CN107387059A - 一种井下工程参数测量仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下工程参数测量仪器，包括无磁外壳、电池、电路板、传感器组件和应变片组，无磁外壳上沿周向设有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和多个成对设置的第四凹槽，每对第四凹槽均相对于无磁外壳的轴线互为对称；电池容置于第一凹槽与第一盖板连接形成的腔室中；电路板容置于第二凹槽与第二盖板连接形成的腔室中；传感器组件容置于第三凹槽与第三盖板连接形成的腔室中；应变片组容置于第四凹槽与第四盖板连接形成的腔室中；电池、应变片组和传感器组件均与电路板连接。本发明实现了井下仪器工程参数动态测量，数据可靠、准确性高，且结构简单、安装拆卸方便，后期维修容易。
Description
技术领域
本发明涉及井斜随钻测量技术领域，具体涉及一种井下工程参数测量仪器。
背景技术
为了提高钻井作业的科学性和安全性，掌握钻井管具的受力状态和运动规律，地面工程技术人员需要更好的了解井下的工程参数——钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力、环空压力及振动等。
目前国内外钻井施工过程中，获取井下工程参数如钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力及环空压力等的方法主要有地面(或近井口)间接获取、井下直接获取两种，其中间接获取的方法由于成本低而最为常用。对钻压的测量和了解主要是利用地面指重表，但地面测量的数据不能真实的反应作用在钻头上的钻压；对扭矩的测量，是在井口装置或电机轴上进行，更不是钻头处的作用扭矩；对环空压力、弯曲应力等工程参数，地面更是无法了解。随着现代电子测量技术的发展，各种传感器和数据处理装置已经能够从井下恶劣的环境中获取数据并处理。
因此，有必要提供一种用于测量井下仪器工程参数的装置，实现钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力及环空压力的测量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种井下工程参数测量仪器，包括无磁外壳、电池、电路板、传感器组件和应变片组，
所述无磁外壳上沿周向设有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和多个成对设置的第四凹槽，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均靠近所述无磁外壳的一端设置，多个所述第四凹槽均靠近所述无磁外壳的另一端设置，每对所述第四凹槽均相对于所述无磁外壳的轴线互为对称；
所述电池容置于所述第一凹槽与第一盖板连接形成的腔室中；
所述电路板容置于所述第二凹槽与第二盖板连接形成的腔室中；
所述传感器组件容置于所述第三凹槽与第三盖板连接形成的腔室中；
所述应变片组容置于所述第四凹槽与第四盖板连接形成的腔室中；
所述电池、所述应变片组和所述传感器组件均与所述电路板连接。
进一步地，所述传感器组件包括用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器；
所述第一压力传感器沿所述无磁外壳的径向向内设置，所述第二压力传感器沿所述无磁外壳的径向向外设置。
进一步地，所述传感器组件还包括固定板，所述固定板容置于所述第三凹槽内，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均装夹在所述固定板与所述第三盖板之间。
进一步地，所述传感器组件还包括耐磨套，所述耐磨套的一端贯穿所述无磁外壳的内壁，所述耐磨套的另一端与所述第二压力传感器对应。
进一步地，所述应变片组包括第一应变花，所述第一应变花设置在所述第四凹槽的一端，一对互为180°对称的所述第一应变花组成用于测量钻压的电桥；
所述第一应变花包括第一应变片和第二应变片，所述第一应变片与水平面间的夹角为0°，所述第二应变片与水平面间的夹角为90°，所述第一应变片与所述第二应变片沿所述第四凹槽的宽度方向并排设置。
进一步地，所述应变片组包括第二应变花，所述第二应变花设置在所述第四凹槽的另一端，一对互为180°对称的所述第二应变花组成用于测量扭矩的电桥；
所述第二应变花包括第三应变片和第四应变片，所述第三应变片与水平面间的夹角为45°，所述第四应变片与水平面间的夹角为135°，所述第三应变片与所述第四应变片沿所述第四凹槽的宽度方向并排设置。
