CN103437757A - 一种钻井张力计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井张力计，在应变梁顶部中间设置有一对立柱螺栓，施力螺母座固定安装在两立柱螺栓上部，施力螺母座中心开有内螺纹通孔，压块竖向滑动安装在两立柱螺栓之间，锁紧把手下部设置为螺纹杆，锁紧把手下部螺纹杆螺入施力螺母座内螺纹通孔中且底端转动安装在压块顶部，应变梁侧部向应变梁中设置有一对应变梁盲孔作为应变区，每个应变梁盲孔中分别埋入有应变片传感器、传感器信号采集电路。

Description

一种钻井张力计

技术领域

本发明涉及油田钻压测量装置领域，具体为一种钻井张力计。

背景技术

在油田钻井作业中，钻压的测量可帮助司钻保持符合要求的均匀钻压，有利于获取较好的井身质量和较高的钻速，同时还可防止超过井架或提升***能力的操作，因此有司钻的“眼睛”之称。钻压通常采用测量大钩负荷的方法间接进行测量。

目前大钩负荷一般采用膜片式力—液压传感器测量，这种传感器的结构复杂，它由承压室、压盘、滚动薄片等组成。在死绳固定器上，有一通过轴承固定在基座上的带有臂梁的滚筒，配套附件太多，体积庞大，成本太高。作业中当钢丝绳受到向上张力时，通过滚筒将其变为作用在传感器上的拉力，使传感器承压 室压力增加，即把拉力变成液压信号，改变臂梁和滚筒尺寸，或传感器承压室截面积，则用同样的液压信号表示不同的大钩负荷。这种装置并不能直接测量，而是通过测液压转换成大钩负荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻井张力计，以解决现有技术钻压无法直接测量的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种钻井张力计，包括有矩形座状的应变梁，其特征在于：所述应变梁顶部中间设置有一对立柱螺栓，两立柱螺栓沿与应变梁长边垂直的方向排列，还包括施力螺母座、锁紧把手、压块，所述施力螺母座固定安装在两立柱螺栓上部，施力螺母座中心开有内螺纹通孔，所述压块竖向滑动安装在两立柱螺栓之间，压块底部向压块内设置有中心线与应变梁长边平行的弧形压槽，所述锁紧把手下部设置为外壁成型有外螺纹的螺纹杆，锁紧把手下部螺纹杆螺入施力螺母座内螺纹通孔中并伸入施力螺母座下方、两立柱螺栓之间，且锁紧把手下部螺纹杆底端转动安装在压块顶部；

所述应变梁两侧面各设置有一对，共4只封闭的应变梁盲孔A、B、C、D作为应变区。A、B及C、D两对盲孔中心轴线分别垂直于应变梁长边方向，且A、C及B、D两对盲孔中心轴线于应变梁长边方向平行，A、B与C、D两个应变区各在应变梁中心线一侧，且与中心线距离相等。在A、B、C、D四个盲孔底部平面上按特定角度贴有一片金属应变片，组成应变全桥，及温度补偿电路；

应变梁另一侧面有一只传感器引出线端口，端口沿应变梁内侧设计有一内腔E安装变送器电路，应变全桥和变送器电路相联，变送器为应变全桥供电，同时将应变全桥输出信号经放大变成4-20ma，从应变梁端部引出线端口引出。

    所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述应变梁顶部长边方向两端分别设置有导座，每个导座顶部向导座内分别设置有中心线与应变梁长边平行的弧形槽。

所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述锁紧把手上部设置为弯曲的光杆。

所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述压块两侧分别设置有弧形槽状的滑槽，且压块两侧滑槽分别套在对应侧立柱螺栓上与对应侧立柱螺栓滑动配合。

本发明的优点为：

1.本发明结构简单，不需另外附加配件。体积小，结构紧凑，重量轻，加工成本低。

2.本发明安装方便，单人1~2个动作即可完成捆定工作，维修拆卸方便。

3. 本发明捆在钻机死绳上，直接测量死绳张力，测量精度高。

4. 本发明温度补偿，传感器信号采集电路都埋在应变区盲孔内，与应变梁融为一体。防潮、防震，还可根据用户要求输出0-5VDC，4-20mA及数字信号。

附图说明

图1为本发明结构立体示意图。

图2为本发明结构侧视图。

图3为本发明结构正视图。

图4钢丝绳拉力与钻柱重力间关系示意图。

图5为本发明受力分析原理示意图。

图6应变梁界面示意图。

图7电器元理图。

具体实施方式

如图1—图3所示。一种钻井张力计，包括有矩形座状的应变梁1，应变梁1顶部中间设置有一对立柱螺栓2，两立柱螺栓2沿与应变梁1长边垂直的方向排列，还包括施力螺母座3、锁紧把手4、压块5，施力螺母座3固定安装在两立柱螺栓2上部，施力螺母座3中心开有内螺纹通孔，压块5竖向滑动安装在两立柱螺栓2之间，压块5底部向压块5内设置有中心线与应变梁1长边平行的弧形压槽6，锁紧把手4下部设置为外壁成型有外螺纹的螺纹杆41，锁紧把手4下部螺纹杆41螺入施力螺母座3内螺纹通孔中并伸入施力螺母座3下方、两立柱螺栓2之间，且锁紧把手4下部螺纹杆41底端转动安装在压块5顶部；

