测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统的制作方法

本申请涉及一种位移传感系统，尤指一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统。

背景技术：

在石油开发的过程中，固井后环空发生油气窜是当前固井工艺技术存在的主要技术难题之一，严重时油气往往窜出地面，给油气田开发及后期作业带来不同程度的困难。国内外学者针对油气井窜槽问题进行了长期的研究，先后采用了多种防窜技术，最终认为水泥浆体的收缩是造成地下流体窜流的核心因素，而测量水泥环径向涨缩量是解决上述问题的关键。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统，本申请能够用于对固井水泥环涨缩量的测量。

为了达到本申请目的，本申请实施例采用如下技术方案：

一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统，包括

模具，所述模具内设有腔体，所述腔体内填充有待凝固体；

探头组件，所述探头组件穿过所述模具，并固结在所述待凝固体的测量点部位；

位移传感装置，包括管体、设置于所述管体内的滑杆以及设置在所述管体外侧的感应元件，所述滑杆可在所述管体内滑动，并与所述探头组件连接，所述感应元件用于检测所述滑杆的位移量。

可选地，还包括联结件，所述联结件将所述探头组件与所述位移传感装置的滑杆硬连接。

可选地，所述探头组件通过所述联结件与所述位移传感装置的滑杆螺纹连接；或者，所述探头组件通过所述联结件与所述位移传感装置的滑杆磁吸附；或者，所述探头组件通过所述联结件与所述位移传感装置的滑杆相抵。

可选地，所述探头组件固结于所述待凝固体的部分与所述模具的侧壁相抵。

可选地，还包括釜体，所述模具放置在所述釜体内，所述位移传感装置的滑杆穿过所述釜体的侧壁，与所述探头组件连接。

可选地，所述釜体的侧壁设有安装孔，所述管体固定在所述安装孔内，并将所述安装孔密封，所述管体与所述釜体内部连通。

可选地，所述滑杆为衔铁，所述感应元件为电磁感应元件，所述感应元件用于检测所述滑杆移动时的磁场变化，以测量所述滑杆的位移量。

可选地，所述管体的外侧设有限位台阶、调零弹簧、磁力感应元件和调零螺母，所述调零螺母与所述管体的外侧螺纹连接，所述感应元件和所述调零弹簧位于所述限位台阶和调零螺母之间。

可选地，所述探头组件包括探头、弹簧帽以及位于所述弹簧帽与所述探头之间的定位弹簧，所述探头滑动连接于所述模具上，所述探头的一端固结于所述待凝固体内，所述探头的另一端伸出所述模具的外侧，与所述弹簧帽连接，所述弹簧帽与所述滑杆连接，所述定位弹簧夹装于所述弹簧帽与所述模具的外侧之间。

与现有技术相比，本申请的有益效果至少包括：

1、本申请应用于测量水泥环径向涨缩量，尤其是在水泥开始产生强度后，在此阶段水泥的收缩和膨胀都比较小，但是属晶格形变，产生的应力远大于位移传感装置的阻力。

2、本申请中的联结件实现探头组件与位移传感装置中的滑杆硬连接，避免滑杆与探头组件的连接存在虚位，保证滑杆能够测量探头组件的微量变化，提高本申请测量的精度。

3、本申请中位移传感装置与釜体内连通，使本申请能够逼真的模拟水泥浆在环空中整个凝固过程，并可连续测量记录水泥环在井壁和套管的两个界面发生位移的数据；并可实际的模拟各种参数，例如：温度、地层压力。

4、本申请中釜体与管体连通，釜体内的高压能完全传递入管体内，使位于釜体内的滑杆和位于釜体外的滑杆的外部压力相同，从而避免外部环境影响测量结果。

5、本申请中滑杆为衔铁，感应元件为电磁感应元件，电磁感应元件与衔铁构成lvdt电磁感应传感器，感应元件用于检测滑杆移动时的磁场变化，通过磁场变化测量滑杆的位移，从而测量待凝固体的膨缩量，通过差动变压器一次采用音频电源供电，二次即可产生与滑杆的直线位移成线性变化的音频电压输出。通过外置调制解调放大器，一方面为传感器一次供电，同时将二次音频电压转化成直流缓变讯号输出。从而实现诸如长度、厚度、位置与位移量的自动测量与控制。

