[发明专利]一种基于压电纤维自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统

说明书

本发明公开了一种基于压电纤维自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，由若干个信号测量与无线传输装置和地面无线发射/接收装置组成，信号测量与无线传输装置可以代替接箍用来连接抽油杆，抽油杆上下运动过程中，油液会在挡流片背面产生涡流，带动振动片会发生振动，振动片带动压电纤维振动产生电能，测量与无线传输装置中的柔性印刷电路板上有传感器信号处理电路、无线发送接收电路和主控制电路等，通过ZigBee无线通讯协议与地面通讯，实现了装置的自供电的井下无线通讯，结构简单，安装方便，适应性强，解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题，可以根据不同的井深采用不同的安装方式适应不同的工作环境。

技术领域

本发明关于油田井下监测技术，特别是关于油井井下直读监测技术，具体的讲是一种基于压电纤维自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统。

背景技术

在如今的采油工程中，有各式各样的采油方式，但是最主要使用的是有杆采油的方式。有杆采油使用细长的抽油杆连接着地下数千米的抽油泵，通过固定在地面的抽油机带动抽油杆上下运动达到抽油目的。

抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接抽油机的悬绳器，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62、8或9.14米，材质一般是低碳合金钢经过调质处理, 单根抽油杆的两端加工成外螺纹，然后用一种叫接箍的标准连接件将一根根抽油杆连接起来，接箍的两端加工成内螺纹，长度一般为100毫米，外径比抽油杆稍大，这样在油管内通过抽油杆将地下油层处的油泵活塞与抽油机“驴头”上的悬绳器相连接，通过抽油机往复运动来泵油。

目前随着油价的下跌，各油田生产单位越来越重视生产节能增效，如对抽油机改为变频控制，实现可调的抽油频次，对注水井的注水压力和流量的优化改变来提升产油量，但目前这些参数的设定均是基于操作人员的经验，因为缺乏井下环境数据的测量，如注水井中注水压力和流量均很大，在油井中抽上来的是含水量很高的原油，就会造成能量的极大浪费。另一方面，目前的油井深度一般在2～3千米左右，新疆克拉玛依的油井深度可达6～7千米，而井下工况十分复杂，工作环境非常恶劣，不仅受到机、杆、泵等抽油设备的影响，还直接受到砂、蜡、气、水的影响，故障率很高，为了保证抽油井正常生产，延长抽油设备使用寿命，就必须及时、准确地掌握抽油井的工作状况，诊断抽油井所存在的故障。

我国现有的油井在生产过程中，几乎没有对油井井下环境参数进行监测，目前对于抽油井的工况主要通过采油工程技术员对抽油机示功图的分析和油井的管理经验确定，诊断结果准确性不高，情况复杂时只能通过抽出所有井下抽油杆和油管来查探情况，但该方法容易导致判断错误或投入不必要的测试作业费，并且很少存在可以直接检测井下其他数据的信号测量与无线传输部分。专利网公布了“一种利用压电技术发电的流体管道系统”（申请号：201510039957.1）这种发电的装置可以实现将流体流动产生的动能转换成电能，但是并不适用在油田抽油的环境中，因为抽油井的抽油管道中有抽油杆，抽油杆并不会转动。专利网公布的 “一种压电式流体发电机”（申请号：201610459316.6）是通过将流体流动过程中的脉动，带动压电薄膜的振动来达到发电的目的，这种装置同样不适合油田抽油的环境。专利网公布的“一种抽油杆井下受力信号测量与无线传输部分”（申请号：201310399077.6）这种井下受力信号测量与无线传输部分虽然可以通过设计了一个测试短节连接在抽油杆上测试井下的压力但是其电源是通过大容量蓄电池的方式供电，实际上井下空间非常有限，不可能提供很大容量的蓄电池，充电不方便，只有当修井时取出更换才行，一旦修井周期较长，电池可能已耗完，影响工作。专利网公布的 “井下密封式载荷传感器”（申请号：200910072873.2）与前者类似，但是同样没有解决前面所述的问题。常见的自供电信号测量与无线传输部分如专利网公布的“一种拉压式振动俘能器”（申请号：201510007482.8）是一种通过振动体带动惯性块运动从而使得压电振子振动发电，但是该发明是单端固定在振动体上的，与抽油环境并不能很好地相适应。除此之外也有人尝试直接放电缆下去，但是在抽油过程中电线易被拉断，同时布线后也会干扰修井工作。

发明内容