CN109083634B - 一种基于微电容的井筒环空压力传感器 - Google Patents

一种基于微电容的井筒环空压力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于微电容的井筒环空压力传感器，包括传感舱、电路舱、电缆防水接头、铠装电缆；传感舱的内部设有第一电极板、第二电极板和用于支撑电路舱的支撑板，由第一电极板及第二电极板形成电容，井筒环空压力造成所述传感舱变形而改变其内部的所述第一电极板及第二电极板之间的距离；电路舱的内部设有固定座、固定在固定座上的支座、固定在支座上的电路板，电路板与铠装电缆、第一电极板及第二电极板连接，通过电路板测量第一电极板及第二电极板的电容值，并基于电容值计算井筒环空压力值，再通过铠装电缆实时发送井筒环空压力值。本发明的传感器采用微电容原理测量压力，精度较高、体积小且适合钻井工况环境要求。

Description

一种基于微电容的井筒环空压力传感器
技术领域
本发明涉及地质钻井及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于微电容的井筒环空压力传感器。
背景技术
近年来，随着中国城镇化的加快，对能源的需求量增加，能源问题已成为制约我国经济社会发展的重要因素，因此必须加快能源勘探开发力度。在能源勘探及后续的开发阶段，都需利用钻井技术对能源进行评估及开采，因此钻井是能源开发的前提。
钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井工艺一般是由钻机、钻杆及钻头等组成。其中位于地表的钻机为钻杆提供旋转动力及向下的压力，钻杆可多根连接使用，钻杆底部连接有钻头，当钻杆带动钻头转动并向下挤压钻头时，钻头将岩石破碎，从而实现钻进的目的。
在钻井的过程中，钻杆与钻孔内壁之间形成环空，环空的压力对于钻井工艺及排采工艺至关重要，它是制定钻井工艺及后续排采工艺的重要参数，因此必须对井筒环空的压力进行实时监测。而现阶段，现有的压力传感器多基于应变原理进行测量，传感器径向体积较大，这与钻孔环空径向尺寸空间狭小相矛盾(钻孔环空径向尺寸有时仅2mm的宽度)，导致现有的压力传感器在井下无法使用。
因此，急需研制一种精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求井筒环空专用压力传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于微电容的井筒环空压力传感器，采用微电容原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。
为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种基于微电容的井筒环空压力传感器，所述基于微电容的井筒环空压力传感器包括传感舱、与所述传感舱的电路舱、与所述电路舱连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和电路舱的铠装电缆；
所述传感舱的内部设有第一电极板、第二电极板和用于支撑所述电路舱的支撑板，由所述第一电极板及第二电极板形成电容，井筒环空压力造成所述传感舱变形而改变其内部的所述第一电极板及第二电极板之间的距离，通过所述第一电极板及第二电极板之间的电容值反映井筒环空压力；
所述电路舱的内部设有固定座、固定在所述固定座上的支座、固定在所述支座上的电路板，所述电路板与铠装电缆、第一电极板及第二电极板连接，通过所述电路板测量所述第一电极板及第二电极板的电容值，并基于电容值计算井筒环空压力值，再通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。
进一步地，所述电路舱的内部设有凹槽，所述固定座设于所述电路舱的凹槽上。
进一步地，所述电路舱的凹槽内设有穿孔，所述固定座上设有第一通孔，第一螺钉穿过所述固定座上的第一通孔后旋入所述电路舱的凹槽内的穿孔，以将所述固定座固定。
进一步地，所述固定座上设有第二通孔，所述支座设于所述固定座的第二通孔内。
进一步地，所述支座上设有第三通孔，所述电路板上设有第四通孔，在所述支座上放置所述电路板，螺栓依次穿过所述电路板上的第四通孔及支座上的第三通孔后与螺母相连接，将所述电路板固定在所述支座上。
进一步地，所述电路舱外设有阶梯孔，在所述电路舱的阶梯孔内放置第一垫片，所述电缆防水接头与电路舱的阶梯孔相连接的同时将所述第一垫片压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆压紧进行密封。
进一步地，所述传感舱的内部设有阶梯凹槽，所述第一电极板、第二电极板和支撑板设于所述传感舱的阶梯凹槽内。
进一步地，所述支撑板放置在所述传感舱的阶梯凹槽的第一级阶梯，所述第一电极板、第二电极板设于所述传感舱的阶梯凹槽的第二级阶梯相对应的两侧。