6、本申请中管体的外侧设限位台阶、调零螺母和调零弹簧，调零弹簧与调零螺母配合保证感应元件处于合适的位置。旋转调零螺母能够压紧或松弛调零弹簧，并带动感应元件作左右移动，起到校正的目的。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例提供的一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统的剖视图一；

图2为本申请实施例提供的一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统的剖视图二；

图3为本申请实施例中位移传感装置的剖视图；

图4为本申请实施例中探头组件的剖视图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请提供了一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统，包括模具，所述模具内设有腔体，所述腔体内填充有待凝固体；探头组件，所述探头组件穿过所述模具，并固结在所述待凝固体的测量点部位；位移传感装置，包括管体、设置于所述管体内的滑杆以及设置在所述管体外侧的感应元件，所述滑杆可在所述管体内滑动，并与所述探头组件连接，所述感应元件用于检测所述滑杆的位移量。

如图1所示，本申请实施例提供了一种测量高温高压凝固体固化后涨缩量的位移传感系统，包括模具1、探头组件2以及位移传感装置3，模具1内设有腔体，腔体为环形腔体。腔体内填充有待凝固体4，待凝固体4为待测量膨缩量的液浆，例如用于固井的水泥浆体。当待凝固体4凝固后收缩，待凝固体4与模具1的侧壁之间会存在环隙；当待凝固体4凝固后膨胀，待凝固体4会挤压模具1的侧壁同时膨胀。

如图1所示，探头组件2滑动连接于模具1的侧壁上，并贯穿模具1的侧壁，探头组件2的一端穿过穿模具1的侧壁，固结在待凝固体4的测量点部位，探头组件2的另一端由模具1侧壁的外侧伸出，与位移传感装置3连接；当模具1内的待凝固体4凝固后膨胀或收缩，会带动探头组件2相应的移动，比如，当待凝固体4收缩时，待凝固体4带动探头组件2向模具1的内侧移动；当待凝固体4膨胀时，待凝固体4带动模具1的侧壁向模具1的外侧移动，同时带动探头组件2向模具1的外侧移动，从而使探头组件2能够随着待凝固体4形成的水泥环的径向涨缩移动，即水泥环径向涨缩量为探头组件2的移动量。

如图1所示，位移传感装置3包括管体301、设置于管体301内的滑杆302以及设置在所述管体301外侧的感应元件303，管体301的一端开口，另一端封死；滑杆302可在管体301内滑动，且滑杆302由管体301的开口处伸出，与探头组件2连接，探头组件2跟随待凝固体4的膨胀或收缩移动，带动滑杆302移动；感应元件303用于检测滑杆302的位移量，根据检测滑杆302的位移量，测量待凝固体4形成的水泥环的径向涨缩量。本申请用于测量水泥环的径向涨缩量，尤其是在水泥开始产生强度后，在此阶段水泥的收缩和膨胀都比较小，但是属晶格形变，产生的应力远大于位移传感装置的阻力。

实施例中，探头组件2设置于模具1的侧部，用于测量待凝固体4径向的变化，对于固井而言，待凝固体4在径向的收缩和膨胀才是决定后期气窜的关键。

如图1所示，本申请还包括联结件9，联结件9将探头组件2与位移传感装置3中滑杆302硬连接。比如，联结件9将探头组件2与位移传感装置3中的滑杆302螺纹连接；或者，联结件9将探头组件2与位移传感装置3中的滑杆302磁吸附；或者，探头组件2与位移传感装置3通过联结件9相抵。实施例中，联结件9实现探头组件2与位移传感装置3中的滑杆302硬连接，避免滑杆302与探头组件2的连接存在虚位，保证滑杆302能够测量探头组件2的微量变化，提高本申请测量的精度。

