CN109211440A - 一种基于微测距的井筒环空压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于微测距的井筒环空压力传感器，包括变形舱、与所述变形舱连接的端盖、与所述端盖连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和端盖的铠装电缆；所述变形舱的内部设有固定板、设于所述固定板上的电路板、测距板、安装在所述测距板上的超声探头，井筒环空压力造成所述变形舱变形而改变其内部的所述超声探头的安装面及其对立面之间的距离，通过所述超声探头测量的其安装面及其对立面之间的距离；所述电路板与铠装电缆、超声探头连接，由所述电路板基于所述超声探头的测量距离计算井筒环空压力值，并通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。本发明的传感器采用超声测距原理测量压力，精度较高、体积小且适合钻井工况环境要求。

Description

一种基于微测距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测距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测距的井筒环空压力传感器，采用超声测距原理测量压力，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：一种基于微测距的井筒环空压力传感器，所述基于微测距的井筒环空压力传感器包括变形舱、与所述变形舱连接的端盖、与所述端盖连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和端盖的铠装电缆；

所述变形舱的内部设有固定板、设于所述固定板上的电路板、测距板、安装在所述测距板上的超声探头，井筒环空压力造成所述变形舱变形而改变其内部的所述超声探头的安装面及其对立面之间的距离，通过所述超声探头测量其安装面及其对立面之间的距离，由所述超声探头测量的距离反映井筒环空压力；

所述电路板与铠装电缆、超声探头连接，并通过所述超声探头的测量距离计算井筒环空压力值，并通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。

进一步地，所述变形舱的内部设有阶梯凹槽，在所述变形舱的阶梯凹槽内设有方形槽，所述测距板设于所述方形槽内。

进一步地，在所述测距板上设有穿孔，通过所述测距板的穿孔安装所述超声探头。

进一步地，所述变形舱的内部设有阶凹槽，在所述变形舱的阶凹槽上放置所述固定板。

进一步地，在所述固定板上方放置第一垫片，所述端盖放置在所述第一垫片上方。

进一步地，所述端盖上设有第一通孔，所述变形舱上设有第二通孔，第一螺钉穿过所述端盖上的第一通孔后旋入所述变形舱上的第二通孔，将所述端盖与变形舱相连接，同时将所述第一垫片压紧进行密封，同时将所述固定板压紧进行固定。

进一步地，在所述固定板上方放置支座，在所述支座上方放置所述电路板。

进一步地，所述固定板、电路板、支座上分别对应设有第三通孔、第四通孔、第五通孔，所述支座放置在所述固定板的第三通孔上方，第二螺钉依次穿过所述电路板上的第四通孔、所述支座上的第五通孔后旋入所述固定板上的第三通孔。

进一步地，所述端盖上方设有阶梯孔，所述电缆防水接头通过所述端盖上的阶梯孔相连接。

进一步地，在所述端盖的阶梯孔内放置第二垫片，所述电缆防水接头通过所述端盖上的阶梯孔相连接的同时将所述第二垫片压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆抱紧进行密封。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用超声测距原理进行设计，有效减少了传感器的径向空间，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；(3)采用超声测距原理进行压力测量，精度较高。

附图说明

图1是本发明的基于微测距的井筒环空压力传感器的主视图；

图2是本发明的基于微测距的井筒环空压力传感器的A-A剖面示意图；

图3是本发明的基于微测距的井筒环空压力传感器的俯视图；

图4是本发明的基于微测距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-端盖，4-第一螺钉，5-第一垫片，6-固定板，7-电路板，8-超声探头，9-测距板，10-变形舱，11-支座，12-第二螺钉，13-第二垫片，14-阶梯凹槽，15-方槽，16-穿孔，17-阶凹槽，18-第一通孔，19-第二通孔，20-第三通孔，21-第四通孔，22-阶梯孔，23-导线，24-第五通孔。

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测距的井筒环空压力传感器，包括变形舱10、与所述变形舱10连接的端盖3、与所述端盖3连接的电缆防水接头2、穿过所述电缆防水接头2和端盖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。

所述变形舱10的内部设有阶梯凹槽14(图中未画出所述阶梯凹槽14)，在所述变形舱10的阶梯凹槽14内设有方形槽15(图中未画出所述方凹槽15)，在所述变形舱10的方形槽15内设有测距板9，例如，所述测距板9粘贴于所述变形舱10的方形槽15内。在所述测距板9上设有穿孔16(图中未画出所述穿孔16)，通过所述测距板9的穿孔16安装超声探头8，优选的，所述穿孔16为螺纹孔，所述超声探头8通过螺纹连接旋入所述测距板9的螺纹孔内。

所述变形舱10的内部还设有阶凹槽17，在所述变形舱10的阶凹槽17上放置固定板6，在所述固定板6上方放置第一垫片5，所述端盖3放置在所述第一垫片5上方。所述端盖3上设有第一通孔18(图中未画出所述第一通孔18)，所述变形舱10上设有第二通孔19(图中未画出所述第二通孔19)，第一螺钉4穿过所述端盖3上的第一通孔18后旋入所述变形舱10的第二通孔19上，将所述端盖3与变形舱10相连接，同时将所述第一垫片5压紧进行密封，同时将所述固定板6压紧进行固定。优选的，所述第一通孔18、第二通孔19均为螺纹孔，所述第一螺钉4穿过所述端盖3上的第一通孔18后通过螺纹连接旋入所述变形舱10的第二通孔19上。

