專利名稱：一種管柱狀態(tài)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油水井中作業(yè)管柱狀態(tài)檢測用的一種管柱 狀態(tài)檢測裝置。
技術(shù)背景
在油田開發(fā)中后期，地層壓力降低，高溫高壓注水開采已經(jīng)成為 保持穩(wěn)定高產(chǎn)的基本措施。然而一些套管變形或發(fā)生腐蝕、斷裂等缺 陷的套管變形井在高壓分層注水時(shí)出現(xiàn)注水分隔器破壞失效，甚至注 水失敗。目前關(guān)于油田井下管柱狀態(tài)受力的理論研究已有很多，但對 管柱在井下的真實(shí)狀態(tài)卻了解的較少。尤其是采用高壓分層擠注式開 采工藝的套變井，由于井下注水管柱受套管內(nèi)徑縮小變形等影響，實(shí) 際受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與理論往往相差很大，因此需要研制一種井下管柱 狀態(tài)檢測裝置，檢測井下作業(yè)時(shí)一定溫度、壓力狀態(tài)下管柱的受力及 管柱滑動(dòng)變化情況。現(xiàn)在油田井下溫度、壓力、管柱拉力等測量，基 本上都是單參數(shù)測量。而管柱滑動(dòng)位移的精確測量仍較難解決，通常 的位移傳感器在井下很難達(dá)到要求
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種管柱狀態(tài)檢測裝置，該裝置解決了 現(xiàn)有技術(shù)中存在的油田井下溫度、壓力、管柱拉力等測量，基本上都 是單參數(shù)測量，而管柱滑動(dòng)位移的精確測量仍較難解決的問題。實(shí)現(xiàn) 井下管柱溫度、壓力、井下管柱軸向力，管柱滑動(dòng)位移一體化測量。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種管柱狀態(tài) 檢測裝置采用模塊化思想設(shè)計(jì)，該裝置由井下和地面兩大部分構(gòu)成 井下部分由傳感器、信號調(diào)理電路、單片機(jī)、存儲器、電池及控制電 路組成，安裝在一個(gè)特制的管柱內(nèi)，構(gòu)成井下測試短節(jié)。井下測試短 節(jié)以單片機(jī)為核心，完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)初步處理和存儲，以及上位 機(jī)軟件通訊。地面部分包括上位機(jī)軟件和RS232接口電路。上位機(jī)軟 件實(shí)現(xiàn)與井下測試短節(jié)的單片機(jī)通訊、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)接收，并對數(shù)
據(jù)進(jìn)行處理、顯示、保存及打印等。井下測試短節(jié)通過RS232接口電 路與上位機(jī)軟件電連接，實(shí)現(xiàn)串口通訊。工作時(shí)，井下測試短節(jié)連接 在管柱上，隨管柱一起下井，根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，智能化采集管柱 的受力，滑動(dòng)位移及周圍液體的壓力、濕度等參數(shù)信息，數(shù)據(jù)初步處 理后，記錄到存儲器中，供上位機(jī)軟件處理。井下測試短節(jié)是整個(gè)裝 置的核心部分，井下測試短節(jié)由保護(hù)筒、拉壓力測試筒、密封圈A、 應(yīng)變片倉、接口電路及開關(guān)倉、密封圈B、位移及濕度檢測筒、內(nèi)筒、 儀器倉外筒、連接固定組件、電子儀器倉、壓力傳感器安裝座、密封
圈C、調(diào)態(tài)彈簧組成保護(hù)筒上端設(shè)有螺紋與拉壓力測試筒螺紋連接，
對應(yīng)變片倉和接口電路及開關(guān)倉提供保護(hù)并利用密封圈實(shí)現(xiàn)壓力密 封，保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受外部高壓流體影響。拉壓力測試筒上端是標(biāo)準(zhǔn) 油管扣，實(shí)現(xiàn)與注水管柱絲扣連接，下端與位移及溫度檢測筒螺紋連 接。拉壓力測試筒內(nèi)設(shè)有通孔，可通過作業(yè)鋼球。在拉壓力測試筒的 中間部位切出環(huán)形槽，且在相對的部位加工出平面用于粘應(yīng)變片。位 移及溫度檢測筒兩端均有螺紋分別與拉壓力測試筒、儀器倉外筒螺紋連接，并通過密封圈B實(shí)現(xiàn)管體內(nèi)外的密封。位移及溫度檢測筒筒壁 設(shè)有凹槽安裝擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾輪位移測量組件及溫度傳感器。內(nèi)筒
一端通過密封圈B與拉壓力測試筒形成內(nèi)密封，另一端與壓力傳感器
安裝座焊接，其內(nèi)通徑可使鋼球通過，并將內(nèi)部高壓液體與其它部件 隔開，且與儀器倉外筒形成弧形電子倉。連接固定組件用螺栓與內(nèi)筒 固定，且通過螺栓與位移及溫度檢測筒連接，限制內(nèi)筒周向旋轉(zhuǎn)而允 許其軸向在一定方位內(nèi)滑動(dòng)，避免連接線剪斷且可微量移動(dòng)保證內(nèi)外 筒的裝配要求。電子儀器倉內(nèi)安裝各種電子元件和電池，調(diào)整彈簧具 有軸向間隙補(bǔ)償作用。井下測試短節(jié)結(jié)構(gòu)從徑向分為內(nèi)筒和外筒兩部