进一步地，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽和所述第四凹槽均与所述无磁外壳轴向平行。
进一步地，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽沿所述无磁外壳的周向均匀分布。
进一步地，所述第四凹槽沿所述无磁外壳的周向均匀分布。
进一步地，所述第四凹槽的数量为两个。
进一步地，还包括三维加速度计，所述三维加速度计设置在所述第二凹槽内，所述三维加速度计与所述电路板电连接。
实施本发明具有以下有益效果：
1、本发明的无磁外壳的第四凹槽内安装应变片组，可以传递正常钻井使用的钻压、扭矩载荷，利用应变片组成电桥随钻测量钻压、扭矩，数据可靠，准确性高；
2、本发明设有用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器，第一压力传感器和所述第二压力传感器与电路板电连接，电路板对测得的泥浆压力值进行记录、存储或发送到上传装置。
4、本发明中第一压力传感器和第二压力传感器均装夹在固定板与第三盖板之间，第三盖板和第三凹槽上开设有供泥浆通过的孔道，孔道分别与第一压力传感器和第二压力传感器对应，后期容易清理。
5、本发明中还设有耐磨套，耐磨套贯穿所述第三盖板，所述耐磨套的位置与所述第二压力传感器对应，能够起到减震和降低磨损的作用，且后期方便更换。
6、本发明中电路板不仅可以记录、存储数据，还可以上传数据。
7、本发明实现了井下仪器工程参数动态测量，且结构简单，安装拆卸方便，降低了后期维修难度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图；
图2是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图；
图3是本发明提供的井下工程参数测量仪器的正视示意图；
图4是本发明提供的井下工程参数测量仪器的后视示意图；
图5是本发明提供的应变片组的结构示意图；
图6是本发明提供的井下工程参数测量仪器的沿U-U面的剖视示意图；
图7是本发明提供的传感器组件的放大示意图。
其中，1-无磁外壳，2-电池，3-电路板，4-传感器组件，5-第一应变花，6-第二应变花，7-三维加速度计，8-密封圈；
11-第一凹槽，12-第二凹槽，13-第三凹槽，14-第四凹槽，15-第一盖板，16-第二盖板，17-第三盖板，18-第四盖板；
41-第一压力传感器，42-第二压力传感器，43-固定板，44-耐磨套，45-支撑背板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以使直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，图2是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，图3是本发明提供的井下工程参数测量仪器的正视示意图，其中，图1和图2观察视角不同，如图1、图2和图3所示，一种井下工程参数测量仪器，包括无磁外壳1、电池2、电路板3、传感器组件4和应变片组，
所述无磁外壳1上沿周向设有第一凹槽11、第二凹槽12、第三凹槽13和多个成对设置的第四凹槽14，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12和所述第三凹槽13均靠近所述无磁外壳1的一端设置，多个所述第四凹槽14均靠近所述无磁外壳1的另一端设置，每对所述第四凹槽14均相对于所述无磁外壳1的轴线互为对称；
所述电池2容置于所述第一凹槽11与第一盖板15连接形成的腔室中；可选地，所述电池2为可充电电池2；优选地，第一凹槽11与第一盖板15之间还设有密封圈8；所述第一凹槽11的形状与所述电池2相适配。
所述电路板3容置于所述第二凹槽12与第二盖板16连接形成的腔室中；优选地，第二凹槽12与第二盖板16之间还设有密封圈8。
所述传感器组件4容置于所述第三凹槽13与第三盖板17连接形成的腔室中；优选地，所述第三凹槽13与所述第三盖板17之间还设有密封圈8。
图4是本发明提供的井下工程参数测量仪器的后视示意图，如图4所示，与所述第三凹槽13连接的第三盖板17靠近所述测量仪器的一端，与所述第四凹槽14连接的第四盖板18靠近所述测量仪器的另一端。
图5是本发明提供的应变片组的结构示意图，如图5所示，所述应变片组容置于所述第四凹槽14与第四盖板18连接形成的腔室中；所述应变片组包括第一应变花5，所述第一应变花5设置在所述第四凹槽14的一端，一对互为180°对称的所述第一应变花5组成用于测量钻压的电桥；
