一种基于压电晶体的抽油机井下自供电测量装置的制作方法

本发明涉及一种测量装置，具体说是基于压电晶体的抽油机井下自供电测量装置。

背景技术：

在如今的采油工程中，有各式各样的采油方式，但是最主要使用的是有杆采油的方式。有杆采油使用细长的抽油杆连接着地下数千米的抽油泵，通过固定在地面的抽油机带动抽油杆上下运动达到抽油目的。

抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接抽油机的悬绳器，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62、8或9.14米，材质一般是低碳合金钢经过调质处理,单根抽油杆的两端加工成外螺纹，然后用一种叫接箍的标准连接件将一根根抽油杆连接起来，接箍的两端加工成内螺纹，长度一般为100毫米左右，外径比抽油杆稍大，这样在油管内通过抽油杆将地下油层处的油泵活塞与抽油机“驴头”上的悬绳器相连接，通过抽油机往复运动来泵油。

目前随着油价的下跌，各油田生产单位越来越重视生产节能增效，如对抽油机改为变频控制，实现可调的抽油频次，对注水井的注水压力和流量的优化改变来提升产油量，但目前这些参数的设定均是基于操作人员的经验，因为缺乏井下环境数据的测量，如注水井中注水压力和流量均很大，在油井中抽上来的是含水量很高的原油，就会造成能量的极大浪费。另一方面，目前的油井深度一般在2～3千米左右，新疆克拉玛依的油井深度可达6～7千米，而井下工况十分复杂，工作环境非常恶劣，不仅受到机、杆、泵等抽油设备的影响，还直接受到砂、蜡、气、水的影响，故障率很高，为了保证抽油井正常生产，延长抽油设备使用寿命，就必须及时、准确地掌握抽油井的工作状况，诊断抽油井所存在的故障。

我国现有的油井在生产过程中，几乎没有对油井井下环境参数进行监测，目前对于抽油井的工况主要通过采油工程技术员对抽油机示功图的分析和油井的管理经验确定，诊断结果准确性不高，情况复杂时只能通过抽出所有井下抽油杆和油管来查探情况，但该方法容易导致判断错误或投入不必要的测试作业费，并且很少存在可以直接检测井下其他数据的测量装置。专利网公布了“一种利用压电技术发电的流体管道系统”（申请号：201510039957.1）这种发电的装置可以实现将流体流动产生的动能转换成电能，但是并不适用在油田抽油的环境中，因为抽油井的抽油管道中有抽油杆，抽油杆并不会转动。专利网公布的“一种压电式流体发电机”（申请号：201610459316.6）是通过将流体流动过程中的脉动，带动压电薄膜的振动来达到发电的目的，这种装置同样不适合油田抽油的环境。专利网公布的“一种抽油杆井下受力测量装置”（申请号：201310399077.6）这种井下受力测试装置虽然可以通过设计了一个测试短节连接在抽油杆上测试井下的压力但是其电源是通过大容量蓄电池的方式供电，实际上井下空间非常有限，不可能提供很大容量的蓄电池，充电不方便，只有当修井时取出更换才行，一旦修井周期较长，电池可能已耗完，影响工作。专利网公布的“井下密封式载荷传感器”（申请号：200910072873.2）与前者类似，但是同样没有解决前面所述的问题。常见的自供电测量装置如专利网公布的“一种拉压式振动俘能器”（申请号：201510007482.8）是一种通过振动体带动惯性块运动从而使得压电振子振动发电，但是该发明是单端固定在振动体上的，与抽油环境并不能很好地相适应。除此之外也有人尝试直接放电缆下去，但是在抽油过程中电线易被拉断，同时布线后也会干扰修井工作。

技术实现要素：

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供抽油机油井井下自供电测量装置，其可以实现测量装置自供电，结构简单，安装方便，适应性强，可以用在多种抽油机井下测量装置的供电上。