如图2所示，本申请实施例的位移传感系统还包括釜体5，釜体5内设有高压，该高压的形成采用向釜体5内填充液体，或者向釜体5内填充高压气体；釜体5的侧壁设有安装孔，安装孔与探头组件2对应，管体301具有开口的一端插接于安装孔内，并将安装孔密封；管体301与釜体5内的高压连通，釜体5内的高压能完全传递入管体301内，使位于釜体5内的滑杆302和位于釜体5外的滑杆302的外部压力相同，从而避免外部环境影响测量结果。管体301内的滑杆302穿过安装孔，伸入釜体5的内部，与探头组件2连接。本申请中釜体5内设有高压，使本申请能够逼真的模拟水泥浆在环空中整个凝固过程，并可连续测量记录水泥环在地测和套管的两个界面发生位移的数据；并可实际的模拟各种参数，例如：温度、地层压力。

如图3所示，滑杆302为衔铁，感应元件303为电磁感应元件，当滑杆302跟随探头组件2在管体301内移动时，滑杆302会在管体301内产生磁场变化，感应元件303检测滑杆302移动时的磁场变化，从而测量出滑杆302的位移。例如，滑杆302与感应元件303构成lvdt电磁感应传感器，感应元件303用于检测滑杆302移动时的磁场变化，通过磁场变化测量滑杆302的位移，从而测量待凝固体4的膨缩量，通过差动变压器一次采用音频电源供电，二次即可产生与滑杆302的直线位移成线性变化的音频电压输出。通过外置调制解调放大器，一方面为传感器一次供电，同时将二次音频电压转化成直流缓变讯号输出。从而实现诸如长度、厚度、位置与位移量的自动测量与控制。

如图3所示，管体301的外侧设有相对设置的限位台阶6和调零螺母7，限位台阶6位于管体301的前端，调零螺母7位于管体301的后端。调零螺母7与管体301的外侧螺纹连接，感应元件303位于限位台阶6和调零螺母7之间，感应元件303与限位台阶6之间设有调零弹簧8。调零弹簧8与调零螺母7配合保证感应元件303处于合适的位置。旋转调零螺母7能够压紧或松弛调零弹簧8，并带动感应元件303作左右移动，起到校正的目的。

如图4所示，探头组件2包括探头201、弹簧帽202以及位于弹簧帽202与探头201之间的定位弹簧203；探头201呈楔形，探头201滑动连接于模具1的侧壁上，探头201较粗的一端伸入待凝固体4内，探头201较细的一端贯穿模具1的侧壁，伸出模具1的外侧，与弹簧帽202连接，即弹簧帽202位于模具1的外侧。弹簧帽202与位移传感装置2连接，定位弹簧203夹装于弹簧帽202与模具1的外侧之间。

如图4所示，探头组件2固结于待凝固体4的部分与模具1的侧壁相抵。具体地，弹簧帽202与探头201装配在模具1的侧壁上后，压缩定位弹簧203，定位弹簧203的压缩弹力带动弹簧帽202向模具1侧壁的外侧移动，弹簧帽202同时带动探头201向模具1侧壁的外侧移动，使探头201与模具1侧壁的内侧相抵。测量待凝固体4的膨缩量时，探头201与模具1侧壁的内侧相抵的位置为起始点，当待凝固体4凝固后膨胀或收缩，会带动探头201向模具1侧壁的外侧或内侧移动，此时，探头201通过弹簧帽202带动位移传感装置3中的滑杆302移动，从而根据滑杆302的移动测量待凝固体4的膨缩量。

如图4所示，模具1的侧壁上设有与待凝固体4连通的贯穿孔，贯穿孔内设有滑套10，滑套10为聚四氟乙烯套，探头201滑动连接于滑套10内。

实施例中，位移传感装置3还包括数据采集装置，数据采集装置与感应元件303电连接，用于采集感应元件303检测出的滑杆302的位移数据，计算得出待凝固体4的膨缩量。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。