分；軸向分為三部分軸向拉壓力測試段、位移測試段、儀器倉段。 管柱滑動(dòng)位移的測量采用擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾輪方法測量:將兩物體的 相對直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用霍爾元件檢測滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 角度和方向來計(jì)算位移。位移測量組件結(jié)構(gòu)，為位移及溫度測量筒放 大結(jié)構(gòu)，由位移及溫度測量筒B、滾動(dòng)輪、霍爾傳感器組件、控制塞、 擺桿、彈簧組成；測量位移的滾動(dòng)輪裝在擺桿上依靠彈簧推動(dòng)擺桿的 壓力使?jié)L動(dòng)輪緊貼在管壁上。滾動(dòng)輪在摩擦力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)、計(jì)算滾 輪周長滾過的距離就是井下管柱的滑動(dòng)位移量。為了測量滾動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng) 量，在靠近滾輪的側(cè)面安裝兩個(gè)開關(guān)型霍爾元件。當(dāng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小 磁柱每經(jīng)過霍爾傳感器組件一次，就會發(fā)出一個(gè)脈沖信號，并根據(jù)磁 柱個(gè)數(shù)和分布角度以及滾輪周長就可以計(jì)算出井下管柱滑動(dòng)位移量。 各種傳感器的輸出信號，經(jīng)過調(diào)理電路的放大、濾波處理，連接到單 片機(jī)的A/D采樣口信號經(jīng)過初步處理后存儲到單片機(jī)的存儲器中。待作業(yè)完成后，井下測試短節(jié)提出地面，利用RS232接口電路實(shí)現(xiàn)上位 機(jī)軟件與測試短節(jié)內(nèi)部單片機(jī)的通訊，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后繪出圖形和數(shù) 據(jù)顯示。
本實(shí)用新型的有益效果是實(shí)現(xiàn)井下管柱溫度、壓力、井下管柱 軸向力、管柱滑動(dòng)位移一體化測量；本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種擺動(dòng)式機(jī)
械接觸滾輪測量位移的方法，將直線位移轉(zhuǎn)化為角位移測量，并基于 霍爾元件進(jìn)行位移檢測，具有很強(qiáng)適應(yīng)性，可應(yīng)用在潮濕、高溫等惡 劣環(huán)境。


圖1為本實(shí)用新型整體布設(shè)框架示意圖。
圖2是本實(shí)用新型井下測試短節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型位移測量組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、微機(jī)及軟件，2、 RS232接口電路，3、傳感器，4、信號 調(diào)理電路，5、單片計(jì)算機(jī)，6、存儲器，7、電池及控制電路，8、保 護(hù)筒，9、拉壓力測試筒，10、密封圈A， 11、應(yīng)變片倉，12、接口 電路及開關(guān)倉，13、密封圈B， 14、位移及溫度檢測筒，15、內(nèi)筒， 16、儀器倉外筒，17、連接固定組件，18、電子儀器倉，19、壓力傳 感器安裝座，20、密封圈C， 21、調(diào)整彈簧，22、位移及溫度檢測筒 A， 23、滾動(dòng)輪，24、霍爾傳感器組件，25、控制塞，26、擺桿，27、 彈簧。
具體實(shí)施方式
在圖1中， 一種管柱狀態(tài)檢測裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，該裝置由井下和地面兩大部分構(gòu)成井下部分由傳感器3、信號調(diào)理電路4、單
片機(jī)5、存儲器6、電池及控制電路7組成，安裝在一個(gè)特制的管柱
內(nèi)，構(gòu)成井下測試短節(jié)。井下測試短節(jié)以單片機(jī)為核心，完成數(shù)據(jù)采 集，數(shù)據(jù)初步處理和存儲，以及上位機(jī)軟件通訊。地面部分包括上位
機(jī)軟件1和RS232接口電路2。上位機(jī)軟件1實(shí)現(xiàn)與井下測試短節(jié)的 單片機(jī)5通訊、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)接收，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、保 存及打印等。井下測試短節(jié)通過了 RS232接口電路2與上位機(jī)軟件1 電路連接，實(shí)現(xiàn)串口通訊。工作時(shí)，井下測試短節(jié)連接在管柱上，隨 管柱一起下井，根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，智能化采集管柱的受力，滑動(dòng) 位移及周圍液體的壓力、濕度等參數(shù)信息，數(shù)據(jù)初步處理后，記錄到 存儲器中，供上位機(jī)軟件處理。