本发明采取的技术方案是：短节安装在两根抽油杆之间用于替代接箍的作用，短节的两端都设置有内螺纹，可以和抽油杆杆端的外螺纹配合；短节外圆上均布铣出10～20道轴向槽，每道槽内均布着4～8块压电发电块，每块压电发电块由半圆挤压头和压电晶体粘接而成，压电发电块通过粘接的方式固定在短节槽上；短节上还有一系列的小孔，这些小孔处于每块压电发电块的下方，使得压电晶体发电两极引出的导线可以进入短节内部，所有的导线连接端制成接插件母头；上下固定架套在短节外并通过螺钉固定在短节上，固定架开口为上大下小的喇叭口，喇叭口的大口朝向抽油杆，使得流过旋转体的油液速度加快，有利于发电，旋转体套在短节上并且夹在上下两个固定架之间并留有一定间隙，旋转体内壁上铣出了螺旋的叶片，叶片的末端挤压着半圆挤压头，当液体通过时旋转体可以绕着短节旋转；螺纹封盖上有方形的小孔，使用工具可以旋转螺纹封盖，上螺纹封盖没有卡扣，下螺纹封盖有四个卡扣，测量装置外壳通过四个卡槽固定在下螺纹封盖上，测量装置封盖上也有四个卡扣可以固定在测量装置外壳上，测量装置封盖上还有一个开口，用于固定接插件公头，装置内部安装有传感器，蓄电池和柔性印刷电路板；传感器，蓄电池都和柔性印刷电路板相连，柔性印刷电路板上引出导线与固定在测量装置封盖上的接插件公头相连，接插件公头和母头相连。

抽油机工作时，抽油杆在抽油管中上下运动，抽油管中充满着油液，抽油杆一个冲程中，旋转体内通过油液，由于旋转体内部的叶片存在，旋转体旋转，叶片与半圆挤压头接触挤压半圆挤压头，半圆挤压头挤压压电晶体，在旋转过程中每一个压电晶体都经历了挤压-放松的过程，压电晶体产生电能通过导线传入柔性印刷电路板，柔性印刷电路板中具有整流稳压电路、充放电管理电路可以将交变的电流转化成直流充入蓄电池中,传感器可以根据测试要求更换，柔性印刷电路板中更换为相应的传感信号放大、调理电路，通过蓄电池供电，并将数据存储在柔性印刷电路板的内存中。

进一步，短节与抽油杆相连，短节要具有足够的强度，采用优质的碳素结构钢为原料制造而成，具有不易生锈，不易腐蚀的特点，其外形与接箍相仿，长度略长，两端为内螺纹，可代替接箍标准件。

进一步，所述的四个卡扣和下螺纹封盖是一体化制造的，卡扣和下螺纹封盖可以是塑料制成。

进一步，所述的旋转体内部的叶片和旋转体是一体的，并且具有一定的强度和较高耐磨性，使得在旋转过程中磨损较小。

在本发明中，利用抽油杆和油液相对运动，将机械能转化成电能，可以实现抽油井下的自供电测量。

本发明的优点在于，1.可以在传统的线缆式供电难以实现的抽油井下通过自供电实现井下环境参数的检测，同时相对于现用的井下测量装置的发明，具有不必隔一段时间就更换一次蓄电池的优点；2.由于是在井下直接测量温度，其准确性较高，而且结构简单不需要对现有的抽油杆做改动即可使用；3.可以根据不同的测试条件，更换不同的传感器和电路，以实现井下不同环境参数额测量。

附图说明

图1是抽油井的结构示意图。

图2是本发明的安装视图。

图3是本发明的剖视图。

图4是本发明的爆炸视图。

图5是旋转体的结构示意图。

图6是下螺纹封盖的侧视图。

图7是下螺纹封盖的俯视图。

图8是测试装置的示意图。

图中套管1，绝缘扶正器2，油管3，抽油杆4，上抽油杆41，下抽油杆42，井下自供电测量装置5，短节51，上橡胶密封盖521，下橡胶密封盖522，上螺纹封盖531，下螺纹封盖532，卡扣5321，上固定架541，下固定架542，旋转体55，旋转体叶片551，测试装置封盖561，测试装置外壳562，传感器563，柔性印刷电路板564，蓄电池565，压电发电块57，压电晶体571，半圆挤压头572，接箍6。

