CN209603978U - 一种用于深水钻井的井下测试短节 - Google Patents
一种用于深水钻井的井下测试短节 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种用于深水钻井的井下测试短节，属石油钻井工具技术领域。本实用新型包括外筒体、内筒体、端部挡环、应变传感器和电控主板，内筒体上通过端部挡环安装有外筒体，外筒体和内筒体之间设置有环空，环空内安装有应变传感器和电控主板，电控主板处的内筒体圆周上呈180°均布有多个电池槽，电池槽内活动安装有电池，电控主板分别与电池和应变传感器连接。本实用新型结构简单、设计合理，通过应变传感器、加速度传感器来测试钻头附近处钻柱的受力运动情况，并将测量结果记录存储在SD卡，对井下钻杆钻具在详细时间、温度记录情况下完成对其形变、速度的采集存储，便于起下钻后对钻杆已使用情况做详细分析，便于管控风险，提高安全系数。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于深水钻井的井下测试短节，属石油钻井工具技术领域。
背景技术
在深水钻井领域，由于深水钻柱和隔水管通过升沉运动补偿装置与钻井平台连接在一起，导致钻柱和隔水管的顶端与钻井平台在竖直方向上的运动是不同步的，因此钻井平台的运动并不能代表深水钻井钻具的运动，在钻井过程中，钻头的工作、井眼的状况、甚至井下地层的各种变化，往往是通过钻柱及各种仪表才能反映到地面上来，因此开发出一种能直接测量钻柱近钻头部位的速度、加速度、位移等参数的测井设备具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种能直接测量钻柱近钻头部位的速度、加速度、位移的用于深水钻井的井下测试短节，它还能测试钻柱的相关受力情况：应力、扭矩、转角等，对深水钻井钻柱运动控制，钻柱损伤估计，有重要意义。
本实用新型的技术方案是：
一种用于深水钻井的井下测试短节，包括外筒体、内筒体、端部挡环、应变传感器和电控主板，其特征在于：内筒体上通过端部挡环安装有外筒体，外筒体和内筒体之间设置有环空，环空内从下至上间隔安装有应变传感器和电控主板，电控主板处的内筒体圆周上呈180°均布有多个电池槽，电池槽内活动安装有电池，电控主板分别与电池和应变传感器连接。
所述的端部挡环与内筒体螺纹连接；环空两侧的外筒体与内筒体之间设置有密封圈。
所述的内筒体的一端呈锥形，锥形的内筒体端头设置有外螺纹，内筒体的另一端端口内设置有内螺纹。
所述的内筒体为变径体，内筒体的两端分别设置有台阶状的凸肩，凸肩之间的内筒体圆周上设置有环状的装配凹。
所述的电控主板上布置有微控制器、加速度传感器、时钟芯片、温度传感器、SD卡以及3块L4973稳压芯片；加速度传感器、时钟芯片、温度传感器、SD卡与微控制器的输入输出端口连接。
所述的应变传感器由数据线与电控主板的微控制器连接。
所述的微控制器的型号为ATmega328P，加速度传感器的型号为MMA7361。
所述的时钟芯片的型号为DS1302。
所述的温度传感器的型号为DS18B20。
所述的3块L4973稳压芯片提供的电压分别为3.3V、5.1V和12V。
本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：
该用于深水钻井的井下测试短节通过内筒体的上下端头分别连接钻杆和钻具，通过内筒体上设置的应变传感器测量内筒体受力后产生的形变，并将采集的数据通过微控制器写入到SD卡中存储；其次，通过电控主板上的加速度传感器检测深水运动的加速度；温度传感器能提供0.5℃分辨率的温度信号，用于测量深水井下工作环境温度，同时为应变传感器提供温度补偿数据，提高应变传感器的工作精度；时钟芯片提供准确的时间数据，且自带温度补偿电路，能消除温度变化对计时的影响，为数据的写入提供参考；3块L4973稳压芯片分别调整为输出12V，5.1V，3.3V三个档次的电压值，以供应应变传感器12V的工作电压，微控制器5.1V的工作电压，以及SD卡相关电路的3.3V工作电压；内外筒体之间设置的密封圈能有效防止水汽等进入电子设备舱，腐蚀电气元件，提高设备使用周期；本实用新型通过应变传感器、加速度传感器来测试钻头附近处钻柱的受力运动情况，并将测量结果记录存储在SD卡，便于后续对井下钻柱的使用情况进行详细的分析（包括温度），及时判断出钻柱的异常，避免出现安全事故。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1中的A-A向截面结构示意图；
图3为图1中的B-B向截面结构示意图；
图4为本实用新型中电控主板的电路原理图；
图5为图4中微控制器的电路放大图；
图6为图4中3.3V稳压芯片的电路放大图；
图7为图4中5.1V稳压芯片的电路放大图；
图8为图4中12V稳压芯片的电路放大图。
图中：1、凸肩，2、装配凹，3、外筒体，4、内筒体，5、端部挡环，6、密封圈，7、应变传感器，8、电控主板，9、环空，10、电池槽。
具体实施方式
该用于深水钻井的井下测试短节包括外筒体3、内筒体4、端部挡环5、应变传感器7和电控主板8，内筒体4为变径体，内筒体4的两端分别设置有台阶状的凸肩1，凸肩1之间的内筒体圆周上设置有环状的装配凹2，内筒体4的一端呈锥形，锥形的内筒体4端头设置有外螺纹，内筒体4的另一端端口内设置有内螺纹，便于内筒体4的上下端与井下其他部件的连接起来使用该测试短节；内筒体4上通过端部挡环5安装有外筒体3，外筒体3和内筒体4之间设置有该装配凹2与外筒体1配合形成的环空9，环空9内从下至上间隔安装有应变传感器7和电控主板8，应变传感器7用于测量内筒体4受力后产生的形变，从而反映出钻杆的受力情况，端部挡环5与内筒体4螺纹连接，环空9两侧的外筒体3与内筒体4之间设置有密封圈6，端部挡环5能防止外筒体3轴向窜动，并便于装配，通过密封圈6的设置能防止井下水汽进入到环空9并对其内设置的电气设备造成腐蚀，避免测试不准确或无效。
