[发明专利]长距离钻孔钻杆钻压和扭矩同步测量的传感器及测量方法

权利要求书

1.一种长距离钻孔钻杆钻压和扭矩测量方法，其特征在于，利用一种长距离钻孔钻杆钻压和扭矩同步测量的传感器，包括外壳体、胶筒、应变花、防水垫圈、电子仓和异形紧固螺母，所述外壳体在中部具有导流口和环形安装槽，粘贴有应变花的胶筒固定设置在环形安装槽内，胶筒和安装槽的筒壁之间设置有连接层；2个防水垫圈分别设置在环形安装槽的开口位置，以及电子仓和胶筒之间；所述异形紧固螺母装配在环形安装槽的开口位置，外壳体的两端设置有安装部；还包括传感器电路单元，所述传感器电路单元配置在电子仓内，传感器电路单元包括异形PCB电路板、电源、钻压测量桥路、扭矩测量桥路、信号调理桥路、单片机集成电路、二次转换电路、电源调理芯片和数据存储芯片；所述钻压测量桥路和扭矩测量桥路设置在胶筒上，并且通过导线与异形PCB电路板相连，信号调理桥路接收并放大、过滤来自测量桥路和扭矩测量桥路的电信号；所述信号调理桥路和单片机集成电路相连，单片机集成电路将电信号转换为数字信号；所述二次转换电路和信号调理桥路相连，二次转换电路和数据存储芯片相连；所述电源配置有电源调理芯片并为传感器电路单元提供稳定电压；所述连接层由液态胶制作而成，连接层将外壳体、胶筒和应变花粘结为整体，形成应变场监测区域；所述环形安装槽的开口处设有螺纹，异形紧固螺母和环形安装槽的螺纹相互配合，异形紧固螺母压紧防水垫圈并封堵环形安装槽的开口；所述电子仓和胶筒之间的防水垫圈上设置有导线孔，应变花连接的导线穿过导线孔和传感器电路单元相连；所述应变花沿胶筒表面绕设并粘贴，钻压测量桥路中应变花分别沿胶筒轴向和圆周方向粘贴，扭矩测量桥路中应变花与胶筒中线呈45°角粘贴；

步骤包括：

S1.将长距离钻孔钻杆钻压和扭矩同步测量的传感器安装至钻机的钻杆上；

S2.启动钻机，传感器的外壳体随钻杆转动，外壳体受到轴向压力和扭矩作用；

S3.传感器的应变花将监测信息传输至传感器电路单元；

S4.传感器电路单元处理监测信息并确定钻压和扭矩参数并存储；

S5.停止钻进取出传感器和钻杆；

所述外壳体的轴向应变、径向应变与钻压、扭矩线性相关，所述胶筒沿圆周四等分，在四个部分分别设置应变花；

所述轴向压力P的计算为：

式中σ为外壳体所受应力；E为外壳体的弹性模量，A为外壳体的横截面积，μ为外壳体的泊松比，ε_dP为轴向加压的传感器应变读数，D为外壳体的外径，d为外壳体的内径；

扭矩T的计算为：

式中ε_dT为扭转加压的传感器应变读数。

2.一种长距离钻孔钻杆钻压和扭矩测量方法，其特征在于，利用一种长距离钻孔钻杆钻压和扭矩同步测量的传感器，包括外壳体、胶筒、应变花、防水垫圈、电子仓和异形紧固螺母，所述外壳体在中部具有导流口和环形安装槽，粘贴有应变花的胶筒固定设置在环形安装槽内，胶筒和安装槽的筒壁之间设置有连接层；防水垫圈设置在环形安装槽的开口位置；所述异形紧固螺母装配在环形安装槽的开口位置，外壳体的两端设置有安装部；所述防水垫圈和环形安装槽的内壁上设置有直角形的导线孔，导线连接应变花并穿过导线孔从导流口引出，导线与万向联轴器相连接并将信号传输至拉线式集流器中，拉线式集流器连接动态电阻应变仪，步骤包括：

S1.将长距离钻孔钻杆钻压和扭矩同步测量的传感器安装至钻机的钻杆上；

S2.启动钻机，传感器的外壳体随钻杆转动，外壳体受到轴向压力和扭矩作用；

S3.传感器的应变花将监测信息传输至动态电阻应变仪；

S4.动态电阻应变仪实时确定钻压和扭矩参数并存储；

S5.停止钻进取出传感器和钻杆。