具体实施方式

如图1和图2和图3和图4和图5和图6和图和图8所示，抽油井由套管1，绝缘扶正器2，油管3组成，其中抽油杆4在油管3之中运动。现有的抽油杆一般由接箍6连接，本发明的短节51可以代替接箍，在所需要测量的位置，将接箍6替换成短节51，短节51安装在两根抽油杆之间用于替代接箍的作用，短节51的两端都设置有内螺纹，可以和抽油杆端的外螺纹配合，固定在上抽油杆41和下抽油杆42之间；短节51外圆上均布铣出10～20道轴向槽，每道槽内均布着4～8块压电发电块57，每块压电发电块57由半圆挤压头572和压电晶体571粘接而成，压电发电块57通过粘接的方式固定在短节51的槽上；短节51上还有一系列的小孔，这些小孔处于每块压电发电块57的下方，使得压电晶体571发电两极引出的导线可以进入短节51内部，所有的导线连接端同极性并联后制成接插件母头；上下固定架541和542套在短节51外并通过螺钉固定在短节51上，旋转体55套在短节51上并且夹在上下两个固定架541和542之间，并留有一定间隙，确保旋转体55不会上下窜动，旋转时又不被卡死。旋转体55内壁上铣出了螺旋的叶片，叶片的末端挤压着半圆挤压头572，当液体通过时旋转体55可以绕着短节51旋转；螺纹封盖上有方形的小孔，使用工具可以旋转螺纹封盖，上螺纹封盖531没有卡扣，下螺纹封盖532有四个卡扣5321，测量装置外壳通过四个卡槽固定在下螺纹封盖532上，测量装置封盖561上也有四个卡扣可以固定在测量装置外壳562上，测量装置封盖561上还有一个开口，用于固定接插件公头，装置内部安装有传感器563，蓄电池565和柔性印刷电路板564；传感器563，蓄电池565都和柔性印刷电路板564相连，柔性印刷电路板564上引出导线与固定在测量装置封盖561上的接插件公头相连，接插件公头和母头相连。

抽油机工作时，抽油杆在抽油管中带动泵上下运动，抽油管中充满油液，抽油杆一个冲程中，例如在上提过程中，上固定架541上的油液被挤压，会通过541的上端喇叭口加速通过下端的槽口，并进入旋转体55内，由于旋转体55内部的叶片存在，旋转体55旋转，叶片与半圆挤压头572接触挤压半圆挤压头572，半圆挤压头572挤压压电晶体571，在旋转过程中每一个压电晶体571都经历了挤压-放松的过程，压电晶体571产生电能通过导线传入柔性印刷电路板564，柔性印刷电路板564中具有整流稳压电路、充放电管理电路可以将交变的电流转化成直流充入蓄电池565中,传感器563可以根据测试要求更换，柔性印刷电路板564中更换为相应的传感信号放大、调理电路，通过蓄电池565供电，并将数据存储在柔性印刷电路板564的内存中。

短节51与抽油杆相连，短节51要具有足够的强度，采用优质的碳素结构钢为原料制造而成，具有不易生锈，不易腐蚀的特点，其外形与接箍相仿，长度略长，两端为内螺纹，可代替接箍标准件。

所述的四个卡扣5321和下螺纹封盖532是一体化制造的，卡扣5321和下螺纹封盖532可以是塑料制成。

所述的旋转体55内部的叶片551和旋转体55是一体的，并且具有一定的强度和较高耐磨性，使得在旋转过程中磨损较小。

橡胶密封盖直径比短节内径略大一下，短节的每个通孔都通过胶封做好了防水防油处理，可以防止外界的油液等杂质进入短节内部。

本文中所描述的具体实施实例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。