存储式油管柱轴向拉力、扭矩记录仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于油、气井技术领域，涉及一种井下管柱串张力扭矩记录仪器，特别是涉及一种石油井下存储式油管柱轴向拉力、扭矩记录仪。
【背景技术】
[0002]在压裂施工过程中，对管柱张力进行存储记录，分析管柱受力变化，为压裂施工设计提供参考。同时，在修井过程中，有时需要下钻头操作，比如说套管内侧钻、钻头机械除垢等，其中井底动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具和电动钻具等；钻柱在钻进、下钻、起钻等不同的工作状态下，钻柱受到轴向拉力或压力、扭矩等。
[0003]在压裂及修井作业过程中，施工管串的力学设计多来源于理论计算，由于井下作业管串复杂，井眼轨迹不一，现场由于管串力学性能不足，常发生井下事故。因此需要研发设计一种能够存储记录张力、扭矩的仪器，对管串力学性能进行存储记录，分析管柱受力变化，记录起下钻、压裂、钻磨、修井等作业的管串力学状态，为压裂等施工设计提供参考，将会极大地提高井下管串力学行为认识水平，提高工具设计水平，为分析管柱的脱断原因提供重要的实测依据。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种可用于同时测量并存储记录压裂及修井过程中油管柱轴向拉力、扭矩记录仪，同时记录了井下任意时刻及位置的温度压力变化，为压裂及修井施工工艺的制定提供可靠的经验数据。
[0005]本实用新型的技术解决方案是:
[0006]一种存储式油管柱轴向拉力、扭矩记录仪，其特征在于:包括上接头、与上接头螺纹连接的下接头、电路系统、应变片组、电路系统外护筒以及应变片外护筒；
[0007]电路系统包括电路板以及与电路板连接的电池组件；上接头的外表面开设有第一凹槽，电路板和电池组件均安装在第一凹槽内；电路系统外护筒套装在上接头外部用于保护电路系统；
[0008]下接头的外表面开设有第二凹槽，应变片组安装第二凹槽内；上接头的外壁上开设有电路通道；电路板通过电路通道与应变片连接，应变片外护筒套装子下接头的外部用于保护应变片组。
[0009]上述第一凹槽内还安装有分别与电路系统连接的温度传感器以及压力传感器。
[0010]上述第一凹槽依次分为三个相互独立的空间，分别用于安装电池组件、温度传感器和压力传感器以及电路板。
[0011]上述应变片组为两组，一组应变片组测量张力，另一组应变片组测量扭矩；所述应变片组由四个应变片组成，四个应变片分90度，对称贴在下接头上。
[0012]上述应变片为铂式应变片。
[0013]上述上接头与下接头的连接部分安装有密封圈；所述电路系统外护筒和应变片组外护筒材料为钛合金。
[0014]本实用新型的优点在于:
[0015]1、此仪器可与油管串直接挂接，可置于水平井段，也可置于垂直井段；不仅可用于地层压裂管柱串张力扭矩的测量，还可用于修井时管柱串张力扭矩的测量。
[0016]2、此仪器不仅可以同时测量张力扭矩两个参数，还可以测量井下任意时刻温度和压力的变化。
[0017]3、机械结构方面，结构新颖、简单，维护方便，外形美观、精致。各个部位设计有勾头扳手口位置，方便拆卸。
[0018]4、机械结构便于安全及维护，测量范围广、精度和分辨率高。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型机械结构图。
[0020]1-上接头、2-下接头、3-电路系统、4-应变片组、5-电路系统外护筒、6_应变片组外护筒、7-电路板、8-电池组件、9-第一凹槽、10-第二凹槽、11-电路通道、12-温度传感器、13-压力传感器。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本实用新型提出一种存储式油管柱轴向拉力、扭矩记录仪；该记录仪包括上接头1、与上接头I螺纹连接的下接头2、电路系统3、应变片组4、电路系统外护筒5以及应变片外护筒6 ；