电控主板8处的内筒体4圆周上呈180°均布有多个电池槽10，电池槽10内活动安装有为电控主板供电的耐高温磷酸铁锂电池，电控主板8分别与电池和应变传感器7连接，电控主板8上布置有型号为ATmega328P微控制器、型号为MMA7361的加速度传感器、型号为DS1302的时钟芯片、型号为的DS18B20温度传感器、SD卡以及3块L4973稳压芯片；工作时，应变传感器7将采集到的内筒体4形变量信息经数据线传输给电控主板8的微控制器并写入SD卡。其中加速度传感器用于检测深水运动的加速度；时钟芯片提供准确的时间数据，且自带温度补偿电路，能消除温度变化对计时的影响，为数据的写入提供参考；温度传感器能提供0.5℃分辨率的温度信号，用于测量深水井下工作环境温度，同时为应变传感器提供温度补偿数据，提高应变传感器的工作精度；SD卡与微控制器的输入输出端口连接，微控制器用于整合加速度传感器、应变传感器、温度传感器、时钟芯片的数据，并写入电控主板的SD卡中；3块L4973稳压芯片分别调整为输出12V，5.1V，3.3V三个档次的电压值，以供应应变传感器12V的工作电压，微控制器5.1V的工作电压，以及SD卡相关电路的3.3V工作电压。
本实用新型结构简单、设计合理，能简单便捷地对井下钻杆钻具在详细时间、温度记录情况下完成对其形变、速度的采集存储，便于起下钻后对钻杆已使用情况做详细分析，便于管控风险，提高安全系数。
以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，上述举例说明不对本实用新型的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本实用新型的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本实用新型技术方案的范围内，而不背离本实用新型的实质和范围。
Claims (10)
1.一种用于深水钻井的井下测试短节，包括外筒体（3）、内筒体（4）、端部挡环（5）、应变传感器（7）和电控主板（8），其特征在于：内筒体（4）上通过端部挡环（5）安装有外筒体（3），外筒体（3）和内筒体（4）之间设置有环空（9），环空（9）内从下至上间隔安装有应变传感器（7）和电控主板（8），电控主板（8）处的内筒体（4）圆周上呈180°均布有多个电池槽（10），电池槽（10）内活动安装有电池，电控主板（8）分别与电池和应变传感器（7）连接。
2.根据权利要求1所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的端部挡环（5）与内筒体（4）螺纹连接；环空（9）两侧的外筒体（3）与内筒体（4）之间设置有密封圈（6）。
3.根据权利要求1所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的内筒体（4）的一端呈锥形，锥形的内筒体（4）端头设置有外螺纹，内筒体（4）的另一端端口内设置有内螺纹。
4.根据权利要求1或3所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的内筒体（4）为变径体，内筒体（4）的两端分别设置有台阶状的凸肩（1），凸肩（1）之间的内筒体（4）圆周上设置有环状的装配凹（2）。
5.根据权利要求1所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的电控主板（8）上布置有微控制器、加速度传感器、时钟芯片、温度传感器、SD卡以及3块L4973稳压芯片；加速度传感器、时钟芯片、温度传感器、SD卡与微控制器的输入输出端口连接。
6.根据权利要求5所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的应变传感器（7）由数据线与电控主板的微控制器连接。
7.根据权利要求5所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的微控制器的型号为ATmega328P，加速度传感器的型号为MMA7361。
8.根据权利要求5所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的时钟芯片的型号为DS1302。
9.根据权利要求5所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的温度传感器的型号为DS18B20。
10.根据权利要求5所述的用于深水钻井的井下测试短节，其特征在于：所述的3块L4973稳压芯片提供的电压分别为3.3V、5.1V和12V。
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| CN109973073A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-07-05 | 长江大学 | 一种用于深水钻井的井下测试短节 |
| CN113495011A (zh) * | 2020-04-02 | 2021-10-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种测力仪、井下定向工具的地面测试装置及方法 |
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