所述第一应变花5包括第一应变片和第二应变片，所述第一应变片与水平面间的夹角为0°，所述第二应变片与水平面间的夹角为90°，所述第一应变片与所述第二应变片沿所述第四凹槽14的宽度方向并排设置。
所述电池2、所述应变片组和所述传感器组件4均与所述电路板3连接。
图6是本发明提供的井下工程参数测量仪器的沿U-U面的剖视示意图，如图6所示，所述传感器组件4包括用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器41和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器42；所述第一压力传感器41沿所述无磁外壳1的径向向内设置，所述第二压力传感器42沿所述无磁外壳1的径向向外设置。
具体地，所述传感器组件4还包括固定板43，所述固定板43容置于所述第三凹槽13内，所述第一压力传感器41和所述第二压力传感器42均装夹在所述固定板43与所述第三盖板17之间。
详细地，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12、所述第三凹槽13和所述第四凹槽14均与所述无磁外壳1轴向平行。优选地，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12、所述第三凹槽13和所述第四凹槽14内均设有弹性限位件，通过设置限位件能够避免电池2、电路板3、传感器组件4、应变片组等之间的线路连接因受到冲击震动发生松动，不能正常工作。
可选地，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12和所述第三凹槽13沿所述无磁外壳1的周向均匀分布。
具体地，所述第四凹槽14的数量为两个，两个所述第四凹槽14之间的夹角为180°。
图2是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，图4是本发明提供的井下工程参数测量仪器的后视示意图，如图2和图4所示，所述第三凹槽13与所述第四凹槽14的纵向中心线重合。
优选地，本实施例提供的井下工程参数测量仪器还包括三维加速度计7，图1是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，如图1所示，所述三维加速度计7设置在所述第二凹槽12内，所述第二凹槽12内分为两个区域，所述电路板3设在所述第二凹槽12的一端，所述三维加速度计7设在所述第二凹槽12的另一端，所述三维加速度计7与所述电路板3电连接。
在一个实施例中，所述无磁外壳1的长度为1117.60mm，直径为172.00mm。需要指出的是，所述无磁外壳1的长度和直径均不局限于上述固定的数值，还可以取与该长度和直径相近的数值。
实施本发明具有以下有益效果：
1、本发明的无磁外壳的第四凹槽内安装应变片组，可以传递正常钻井使用的钻压载荷，利用应变片组成电桥随钻测量钻压，数据可靠，准确性高。
2、本发明设有用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器，第一压力传感器和所述第二压力传感器与电路板电连接，电路板对测得的泥浆压力值进行记录、存储或发送到上传装置。
4、本发明中第一压力传感器和第二压力传感器均装夹在固定板与第三盖板之间，第三盖板和第三凹槽上开设有供泥浆通过的孔道，孔道分别与第一压力传感器和第二压力传感器对应，后期容易清理。
5、本发明中电路板不仅可以记录、存储数据，还可以上传数据。
6、本发明结构简单，安装拆卸方便，降低了后期维修难度。
实施例2
图1是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，图2是本发明提供的井下工程参数测量仪器的立体示意图，图3是本发明提供的井下工程参数测量仪器的正视示意图，其中，图1和图2观察视角不同，如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种井下工程参数测量仪器，包括无磁外壳1、电池2、电路板3、传感器组件4和应变片组，
所述无磁外壳1上沿周向设有第一凹槽11、第二凹槽12、第三凹槽13和多个成对设置的第四凹槽14，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12和所述第三凹槽13均靠近所述无磁外壳1的一端设置，多个所述第四凹槽14均靠近所述无磁外壳1的另一端设置，每对所述第四凹槽14均相对于所述无磁外壳1的轴线互为对称；
