一种井下抽油杆径向压力测量装置

1.一种抽油杆的井下径向压力测量装置，包括短节[1]、密封圈[2]、环形衬套[3]、电阻应变片[4]和集成电路系统[5]，其特征在于，
（1）一个具有贯通孔形式的短节[1]，外形类似于连接抽油杆的接箍，在贯通孔的两端各有一段内螺纹，在内螺纹的里端各开有一个环形槽，槽内放有密封圈[2]；短节[1]的内螺纹与抽油杆的外螺纹连接，在旋紧抽油杆之后，抽油杆的顶端压紧密封圈[2]与外界密封；
（2）一个弹性的环形衬套[3]紧贴于短节[1]的贯通孔内表面，短节[1]受到的径向压力使环形衬套[3]产生弹性形变，对于短节[1]受到的轴向拉、压力和扭力，环形衬套[3]不发生弹性形变；
（3）电阻应变片[4]粘贴于环形衬套[3]的内表面，并与集成电路系统[5]中的检测电路[501]组成检测电桥，当环形衬套[3]产生的弹性形变引起电阻应变片[4]的阻值改变时，检测电桥产生相应的电压输出信号；
（4）集成电路系统[5]安装在短节[1]的内部，集成电路系统[5]包括检测电路[501]、信号放大电路[502]、主控制器[503]、时钟电路[504]、大容量存储器[505]、电源控制电路[506]、高温电池[507]和数据通讯接口[508]。

一种井下抽油杆径向压力测量装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于计量测试技术领域，涉及对井下抽油杆与油管之间发生偏磨现象时抽油杆径向压力测量装置的改进。\n背景技术\n[0002] 目前国内外普遍采用的抽油方式是有杆抽油，它具有采油成本低廉、管理维修方便和适用范围广泛等优点。有杆抽油的基本构成是，在地面与油层之间的油井中先行铺设套管，在套管中再安装油管，在油管中又放置着通过接箍相互连接的抽油杆。在抽油的过程中，抽油杆与油管之间经常发生偏磨现象，随着侧钻井及定向斜井等特殊结构油井数量的增加，偏磨问题在有杆抽油行业显得更加普遍和日益突出。当偏磨达到一定程度时就会导致抽油杆磨断或者油管磨穿等后果，严重地影响着油井的正常生产并造成抽油产量的损失。当发生偏磨现象时，抽油杆所承受径向压力的大小是磨损程度的关键，因此生产现场迫切需要一种能够深入井下测量抽油杆径向压力的装置。\n[0003] 针对抽油杆与油管之间偏磨问题的研究，近年来已经取得了一定的进展。如在力学模型研究方面，考虑到实际井眼轨迹的影响，将抽油杆系统受滑动摩擦力和流体阻力的误差以及模型自身误差的影响，通过等效阻力修正系数进行修正，使计算出的抽油杆实际受力更加准确（申请号：200810196099.1）；在防止偏磨技术的研究方面，开发了固定式抽油杆扶正器（申请号：200920246462.6）、抽油杆加重管（专利号：ZL200620077193.1）和抽油杆万向防偏磨接箍（申请号：201020183938.9）等，形成了一些防止偏磨的有效工具。但无论是力学建模还是防止偏磨技术，都需要井下实测径向压力数据的支持和验证，以便对降低偏磨所能够达到的实际效果做出量化的评估。\n[0004] 关于井下压力的测量装置，已经发表了一些论文或公布了一些专利。如“抽油杆柱井下力学检查仪负荷传感器短节的研制”（刘松林等，石油仪器，2007,2：4-7.）一文，虽然考虑了短节应满足温度、压力、腐蚀结垢、小空间和负荷变化大等要求，也确定了负荷传感器的主要技术指标，但该传感器所检测的是抽油杆所受拉力、压力与扭矩等多项力学参数的综合作用结果，无法检测出发生偏磨现象时抽油杆受到径向压力的实际数值。“井下存储式杆管参数检测器”（专利号：ZL200420024926.6）提出了多个参数检测器的具体结构，将所设计的传感器仓柱和电路板仓柱两部分串接于抽油杆的接头之间，能够检测出拉压力、扭力、温度、加速度与斜度等参数，但无法检测出抽油杆径向压力的大小。“一种管柱状态检测装置”（专利号：ZL200820219679.3）提出了一种由井下和地面两部分组成的检测装置，实现了井下管柱温度、轴向力与管柱滑动位移的一体化测量，但是无法检测抽油杆径向压力的具体数值。综上所述，现有的测量仪器或检测技术虽然能够测量油井下的不同参数，但是对于抽油杆与油管之间发生偏磨时最重要的力学参数之一，即抽油杆径向压力的具体数值尚没有出现有效的测量装置。