存指令,以使MCU14调用预存指令进行工作。

在本方案中,传感器主体上还可以耦合有温度传感器23,以测量当前工作环境的温度。温度传感器可以选用Pt1000铂电阻传感器,它的阻值跟温度的变化成正比,Pt1000的阻值与温度变化关系为:当Pt1000温度为0℃时它的阻值为1000欧姆,在100℃时它的阻值约为1385.005欧姆。它的工业原理:阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

需要说明的是,由于在不同的温度环境下,金属变形的情况都会有所不同,因此,为了使轴向拉压应力的测量更准确,本方案为该测量结果进行温度补偿,优选的,将温度传感器23耦合于于柱式弹性变形体8,测量柱式弹性变形体8的温度,并将测量结果反馈于MCU,使其对测量结果进行温度补偿,得到更精确的受力值。

在传感器主体6上,还可以安装加速度传感器18,通过加速度传感器18 测量的数据,结合载荷传感器膜片9测量的数据,可以计算出对应的井下示功图。

为保证测试仪主壳体2与传感器主体6之间的气密性,防止外部环境中的物质进入到传感器主体6内部,可以在主壳体2与传感器主体6的底部设置高压密封圈21。

需要说明的是,本方案中,如图1所示,用于连接各个电子器件的电缆 25,优选设置在不与外部环境接触的部位,例如,在密封圈21之上的电缆 25,可以设置在传感器主体6的内部,也可以设置在传感器主体6的外部,由于密封圈将外部环境与测试仪主壳体2内部的传感器主体6分隔起来,所以无论设置在外部还是内部,均可以不与外部环境接触。而密封圈21以下的电缆25,可以设置在传感器内部。

在本方案中,还可以在传感器主体6的底部设置液体压力传感器19,在下接头4的预设部位设置传压孔20,液体压力传感器19可以通过传压孔20 测得外部环境中的压力值。

需要说明的是,以上实施例所述的各种传感器、电子器件与电源的工作范围均选为-20℃到150℃之间,具体材料可以根据该温度范围与现有技术进行选择,此处不做限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

再多了解一些
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