气举阀阀杆行程测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种传感器技术，尤其涉及一种气举阀阀杆行程测量装置及测量方法。

背景技术：

气举阀是气举采油工艺中最重要的井下工具，其工作性能的好坏直接决定气举采油工艺的成败。气举阀探针测距试验是用于检测气举阀波纹管性能的主要试验之一，通常可以通过气举阀探针测距试验确定气举阀波纹管总成的承载率，即气举阀的刚度，测试气举阀的开启压力和最大有效阀杆行程。

在气举阀探针测距试验过程中，以试验压力作为纵坐标，气举阀阀杆行程作为横坐标，获得两条关于“试验压力-气举阀阀杆行程”的平滑线散点曲线，如图1所示，其中标号为1的曲线对应的是压力增加的过程，标号为2的曲线对应的是压力减小的过程，对这两条平滑线散点曲线进行拟合，即可得到最佳拟合曲线，即图1中标号为3的曲线，其斜率即为气举阀波纹管总成的承载率，也就是气举阀的刚度；在该最佳拟合曲线上，当稿行程降低至零时对应的试验压力即为气举阀的开启压力，图中标记为P₂；在试验过程中，当阀杆行程超过最大有效阀杆行程时，“试验压力-气举阀阀杆行程”的平滑散点曲线会出现拐点，图1中标号为A的点，该拐点A对应的阀杆行程即为气举阀的最大有效阀杆行程，其数值在图1中标记为d，该拐点A对应的试验压力即为临界压力，图中标记为P₁。

现有的气举阀试验装置主要有两种典型的结构类型，一种是套筒式 试验装置，另一种是密闭式试验装置。这两种典型结构类型的气举阀试验装置均无法自动进行气举阀探针测距试验。

技术实现要素：

本发明提供一种气举阀阀杆行程测量装置及测量方法，以实现对气举阀阀杆行程数据的自动采集和输出。

第一方面，本发明提供一种气举阀阀杆行程测量装置，包括：探针组件、第一连接件以及变压器组件；

所述探针组件包括探针套筒、探针、堵头、第二连接件和弹性部件；其中，所述探针套筒的第一端具有第一开口，所述探针套筒的第二端具有第二开口，所述探针套筒内具有第一容置空间；所述堵头卡设于所述探针套筒的第一开口内，所述堵头具有第一通孔，所述探针穿设于所述第一通孔，并与所述第二连接件的第一端连接，所述探针的另一端与气举阀的阀球接触；所述第二连接件的第一端的直径大于所述第二连接件的第二端的直径；所述弹性部件套设在所述第二连接件的第二端，所述弹性部件的一端抵顶于所述第二连接件的第一端；

所述变压器组件包括变压器，变压器套筒；其中，所述变压器包括变压器外壳以及变压器铁芯，所述变压器铁芯可活动的穿设于所述变压器外壳内；所述变压器套筒套设在所述变压器外，所述变压器套筒具有隔板，所述隔板将所述变压器套筒内部分隔为第二容置空间和第三容置空间；所述弹性部件的另一端抵顶于所述隔板上，所述隔板具有第二通孔；所述变压器套筒的第一端套接于所述探针套筒的第二开口外壁，所述变压器套筒的第二端套接于所述变压器外壳的外壁；

所述第一连接件的第一端穿过所述第二通孔与所述第二连接的第二端连接，所述第一连接件的第二端与所述变压器铁芯的一端连接；

所述第一容置空间、所述第二容置空间以及所述第三容置空间内形成密闭空间。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述弹性部件的压缩量大于所述气举阀阀杆的最大阀杆行程。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述弹性部件为弹簧。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述第一连接件为金属杆。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述金属杆、所述探针以及所述第二连接件的材质均为无磁铜。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述第二连接件的第一端为扇形结构。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述探针的最大倾角小于1°。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述堵头与所述探针套筒的第一开口之间设置有第一密封圈；和/或