进一步地，在所述支撑板上方放置第二垫片，所述电路舱放置在所述第二垫片上方。
进一步地，所述电路舱上设有第五通孔，所述传感舱上设有第六通孔，第二螺钉穿过所述电路舱上的第五通孔后旋入所述传感舱的第六通孔同时，将所述第二垫片压紧进行密封，同时还将所述支撑板固定。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用微电容原理进行设计，径向尺寸较小，完全满足井筒环空径向小尺寸空间的安全要求；(2)传统的传感器均为螺纹安装，螺纹安装方式需在径向有较大的空间，这与井筒环空径向小尺寸空间相矛盾，而本传感器采用径向螺钉固定安装，有效缩短了径向空间。
附图说明
图1是本发明的基于微电容的井筒环空压力传感器的主视图；
图2是本发明的基于微电容的井筒环空压力传感器的A-A剖面示意图；
图3是本发明的基于微电容的井筒环空压力传感器的俯视图；
图4是本发明的基于微电容的井筒环空压力传感器的组成示意图。
图中：1-铠装电缆，2-电缆防水接头，3-电路舱，4-第一螺钉，5-电路板，6-第二垫片，7-传感舱，8-第一电极板，9-支撑板，10-第二螺钉，11-螺栓，12-支座，13-固定座，14-第一垫片，15-螺母，16-第二电极板，17-凹槽，18-穿孔，19-第一通孔，20-第二通孔，21-第三通孔，22-第四通孔，23-阶梯孔，24-阶梯凹槽，25-第五通孔，26-导线，27-第六通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
如图1-4所示，本发明的实施例公开了一种基于微电容的井筒环空压力传感器，包括传感舱7、与所述传感舱7连接的电路舱3、与所述电路舱3连接的电缆防水接头2、穿过所述电缆防水接头2和电路舱3的铠装电缆1。优选的，所述铠装电缆1穿过所述电缆防水接头2的中心孔。
所述电路舱3的内部设有凹槽17(图中未画出所述凹槽17)，在所述电路舱3的凹槽17内放置固定座13，所述电路舱3的凹槽17内设有多个穿孔18，所述固定座13上设有第一通孔19(图中未画出所述第一通孔19)，第一螺钉4穿过所述固定座13上的第一通孔19后旋入所述电路舱3的凹槽17内的穿孔18，以将所述固定座13固定。优选的，所述穿孔18、第一通孔19均为螺纹孔。所述固定座13上设有第二通孔20，且所述固定座13的第二通孔20位于所述固定座13的底部，在所述固定座13的第二通孔20内设有支座12。优选的，所述第二通孔20为螺纹孔。所述支座12上设有第三通孔21(图中未画出所述第三通孔21)，在所述支座12上放置电路板5，所述电路板5上设有第四通孔22(图中未画出所述第四通孔22)，螺栓11依次穿过所述电路板5上的第四通孔22及支座12上的第三通孔21后与螺母15相连接，将所述电路板5固定在所述支座12上。优选的，所述第三通孔21、第四通孔22均为螺纹孔。
所述电路舱3外设有阶梯孔23(图中未画出所述阶梯孔23)，在所述电路舱3的阶梯孔23内放置第一垫片14，所述电缆防水接头2与电路舱的阶梯孔23相连接的同时将所述第一垫片14压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆1压紧进行密封。优选的，所述阶梯孔23为阶梯螺纹孔，所述电缆防水接头2与电路舱3的阶梯螺纹孔通过螺纹相连接。
所述传感舱7的内部设有阶梯凹槽24，在所述传感舱7的阶梯凹槽24内设有第一电极板8、第二电极板16和支撑板9，例如，所述第一电极板8和第二电极板16分别粘贴于所述传感舱7的阶梯凹槽24内。优选的，所述支撑板9放置在所述传感舱7的阶梯凹槽24的第一级阶梯，所述第一电极板8、第二电极板16设于所述传感舱7的阶梯凹槽24的第二级阶梯相对应的两侧。在所述支撑板9上方放置第二垫片6，所述电路舱3放置在所述第二垫片6上方。所述电路舱3上设有第五通孔25(图中未画出所述第五通孔25)，所述传感舱7上设有第六通孔27(图中未画出所述第六通孔27)，第二螺钉10穿过所述电路舱3上的第五通孔25后旋入所述传感舱7的第六通孔27同时，将所述第二垫片6压紧进行密封，同时还将所述支撑板9固定。优选的，所述第五通孔25、第六通孔27均为螺纹孔。
本发明的传感器的工作原理为：所述第一电极板8及第二电极板16均通过导线26与所述电路板5相连接(图中未画出连接的导线26)，所述第一电极板8及第二电极板16之间形成电容，其电容值通过所述电路板5测量得到。当传感器放置在井筒环空内时，液体将给所述传感舱7施加压力，所述传感舱7将受力产生变形，此时所述第一电极板8及第二电极板16之间的距离将减少，则所述电路板5测量到的所述第一电极板8及第二电极板16之间的电容值亦相应减少，且电容值的减少量与压力成正比，因此通过所述电路板5实时测量所述第一电极板8及第二电极板16之间的电容值，便可实时获得井筒环空压力值。所述电路板5与铠装电缆1通过导线26相连接(图中未画出连接的导线26)，所述电路板5将测量到的所述第一电极板8及第二电极板16之间的电容值经所述铠装电缆1实时发送出去。此外，所述铠装电缆1还将为所述电路板5提供电源。例如，井筒环空压力值可根据公式(1)计算：