所述电池2容置于所述第一凹槽11与第一盖板15连接形成的腔室中，所述第一凹槽11与所述第一盖板15可拆卸地连接；
所述电路板3容置于所述第二凹槽12与第二盖板16连接形成的腔室中，所述第二凹槽12与所述第二盖板16可拆卸地连接；
所述传感器组件4容置于所述第三凹槽13与第三盖板17连接形成的腔室中，所述第三凹槽13与所述第三盖板17可拆卸地连接；
所述应变片组容置于所述第四凹槽14与第四盖板18连接形成的腔室中，所述第四凹槽14与所述第四盖板18可拆卸地连接；
图5是本发明提供的应变片组的结构示意图，如图5所示，所述应变片组包括第一应变花5，所述第一应变花5设置在所述第四凹槽14的一端，一对互为180°对称的所述第一应变花5组成用于测量钻压的电桥；
所述第一应变花5包括第一应变片和第二应变片，所述第一应变片与水平面间的夹角为0°，所述第二应变片与水平面间的夹角为90°，所述第一应变片与所述第二应变片沿所述第四凹槽14的宽度方向并排设置。
具体地，所述应变片组包括第二应变花6，所述第二应变花6设置在所述第四凹槽14的另一端，一对互为180°对称的所述第二应变花6组成用于测量扭矩的电桥；
所述第二应变花6包括第三应变片和第四应变片，所述第三应变片与水平面间的夹角为45°，所述第四应变片与水平面间的夹角为135°，所述第三应变片与所述第四应变片沿所述第四凹槽14的宽度方向并排设置。
所述电池2、所述应变片组和所述传感器组件4均与所述电路板3连接。
详细地，所述无磁外壳1上设有多个过线槽，所述过线槽的形状为条形，所述导线穿过所述过线槽。
具体地，所述传感器组件4包括用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器41和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器42；所述第一压力传感器41沿所述无磁外壳1的径向向内设置，所述第二压力传感器42沿所述无磁外壳1的径向向外设置。
图7是本发明提供的传感器组件4的放大示意图，如图7所示，所述传感器组件4还包括固定板43，所述固定板43容置于所述第三凹槽13内，所述第一压力传感器41和所述第二压力传感器42均装夹在所述固定板43与所述第三盖板17之间。所述第三盖板17上设有与所述第一压力传感器41匹配的第一凹部，所述固定板43上设有与所述第二压力传感器42匹配的第二凹部；所述第三盖板17与所述第一压力传感器41之间设置有第一支撑背板45，所述固定板43与所述第二压力传感器42之间设置有第二支撑背板45；所述第一支撑背板45设在所述第一凹部，所述第二支撑背板45设在所述第二凹部。
优选地，所述传感器组件4还包括耐磨套44，所述耐磨套44的一端贯穿所述无磁外壳1的内壁，所述耐磨套44的另一端与所述第二压力传感器42对应。
优选地，所述耐磨套44沿径向设置；优选地，所述耐磨套44与所述第三盖板17可拆卸地连接，所述耐磨套44为中空的锥形凸台状结构，所述耐磨套44的中空部分为与第二压力传感器42连通的孔道。为增强所述耐磨套44的耐磨性，所述耐磨套44的孔道表面镀铬加工。优选地，所述耐磨套44根据孔道的形状、尺寸可分为多种规格，实际使用中根据测量需要可便捷的更换不同规格的耐磨套44。
具体地，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12、所述第三凹槽13和所述第四凹槽14均与所述无磁外壳1轴向平行，所述第一凹槽11、所述第二凹槽12和所述第三凹槽13沿所述无磁外壳1的周向均匀分布。
具体地，所述第四凹槽14的数量为四个，四个所述第四凹槽14沿所述无磁外壳1的轴向均匀分布。
具体地，还包括三维加速度计7，所述三维加速度计7设置在所述第二凹槽12内，所述三维加速度计7与所述电路板3电连接。
实施本实施例具有以下有益效果：
1、本发明的无磁外壳的第四凹槽内安装应变片组，可以传递正常钻井使用的钻压、扭矩载荷，利用应变片组成电桥随钻测量钻压、扭矩，数据可靠，准确性高。
2、本发明设有用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器，第一压力传感器和所述第二压力传感器与电路板电连接，电路板对测得的泥浆压力值进行记录、存储或发送到上传装置。
4、本发明中第一压力传感器和第二压力传感器均装夹在固定板与第三盖板之间，第三盖板和第三凹槽上开设有供泥浆通过的孔道，孔道分别与第一压力传感器和第二压力传感器对应，后期容易清理。