所述探针套筒的第二开口外壁与所述变压器套筒的第一端之间设置有第二密封圈；和/或

所述变压器套筒与所述变压器外壳的外壁之间设置有第三密封圈。

如上所述的气举阀阀杆行程测量装置，其中，所述变压器为线性可变差动变压器。

第二方面，本发明提供一种应用于如上述第一方面任一所述的气举阀阀杆行程测量装置的气举阀阀杆行程测量方法，包括：

开启所述气举阀的阀球，在高压气流的作用下，探针脱离所述阀球，所述探针、第二连接件、第一连接件以及变压器铁芯一起向变压器内孔端部移动；

高压气流从第一通孔进入第一容置空间、第二容置空间以及第三容置空间形成的密闭空间形成内压；

内压形成后，所述探针在所述弹性部件的作用下，抵顶住所述阀球并推动所述阀球在所述第一通孔外移动；

在所述气举阀阀杆移动过程中，所述探针推动所述阀球移动，所述变压器获取所述探针的行程数据并输出；其中，所述探针的行程数据即为所述气举阀阀杆的行程数据。

本发明提供的气举阀阀杆行程测量装置及测量方法。其中，所述气举阀阀杆行程测量装置包括探针组件、变压器组件以及连接探针组件和变压器组件的第一连接件；其中，探针组件包括探针套筒、探针、堵头、第二连接件和弹性部件；变压器组件包括变压器，变压器套筒。在应用本发明提供的测量方法时，在气举阀阀杆移动过程中，由于压力连续、缓慢的变化，探针会在弹性部件的作用下始终推动阀球移动，保持与阀球的接触，从而将测量阀杆的行程数据转变为测量探针的行程数据，由于探针组件与变压器组件连接，因而变压器可以直接输出探针的行程数据。从而为自动进行气举阀探针测距试验提供数据支持。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中气举阀探针测距试验过程中获得的曲线图；

图2为本发明气举阀阀杆行程测量装置实施例的结构示意图；

图3为应用本发明提供的气举阀阀杆行程测量装置进行气举阀探针测距试验过程中获得的散点图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

图2为本发明气举阀阀杆行程测量装置实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的气举阀阀杆行程测量装置，可以包括：探针组件、第一连接件301以及变压器组件；

所述探针组件包括探针套筒101、探针102、堵头103、第二连接件104和弹性部件105；其中，所述探针套筒101的第一端具有第一开口，所述探针套筒101的第二端具有第二开口，所述探针套筒101内具有第一容置空间106；所述堵头103卡设于所述探针套筒101的第一开口内，所述堵头103具有第一通孔107，所述探针102穿设于所述第一通孔107，并与所述第二连接件104的第一端连接，所述探针102的另一端与气举阀的阀球108接触；所述第二连接件104的第一端的直径大于所述第二连接件104的第二端的直径；所述弹性部件105套设在所述第二连接件104的第二端，所述弹性部件105的一端抵顶于所述第二连接件104的第一端；

所述变压器组件包括变压器201，变压器套筒202；其中，所述变压器201包括变压器外壳203以及变压器铁芯204，所述变压器铁芯204可活动的穿设于所述变压器外壳203内；所述变压器套筒202套设在所述变压器201外，所述变压器套筒202具有隔板205，所述隔板205将所述变压器套筒202内部分隔为第二容置空间206和第三容置空间207；所述弹性部件105的另一端抵顶于所述隔板205上，所述隔板205具有第二通孔208；所述变压器套筒202的第一端套接于所述探针套筒101的第二开口外壁，所述变压器套筒202的第二端套接于所述变压器外壳203的外壁；

所述第一连接件301的第一端穿过所述第二通孔208与所述第二连 接件104的第二端连接，所述第一连接件301的第二端与所述变压器铁芯204的一端连接；

所述第一容置空间106、所述第二容置空间206以及所述第三容置空间207内形成密闭空间。

需要说明的是，所述弹性部件105的压缩量大于所述气举阀阀杆的最大阀杆行程，当所述弹性部件105处于压缩极限时，所述变压器铁芯204与所述变压器201的内孔端部之间仍留有空隙，以防止所述变压器201的内孔端部与所述变压器铁芯204碰撞。

具体的，本实施例中，所述弹性部件105可以为弹簧，在其他的实施方式中，也可以使用其他带有弹性的元器件代替所述弹性部件105，本实施例对此不进行限制。

在本实施例中，所述第一连接件301可以为金属杆；另外需说明的是，所述金属杆、所述探针102以及所述第二连接件104的材质均为无磁铜；从而避免所述金属杆、所述探针102以及所述第二连接件104对本实施例提供的变压器的感生磁场产生影响；换句话说，若所述金属杆、所述探针102以及所述第二连接件104具有磁性，则当所述金属杆、所述探针102以及所述第二连接件104与所述变压器铁芯204的磁性相同时，会产生相斥的作用力，当所述金属杆、所述探针102以及所述第二连接件104与所述变压器铁芯204的磁性相异时，会产生相吸的作用力，容易对行程数据产生影响，使获得的行程数据不准确。

在本实施例中，所述堵头103与所述探针套筒101的第一开口之间设置有第一密封圈401；和/或，所述探针套筒101的第二开口外壁与所述变压器套筒202的第一端之间设置有第二密封圈402；和/或，所述变压器套筒202与所述变压器外壳203的外壁之间设置有第三密封圈403。通过设置密封圈，保证所述第一容置空间106、第二容置空间206以及第三容置空间207的密闭。

在一种可行的实施方式中，所述第二连接件104的第一端可以设置 为扇形结构，从而可以减小气举阀探针测距试验过程中对高压气流的承压面积，进而减小气举阀的阀球108开启时的冲击力。