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是：提出一种能够在井下测量抽油杆径向压力的装置[0006] 本发明的技术解决方案是：一种抽油杆的井下径向压力测量装置，包括短节1、密封圈2、环形衬套3、电阻应变片4和集成电路系统5，其特征在于，\n[0007] （1）一个具有贯通孔形式的短节1，外形类似于连接抽油杆的接箍，在贯通孔的两端各有一段内螺纹，在内螺纹的里端各开有一个环形槽，槽内放有密封圈2；短节1的内螺纹与抽油杆的外螺纹连接，在旋紧抽油杆之后，抽油杆的顶端压紧密封圈2与外界密封；\n[0008] （2）一个弹性的环形衬套3紧贴于短节1的贯通孔内表面，短节1受到的径向压力使环形衬套3产生弹性形变，对于短节1受到的轴向拉、压力和扭力，环形衬套3不发生弹性形变；\n[0009] （3）电阻应变片4粘贴于环形衬套3的内表面，并与集成电路系统5中的检测电路\n501组成检测电桥，当环形衬套3产生的弹性形变引起电阻应变片4的阻值改变时，检测电桥产生相应的电压输出信号；\n[0010] （4）集成电路系统5安装在短节1的内部，集成电路系统5包括检测电路501、信号放大电路502、主控制器503、时钟电路504、大容量存储器505、电源控制电路506、高温电池507和数据通讯接口508。\n[0011] 本发明的优点是：\n[0012] 1、测量装置与抽油杆旋紧之后放入油井下，能够代替接箍工作并测量抽油杆径向压力。\n[0013] 2、环形衬套起到了消除抽油杆受到的轴向拉、压力或扭力对径向压力检测影响的作用。\n[0014] 3、主要技术指标如下，测量的最大径向压力为500KN；最小径向压力为10N；最大耐压为35MPa；最高工作温度为120℃。\n附图说明\n[0015] 图1是径向压力测量装置的结构示意图。\n[0016] 图2是本发明集成电路系统原理框图。\n具体实施方式\n[0017] 下面对于本发明做进一步详细说明。一种抽油杆的井下径向压力测量装置，包括一个具有贯通孔形式的短节1，参见图1，外形类似于连接抽油杆的接箍，在贯通孔的两端各有一段内螺纹，在内螺纹的里端各开有一个环形槽，槽内放有密封圈2。短节1的内螺纹与抽油杆的外螺纹连接，在旋紧抽油杆之后，抽油杆的顶端压紧密封圈2与外界密封。一个弹性的环形衬套3紧贴于短节1的贯通孔内表面，电阻应变片4粘贴于环形衬套3的内表面。集成电路系统5安装在短节1的内部，参见图2，集成电路系统5包括检测电桥501、信号放大电路502、主控制器503、时钟电路504、大容量存储器505、电源控制电路506、高温电池507和数据通讯接口508。本发明的特征在于，\n[0018] （1）一个具有贯通孔形式的短节1，外形类似于连接抽油杆的接箍，在贯通孔的两端各有一段内螺纹，在内螺纹的里端各开有一个环形槽，槽内放有密封圈2。短节1的内螺纹与抽油杆的外螺纹连接，在旋紧抽油杆之后，抽油杆的顶端压紧密封圈2与外界密封。短节1选择具有良好机械性能和热处理性能的合金钢作为材料，其最大耐压为35MPa，最高工作温度为120℃，能够检测的最大径向压力Fmax为500KN。\n[0019] （2）一个弹性的环形衬套3紧贴于短节1的贯通孔内表面，短节1受到的径向压力使环形衬套3产生弹性形变，对于短节1受到的轴向拉、压力和扭力，环形衬套3不发生弹性形变。环形衬套3起到了消除抽油杆受到的轴向拉、压力和扭力对径向压力检测影响的作用，使得短节1在受到沿轴向拉、压力或扭力作用而产生弹性形变时，该形变无法传递到环形衬套3而对径向压力的检测产生影响。环形衬套3与短节1的材料相同，在高温油井中具有相同的热膨胀系数。\n[0020] （3）电阻应变片4粘贴于环形衬套3的内表面，并与集成电路系统5中的检测电路\n501组成检测电桥，当环形衬套3产生的弹性形变引起电阻应变片4的阻值改变时，检测电桥产生相应的电压输出信号，该测量装置能够检测的最小径向压力为10N。\n[0021] （4）集成电路系统5安装在短节1的内部，集成电路系统5包括检测电桥501、信号放大电路502、主控制器503、时钟电路504、大容量存储器505、电源控制电路506、高温电池507和数据通讯接口508。检测电桥的输出电压通过导线与信号放大电路502相连，将电压信号放大到主控制器503能够处理的范围内。主控制器503每隔十秒采集一次电压信号并转化为相应的数值信号，时钟电路504产生的时钟信号传回主控制器503，作为主控制器503存储的时标数据，主控制器503将数值信号和相应的时标数据存入大容量存储器505中。电源控制电路506通过导线与高温电池507相连，数据通讯接口508用于和上位机的数据交换，包括参数设置和数据导出。\n[0022] 使用本发明装置的步骤是：该发明装置在深入井下测量之前，首先要在地面完成径向压力的标定和集成电路系统的参数设置。将该测量装置与抽油杆旋紧之后放入油井下，即可测量抽油杆径向压力的具体数值。从井下起出测量装置之后，通过数据通讯接口将存储的径向压力测量数据导出。