F＝kc+a(1)
其中，F为井筒环空压力；k为标定系数，为常量；c为所述电路板5输出的所述第一电极板8及第二电极板16之间的电容值；a为常量。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用微电容原理进行设计，径向尺寸较小，完全满足井筒环空径向小尺寸空间的安全要求；(2)传统的传感器均为螺纹安装，螺纹安装方式需在径向有较大的空间，这与井筒环空径向小尺寸空间相矛盾，而本传感器采用径向螺钉固定安装，有效缩短了径向空间。
值得说明的是：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，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，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。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述基于微电容的井筒环空压力传感器包括传感舱、与所述传感舱的电路舱、与所述电路舱连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和电路舱的铠装电缆；
所述传感舱的内部设有第一电极板、第二电极板和用于支撑所述电路舱的支撑板，由所述第一电极板及第二电极板形成电容，所述传感舱的内部设有阶梯凹槽，所述第一电极板、第二电极板和支撑板设于所述传感舱的阶梯凹槽内，所述支撑板放置在所述传感舱的阶梯凹槽的第一级阶梯，所述第一电极板、第二电极板设于所述传感舱的阶梯凹槽的第二级阶梯相对应的两侧，所述第一电极板和第二电极板分别粘贴于所述传感舱的阶梯凹槽内，井筒环空压力造成所述传感舱变形而改变其内部的所述第一电极板及第二电极板之间的距离，通过所述第一电极板及第二电极板之间的电容值反映井筒环空压力；
所述电路舱的内部设有固定座、固定在所述固定座上的支座、固定在所述支座上的电路板，所述电路板与铠装电缆、第一电极板及第二电极板连接，通过所述电路板测量所述第一电极板及第二电极板的电容值，并基于电容值计算井筒环空压力值，再通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。
2.根据权利要求1所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱的内部设有凹槽，所述固定座设于所述电路舱的凹槽上。
3.根据权利要求2所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱的凹槽内设有穿孔，所述固定座上设有第一通孔，第一螺钉穿过所述固定座上的第一通孔后旋入所述电路舱的凹槽内的穿孔，以将所述固定座固定。
4.根据权利要求1所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述固定座上设有第二通孔，所述支座设于所述固定座的第二通孔内。
5.根据权利要求1所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述支座上设有第三通孔，所述电路板上设有第四通孔，在所述支座上放置所述电路板，螺栓依次穿过所述电路板上的第四通孔及支座上的第三通孔后与螺母相连接，将所述电路板固定在所述支座上。
6.根据权利要求1所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱外设有阶梯孔，在所述电路舱的阶梯孔内放置第一垫片，所述电缆防水接头与电路舱的阶梯孔相连接的同时将所述第一垫片压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆压紧进行密封。
7.根据权利要求1所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述支撑板上方放置第二垫片，所述电路舱放置在所述第二垫片上方。
8.根据权利要求7所述的基于微电容的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱上设有第五通孔，所述传感舱上设有第六通孔，第二螺钉穿过所述电路舱上的第五通孔后旋入所述传感舱的第六通孔同时，将所述第二垫片压紧进行密封，同时还将所述支撑板固定。
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