5、本发明中还设有耐磨套，耐磨套贯穿所述第三盖板，所述耐磨套的位置与所述第二压力传感器对应，能够起到减震和降低磨损的作用，一旦磨损严重只需要更换耐磨套，不必更换第三盖板或整个无磁外壳，极大降低了维修成本，方便更换。
6、本发明中电路板不仅可以记录、存储数据，还可以上传数据。
7、本发明结构简单，安装拆卸方便，降低了后期维修难度。
本发明提供的井下工程参数测量仪器能够用于石油油井射孔、高能气体压裂的压力以及加速度测量，还能够用于水文、水利、地质钻探的井下测试。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和变型。
Claims (10)
1.一种井下工程参数测量仪器，其特征在于，包括无磁外壳(1)、电池(2)、电路板(3)、传感器组件(4)和应变片组，
所述无磁外壳(1)上沿周向设有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和多个成对设置的第四凹槽，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均靠近所述无磁外壳(1)的一端设置，多个所述第四凹槽均靠近所述无磁外壳(1)的另一端设置，每对所述第四凹槽均相对于所述无磁外壳(1)的轴线互为对称；
所述电池(2)容置于所述第一凹槽与第一盖板连接形成的腔室中；
所述电路板(3)容置于所述第二凹槽与第二盖板连接形成的腔室中；
所述传感器组件(4)容置于所述第三凹槽与第三盖板连接形成的腔室中；
所述应变片组容置于所述第四凹槽与第四盖板连接形成的腔室中；
所述电池(2)、所述应变片组和所述传感器组件(4)均与所述电路板(3)连接。
2.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述传感器组件(4)包括用于测量通径泥浆压力的第一压力传感器和用于测量环空泥浆压力的第二压力传感器；
所述第一压力传感器沿所述无磁外壳(1)的径向向内设置，所述第二压力传感器沿所述无磁外壳(1)的径向向外设置。
3.根据权利要求2所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述传感器组件(4)还包括固定板，所述固定板容置于所述第三凹槽内，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均装夹在所述固定板与所述第三盖板之间。
4.根据权利要求2所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述传感器组件(4)还包括耐磨套，所述耐磨套的一端贯穿所述无磁外壳(1)的内壁，所述耐磨套的另一端与所述第二压力传感器对应。
5.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述应变片组包括第一应变花(5)，所述第一应变花(5)设置在所述第四凹槽的一端，一对互为180°对称的所述第一应变花(5)组成用于测量钻压的电桥；
所述第一应变花(5)包括第一应变片和第二应变片，所述第一应变片与水平面间的夹角为0°，所述第二应变片与水平面间的夹角为90°，所述第一应变片与所述第二应变片沿所述第四凹槽的宽度方向并排设置。
6.根据权利要求1或5所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述应变片组包括第二应变花(6)，所述第二应变花(6)设置在所述第四凹槽的另一端，一对互为180°对称的所述第二应变花(6)组成用于测量扭矩的电桥；
所述第二应变花(6)包括第三应变片和第四应变片，所述第三应变片与水平面间的夹角为45°，所述第四应变片与水平面间的夹角为135°，所述第三应变片与所述第四应变片沿所述第四凹槽的宽度方向并排设置。
7.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽和所述第四凹槽均与所述无磁外壳(1)轴向平行。
8.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽沿所述无磁外壳(1)的周向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，所述第四凹槽的数量为两个。
10.根据权利要求1所述的井下工程参数测量仪器，其特征在于，还包括三维加速度计(7)，所述三维加速度计(7)设置在所述第二凹槽内，所述三维加速度计(7)与所述电路板(3)电连接。
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