如图6所示，所述应变梁两侧面各设置有一对，共4只封闭的应变梁盲孔A、B、C、D作为应变区。A、B及C、D两对盲孔中心轴线分别垂直于应变梁长边方向，且A、C及B、D两对盲孔中心轴线于应变梁长边方向平行。A、B与C、D两个应变区各在应变梁中心线一侧，且与中心线距离相等。在A、B、C、D四个盲孔底部平面上按特定角度贴有一片金属应变片，组成应变全桥，及温度补偿电路。

见图7 应变梁另一侧面有一只传感器引出线端口，端口沿应变梁内侧设计有一内腔E安装变送器电路。应变全桥和变送器电路相联，变送器为应变全桥供电，同时将应变全桥输出信号经放大变成4-20ma，从应变梁端部引出线端口引出。

    应变梁1顶部长边方向两端分别设置有导座7，每个导座7顶部向导座7内分别设置有中心线与应变梁1长边平行的弧形槽71。

锁紧把手4上部设置为弯曲的光杆42。

压块5两侧分别设置有弧形槽状的滑槽，且压块5两侧滑槽分别套在对应侧立柱螺栓2上与对应侧立柱螺栓2滑动配合。

本发明的应变梁两端各设计一只导座，导座中间有弧形槽，应变梁中部两立柱螺栓、施力螺母座、锁紧把手、压块构成固定钢丝绳装置，当钢丝绳从应变梁两端导座弧形槽中穿过时，其中间部位穿过固定钢丝绳装置的两立柱螺栓之间，并被固定钢丝绳装置中压块压紧。在应变梁中心两侧设计有封闭的盲孔作为应变区，应变区内贴有应变片。

钻井作业时，钢丝绳张力T，将产生对应变梁的压力P，在压力P作用下，应变梁产生拉伸与压缩形变，此形变对应变梁产生相应切应力。

根据材料力学中茹拉夫斯公式，通过计算在适当选取应变梁宽，应变梁高及盲孔直径，应变片传感器厚度后，当应变梁受到钢丝绳张力时，应变片传感器即输出相应电压信号，此电压信号是和应变片传感器能受压力成正比的，换言之，通过应变片传感器输出信号即直接测量出钢丝绳所受张力，进而得知钻压值。

由图4可见，大钩负荷由游动车的钢丝绳分担，只要测量出钢丝绳张力即可算出大钩负荷，从而得到钻压。由于钻井过程中，死绳即承受了与大钩负荷成正比的张力T，又不发生运动，因而可通过测量死绳张力间接测量大钩负荷。

从图5分析可知：整个张力计所受压力  P=2TcosQ/2   当测量得到应变片传感器所受压力P，即可得知钢丝绳张力T。

Claims (4)

1.一种钻井张力计，包括有矩形座状的应变梁，其特征在于：所述应变梁顶部中间设置有一对立柱螺栓，两立柱螺栓沿与应变梁长边垂直的方向排列，还包括施力螺母座、锁紧把手、压块，所述施力螺母座固定安装在两立柱螺栓上部，施力螺母座中心开有内螺纹通孔，所述压块竖向滑动安装在两立柱螺栓之间，压块底部向压块内设置有中心线与应变梁长边平行的弧形压槽，所述锁紧把手下部设置为外壁成型有外螺纹的螺纹杆，锁紧把手下部螺纹杆螺入施力螺母座内螺纹通孔中并伸入施力螺母座下方、两立柱螺栓之间，且锁紧把手下部螺纹杆底端转动安装在压块顶部；

所述应变梁两侧面各设置有一对，共4只封闭的应变梁盲孔A、B、C、D作为应变区，A、B及C、D两对盲孔中心轴线分别垂直于应变梁长边方向，且A、C及B、D两对盲孔中心轴线于应变梁长边方向平行，A、B与C、D两个应变区各在应变梁中心线一侧，且与中心线距离相等，在A、B、C、D四个盲孔底部平面上按特定角度贴有一片金属应变片，组成应变全桥，及温度补偿电路；

应变梁另一侧面有一只传感器引出线端口，端口沿应变梁内侧设计有一内腔E安装变送器电路，应变全桥和变送器电路相联，变送器为应变全桥供电，同时将应变全桥输出信号经放大变成4-20ma，从应变梁端部引出线端口引出。

2.根据权利要求1所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述应变梁顶部长边方向两端分别设置有导座，每个导座顶部向导座内分别设置有中心线与应变梁长边平行的弧形槽。

3.根据权利要求1所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述锁紧把手上部设置为弯曲的光杆。

4.根据权利要求1所述的一种钻井张力计，其特征在于：所述压块两侧分别设置有弧形槽状的滑槽，且压块两侧滑槽分别套在对应侧立柱螺栓上与对应侧立柱螺栓滑动配合。

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