所述固定板6上设有第三通孔20(图中未画出所述第三通孔20)，在所述固定板6上的第三通孔20上方放置支座11，在所述支座11上方放置电路板7。所述电路板7、支座11上分别对应设有第四通孔21和第五通孔24(图中未画出所述第四通孔21和第五通孔24)，第二螺钉12依次穿过所述电路板7上的第四通孔21、所述支座11上的第五通孔24后旋入所述固定板6上的第三通孔20。优选的，所述第三通孔20、第四通孔21和第五通孔24均为螺纹孔，所述第二螺钉12依次穿过所述电路板7和支座11上的螺纹孔后通过螺纹连接旋入所述固定板6上的螺纹孔。

所述端盖3上方设有阶梯孔22(图中未画出所述阶梯孔22)，在所述端盖3的阶梯孔22内放置第二垫片13，所述电缆防水接头2通过所述端盖3上的阶梯孔22相连接，同时将所述第二垫片13压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆1抱紧进行密封。优选的，所述端盖3的阶梯孔22为阶梯螺纹孔，所述电缆防水接头2通过螺纹连接与所述端盖3上的阶梯螺纹孔相连接的同时将所述第二垫片13压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆1抱紧进行密封。

本发明的传感器的工作原理为：所述超声探头8、铠装电缆1均通过导线23与所述电路板7相连接(图中未画出连接的导线23)，所述电路板7给所述超声探头8提供电源，同时所述超声探头8的测量数据亦通过导线23连接入所述电路板7。当所述传感器放置在井筒环空内时，液体将给所述变形舱10施加压力，导致所述变形舱10产生变形，即所述超声探头8所安装面及其对立面之间的距离减小，且压力值越大则变形越大，变形越大则所述超声探头8所安装面及其对立面之间的距离越小，此时通过所述超声探头8实时测量距离(所述超声探头8用于测量所述超声探头8距离其对立面之间的距离)，并将测量值实时返回到所述电路板7，则所述电路板7根据距离与压力之间的关系计算得出井筒环空压力，并将计算到的井筒环空压力值通过所述铠装电缆1实时发送出去。所述铠装电缆1用于给所述电路板7提供电源，同时所述电路板7还将最终计算得到的压力值经所述铠装电缆1输出。例如，井筒环空压力值可根据公式(1)计算：

F＝kL(1)

其中，F为井筒环空压力；k为标定系数，为常量；L为所述超声探头8测量的距离变化量。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用超声测距原理进行设计，有效减少了传感器的径向空间，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；(3)采用超声测距原理进行压力测量，精度较高。

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 (10)

1.一种基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述基于微测距的井筒环空压力传感器包括变形舱、与所述变形舱连接的端盖、与所述端盖连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和端盖的铠装电缆；

所述变形舱的内部设有固定板、设于所述固定板上的电路板、测距板、安装在所述测距板上的超声探头，井筒环空压力造成所述变形舱变形而改变其内部的所述超声探头的安装面及其对立面之间的距离，通过所述超声探头测量其安装面及其对立面之间的距离，由所述超声探头测量的距离反映井筒环空压力；

所述电路板与铠装电缆、超声探头连接，并通过所述超声探头的测量距离计算井筒环空压力值，并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所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述变形舱的内部设有阶梯凹槽，在所述变形舱的阶梯凹槽内设有方形槽，所述测距板设于所述方形槽内。

3.根据权利要求1所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述测距板上设有穿孔，通过所述测距板的穿孔安装所述超声探头。

4.根据权利要求1所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述变形舱的内部设有阶凹槽，在所述变形舱的阶凹槽上放置所述固定板。

5.根据权利要求4所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述固定板上方放置第一垫片，所述端盖放置在所述第一垫片上方。

6.根据权利要求5所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述端盖上设有第一通孔，所述变形舱上设有第二通孔，第一螺钉穿过所述端盖上的第一通孔后旋入所述变形舱上的第二通孔，将所述端盖与变形舱相连接，同时将所述第一垫片压紧进行密封，同时将所述固定板压紧进行固定。

7.根据权利要求1所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述固定板上方放置支座，在所述支座上方放置所述电路板。

8.根据权利要求7所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述固定板、电路板、支座上分别对应设有第三通孔、第四通孔、第五通孔，所述支座放置在所述固定板的第三通孔上方，第二螺钉依次穿过所述电路板上的第四通孔、所述支座上的第五通孔后旋入所述固定板上的第三通孔。

9.根据权利要求1所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述端盖上方设有阶梯孔，所述电缆防水接头通过所述端盖上的阶梯孔相连接。

10.根据权利要求9所述的基于微测距的井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述端盖的阶梯孔内放置第二垫片，所述电缆防水接头通过所述端盖上的阶梯孔相连接的同时将所述第二垫片压紧进行密封，同时还将所述铠装电缆抱紧进行密封。