进一步地，本实施例中，当所述探针102、所述第二连接件104、所述第一连接件301以及所述变压器铁芯204整体与所述变压器201的内孔倾斜接触时，需要保证所述探针102的最大倾角小于1°，从而保证本实施例提供的变压器201对气举阀的阀杆行程测量时的误差小于美国工业主要的贸易促进组织(American Petroleum Institute，API)规定的误差值0.127mm。

例如，假设变压器铁芯204和金属杆的直径为4.8mm，所述变压器201的内孔直径为6.5mm，所述探针102、所述第二连接件104、所述第一连接件301以及所述变压器铁芯204整体在变压器201的内孔中的初始长度为112mm，当所述探针102、所述第二连接件104、所述第一连接件301以及所述变压器铁芯204整体与所述变压器201的内孔倾斜接触时，所述探针102的最大倾角为1°的情况下，当气举阀的阀杆行程为10mm时，误差为1.5μm，远小于0.127mm。

具体的，本实施例中的所述变压器201可以为线性可变差动变压器。

在应用本实施例提供的气举阀阀杆行程测量装置进行气举阀探针测距试验时，高压气流会进入第一容置空间106、第二容置空间206以及第三容置空间207形成内压，由于所述探针102、第二连接件104、第一连接件301以及变压器铁芯204可以在高压气流形成的内压的作用下，抵顶住所述气举阀的阀球108，并推动所述阀球108在所述第一通孔107外移动，从而将测量气举阀阀杆的行程数据转换为测量所述探针102的行程数据，而又由于所述探针组件与所述变压器组件连接，因而变压器201可以直接输出探针的行程数据。从而为自动进行气举阀探针测距试验提供数据支持。

本实施例提供的气举阀阀杆行程测量装置，包括探针组件、变压器组件以及连接探针组件和变压器组件的第一连接件301；其中，探针组 件包括探针套筒101、探针、堵头103、第二连接件104和弹性部件105；变压器组件包括变压器，变压器套筒202；从而将测量气举阀阀杆的行程数据转换为测量所述探针的行程数据，通过变压器直接输出所述探针的行程数据，为实现自动进行气举阀探针测距试验提供数据支持。

本实施例提供一种气举阀阀杆行程测量方法，可以应用于上述实施例中的气举阀阀杆行程测量装置。本实施例提供的方法具体可以包括：

开启所述气举阀的阀球108，在高压气流的作用下，探针脱离所述阀球108，所述探针、第二连接件104、第一连接件301以及变压器铁芯204一起向变压器内孔端部移动；高压气流从第一通孔107进入第一容置空间106、第二容置空间206以及第三容置空间207形成的密闭空间形成内压；内压形成后，所述探针102在所述弹性部件105的作用下，抵顶住所述阀球108并推动所述阀球108在所述第一通孔107外移动；在所述气举阀阀杆移动过程中，所述探针102推动所述阀球108移动，所述变压器201获取所述探针102的行程数据并输出；其中，所述探针102的行程数据即为所述气举阀阀杆的行程数据。

也就是说，在阀球108开启的瞬间，高压气流会使所述探针、第二连接件104、第一连接件301以及变压器铁芯204一起向变压器201内孔端部移动，并脱离所述阀球108，所述第一通孔107成为高压气流入口，高压气流进入第一容置空间106、第二容置空间206以及第三容置空间207内形成的密闭空间，当所述密闭空间的内压形成后，所述探针102在所述弹性部件105的压力作用下，重新与所述阀球108接触，所述探针102抵顶住所述阀球108并推动所述阀球108在所述第一通孔107外移动；在所述气举阀阀杆移动过程中，由于内压的压力连续、缓慢的发生变化，因而所述探针102会在所述弹性部件105的压力的作用下始终推动所述阀球108移动，保持与所述阀球108的接触，从而所述探针102的行程即为所述阀球108的行程，因此，通过所述变压器201输出的所述探针102的行程数据即得到所述气举阀阀杆的行程数据。

参照图3，由本实施例提供的气举阀阀杆行程测量装置进行气举阀探针测距试验过程中的探针位置与输出电压的关系的散点图可以看出，探针位置与输出电压的线性关系较好，可以得出其线性度高达0.999999355，最大位移误差仅为0.11mm，平均误差为0.00553，由此可见，应用本实施例提供的气举阀阀杆行程测量装置及测量方法，能够采集并输出气举阀阀杆行程数据，从而为自动进行气举阀探针测距试验提供数据支持。

本实施例提供的气举阀阀杆行程测量方法，应用于上述实施例中的气举阀阀杆行程测量装置，可以将测量气举阀阀杆的行程数据转换为测量所述探针的行程数据，通过变压器直接输出所述探针的行程数据，为实现自动进行气举阀探针测距试验提供数据支持。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。