在圖2中，井下測試短節(jié)是整個(gè)裝置的核心部分，井下測試短節(jié) 由保護(hù)筒8、拉壓力測試筒9、密封圈AIO、應(yīng)變片倉ll、接口電路 及開關(guān)倉12、密封圈B13、位移及濕度檢測筒14、內(nèi)筒15、儀器倉 外筒16、連接固定組件17、電子儀器倉18、壓力傳感器安裝座19、 密封圈C20、調(diào)整彈簧21組成保護(hù)筒8上端與拉壓力測試筒9螺 紋連接，對應(yīng)變片倉11和接口電路及開關(guān)倉12提供保護(hù)并利用密封 圈A10實(shí)現(xiàn)壓力密封，保證內(nèi)部不受外部高壓流體影響。拉壓力測試 筒9上端、與注水管柱絲扣連接，下端與位移及溫度檢測筒14螺紋 連接，拉壓力測試筒9內(nèi)設(shè)有通？L，可通過鋼球來歷測試筒9中部設(shè) 有環(huán)形槽，且在相應(yīng)部位加工出平面用于粘貼應(yīng)變片；位移及溫度檢 測筒14兩端分別與拉壓力測試筒9、儀器倉外筒16螺紋連接，用密封圈A10密封；位移及溫度檢測筒筒壁設(shè)有凹槽安裝擺動(dòng)式機(jī)械接觸
滾輪位移測量組件及溫度傳感器；內(nèi)筒15 —端通過密封圈B13與拉 壓力測試筒9形成內(nèi)密封，另一端與壓力傳感器安裝座19焊接，且 與儀器倉外筒16形成環(huán)形電子倉；連接固定組件17用螺栓與內(nèi)筒 15固定，且通過螺栓與位移及溫度檢測筒14連接，電子儀器倉18 內(nèi)安裝各種電子元件和電池，調(diào)整彈簧21具有軸向間隙補(bǔ)償作用； 井下測試短節(jié)結(jié)構(gòu)從徑向分為內(nèi)筒和外筒；軸向分為拉壓力測試段、 位移測試段、儀器倉段。管柱滑動(dòng)位移的測量采用擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾 輪方法測量將兩軸體的相對直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用霍 爾元件檢測滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向來計(jì)算位移。在圖3中，位移測 量組件結(jié)構(gòu)，為位移及溫度測量筒放大結(jié)構(gòu)，由位移及溫度測量筒 B22、滾動(dòng)輪23、霍爾傳感器組件24、控制塞25、擺桿26、彈簧27 組成；測量位移的滾動(dòng)輪23裝在擺桿26上。滾動(dòng)輪23在摩擦力的 作用下轉(zhuǎn)動(dòng)、計(jì)算滾輪周長滾過的距離就是井下管柱的滑動(dòng)位移量。 為了測量滾動(dòng)輪23的轉(zhuǎn)動(dòng)量，在靠近滾輪的側(cè)面安裝兩個(gè)開關(guān)型霍 爾元件。當(dāng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小磁柱每經(jīng)過霍爾傳感器組件24—次，就 會發(fā)出一個(gè)脈沖信號，并根據(jù)磁柱個(gè)數(shù)和分布角度以及滾輪周長就可 以計(jì)算出井下管柱滑動(dòng)位移量。各種傳感器的輸出信號，經(jīng)過調(diào)理電 路4的放大、濾波處理，連接到單片機(jī)的A/D采樣口，信號經(jīng)過初步 處理后存儲到單片機(jī)的存儲器6中。待作業(yè)完成后，井下測試短節(jié)提 出地面，利用RS232接口電路2實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件1與測試短節(jié)內(nèi)部單 片機(jī)5的通訊，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后繪出圖形和數(shù)據(jù)顯示
權(quán)利要求1、一種管柱狀態(tài)檢測裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)裝置由井下和地面兩大部分組成地面部分由上位機(jī)軟件(1)和RS232接口電路(2)組成，井下部分由計(jì)算機(jī)控制部分和井下測試短節(jié)結(jié)構(gòu)部分組成；井下部分由傳感器(3)、信號調(diào)理電路(4)、單片機(jī)(5)、存儲器(6)、電池及控制電路(7)構(gòu)成。