[0022]其中，电路系统3包括电路板7以及与电路板7连接的电池组件8 ;上接头I的外表面开设有第一凹槽9，电路板7和电池组件8均安装在第一凹槽9内；电路系统外护筒5套装在上接头I外部用于保护电路系统3 ;下接头2的外表面开设有第二凹槽10，应变片组4安装第二凹槽10内；上接头I的外壁上开设有电路通道11 ;电路板7通过电路通道11与应变片组4连接，应变片外护筒6套装子下接头2的外部用于保护应变片组4。
[0023]具体的说，第一凹槽10内还安装有分别与电路系统3连接的温度传感器12以及压力传感器13。
[0024]具体的说，第一凹槽10依次分为三个相互独立的空间，分别用于安装电池组件8、温度传感器12和压力传感器13以及电路板7。
[0025]具体的说，应变片组4为两组，一组应变片组测量张力，另一组应变片组测量扭矩；所述应变片组由四个应变片组成，四个应变片分90度对称贴在下接头上。
[0026]具体的说，所述应变片为铂式应变片。
[0027]具体的说，上接头I与下接头2的连接部分安装有密封圈14 ;电路系统外护筒5和应变片组外护筒6材料为钛合金。
[0028]以下是对本申请记录仪以及其各个部件的具体说明:
[0029]本申请的记录仪外径114mm、内径60mm ;工具整体耐压lOOMPa，耐温-40?150°C，自密封无渗漏；最大拉力测试峰值不低于80t，扭矩测试不小于5KN.M，测试误差〈1%;能够测量存储张力、扭矩、温度、压力等参数；
[0030]存储式油管柱轴向拉力、扭矩记录仪的电路系统由电路板和电池组件组成。电路板的主要部件为单片机，电池组件采用2节3.9V高温高能锂电池。仪器机械部分主要包括:下接头、上接头、应变片电路外护筒和传感器护筒等。下接头与上接头之间靠螺纹连接，并伴有双道密封圈进行密封；
[0031]另外，上接头采用偏心结构，上接头的壁厚不同，第一凹槽开设在上接头外比较厚的部位，并且加工凹槽时是以一定角度加工三个部分，依次安装电池组件、温度传感器及电路板和压力传感器；
[0032]上接头与电路系统外护筒靠螺纹相连接，上端与下端分别设有两道密封圈；同时，电路系统外护筒和应变片外护筒采用钛合金制造，防止拆卸护管更换电池时发生咬扣现象；
[0033]仪器利用下接头用来测量油管上下之间的张力扭矩，下接头上安装的应变片组为仪器的主要组成部分。应变片组由两组应变片组成，一组应变片测量张力，一组应变片测量扭矩，应变片对称贴在传感器载体上。每组应变片由四个应变片组成，四个应变片分90度对称贴在载体上，各组成一个惠斯通电桥，分别测试张力、扭矩。同时，仪器本身加温度补偿与零漂补偿，使得输出信号更稳定。且由于张力扭矩可能同时存在，消除了扭矩与张力之间的相互影响。应变片采用铂式应变片，载体材料是17-4PH，材料经过特殊处理，使传感器的位移变化随着张力、扭矩的变化而变化。
[0034]应变片组输出电压信号的变化，正比于应变片轴向或径向变形量，所以检测出传感器输出电压信号变化量，就可以得到张力扭矩传感器轴向张力或径向扭矩的大小和方向。应变片组的张力量程为-80?80t，精度为0.5 %，扭矩量程为O?5KN.M，精度为0.5 %，使用温度为_40°C?150°C，传感器安全过载范围120% FS，极限过载范围150% FS。传感器激励电压为5?12V，张力信号输出一个量程为-12?12mv的电压信号，扭矩信号输出一个量程为O?l2mV的电压信号，总工作电流为6mA，通过AD进行采集，然后由单片机进行处理，并存储