井下測試短節(jié)是整個(gè)裝置的核心部分，井下測試短節(jié)由保護(hù)筒(8)、拉壓力測試筒(9)、密封圈A(10)、應(yīng)變片倉(11)、接口電路及開關(guān)倉(12)、密封圈B(13)、位移及溫度檢測筒(14)、內(nèi)筒(15)、儀器倉外筒(16)、連接固定組件(17)、電子儀器倉(18)、壓力傳感器安裝座(19)、密封圈C(20)、調(diào)整彈簧(21)構(gòu)成，位移測量組件，由位移及溫度測量筒B(22)、滾動(dòng)輪(23)、霍爾傳感器組件(24)、控制塞(25)、擺桿(26)、彈簧(27)構(gòu)成，其特征在于計(jì)算機(jī)井下控制部分中各部件之間均為電路連接，而構(gòu)成井下測試短節(jié)，安裝在一個(gè)特制的管柱內(nèi)，該短節(jié)以單片機(jī)(5)為核心，完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)初步處理和存儲，以及與上位機(jī)軟件(1)通訊，地面部分上位機(jī)軟件(1)實(shí)現(xiàn)與井下部分測試短節(jié)的單片機(jī)(5)通訊、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)接受，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、保存及打??；井下測試短節(jié)通過RS232接口電路與上位機(jī)軟件電路連接，實(shí)現(xiàn)串口通訊；井下測試短節(jié)中的保護(hù)筒(8)，上端與拉壓力測試筒螺紋連接，對應(yīng)變片倉(11)和接口電路及開關(guān)倉(12)提供保護(hù)并利用密封圈A(10)實(shí)現(xiàn)壓力密封，拉壓力測試筒(9)上端與注水管柱絲扣連接，其下端與位移及溫度檢測筒(14)壓力測試筒內(nèi)部設(shè)有可通過鋼球的孔，其中部設(shè)有環(huán)形槽，且在相應(yīng)位置加工出平面用于粘貼應(yīng)變片；位移及溫度測量筒(14)分別與拉壓力測試筒(9)、儀器倉外筒(16)螺紋連接用密封圈A(10)密封；位移及溫度檢測筒設(shè)有凹槽，安裝在擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾輪位移測量組件及溫度傳感器；內(nèi)筒(15)一端通過密封圈B(13)與拉壓力測試筒(9)構(gòu)成內(nèi)密封，另一端與壓力傳感器安裝座(19)焊接，且與儀器倉外筒形成環(huán)形電子倉；連接固定組件(17)用螺栓固定于內(nèi)筒(15)上，且與位移及溫度檢測筒(14)螺栓連接，電子儀器倉內(nèi)(18)安裝各種電子元件和電池，調(diào)解彈簧(21)可調(diào)節(jié)間隙；井下測試短節(jié)結(jié)構(gòu)徑向分為內(nèi)管和外筒；軸向分為軸向拉壓力測試段、位移測試段、儀器倉段；位移測量組件結(jié)構(gòu)中測量位移的滾動(dòng)輪(23)安裝在擺桿(26)上，依靠彈簧(27)推動(dòng)擺桿(26)使?jié)L動(dòng)輪(23)緊貼在管壁上；在靠近滾輪的側(cè)面安裝兩個(gè)開關(guān)型霍爾元件(24)中的2個(gè)開關(guān)型霍爾元件；各種傳感器的輸出信號，經(jīng)過調(diào)理電路(14)的放大、濾波處理，連接到單片機(jī)的A/D采樣口，信號經(jīng)過初步處理后存儲到單片機(jī)的存儲器(16)中，待作業(yè)完成后，井下測試短節(jié)提出地面，利用RS232接口電路(2)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件(1)與測試短節(jié)內(nèi)部單片機(jī)(5)的通訊，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后繪出圖形和數(shù)據(jù)顯示。
專利摘要一種油水井中作業(yè)管柱狀態(tài)檢測用的一種管柱狀態(tài)檢測裝置由井下和地面兩大部分構(gòu)成井下部分由傳感器、信號調(diào)理電路、單片機(jī)、存儲器、電池及控制電路組成，地面部分包括上位機(jī)軟件和RS232接口電路組成；井下測試短節(jié)是整個(gè)裝置的核心部分，井下測試短節(jié)由保護(hù)筒、拉壓力測試筒、密封圈A、應(yīng)變片倉、接口電路及開關(guān)倉、密封圈B、位移及濕度檢測筒、內(nèi)筒、儀器倉外筒、連接固定組件、電子儀器倉、壓力傳感器安裝座、密封圈C、調(diào)整彈簧組成。利用RS232接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件與測試短節(jié)內(nèi)部單片機(jī)的通訊，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后繪出圖形和數(shù)據(jù)顯示。該裝置解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的溫度壓力、管柱拉力，等單參數(shù)測量滑動(dòng)位移難測的問題；可廣泛用于油氣井管柱狀態(tài)多參數(shù)檢測作業(yè)。
文檔編號E21B47/00GK201292838SQ200820219679
公開日2009年8月19日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者雷 余, 吳興國, 晨 喻, 尚憲飛, 朱太輝, 敏 李, 李敬東, 王春杰, 濤 蘇, 旭 鄧, 陳振剛 申請人:中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司