[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的自供电井下钻具振动传感器

说明书

本发明提供一种基于摩擦纳米发电机的自供电井下钻具振动传感器，包括：用于与钻具连接的壳体；滑动设置于壳体内的滑块，滑块表面设有纳米材料膜；设置于滑块滑动路径上的摩擦电极；沿着滑块滑动方向间隔设置于壳体内的多个感应电极；以及分别与各感应电极连接的单片机，滑块受钻具振动作用滑动，纳米材料膜与摩擦电极摩擦带电，各感应电极与带电后的摩擦电极产生静电感应，单片机检测各感应电极上产生的电信号，并根据各感应电极位置关系计算出振动幅值。本发明的有益效果：可计算出钻具振动幅值及振动频率，实现对钻具工作安全情况的监测；收集钻具轴向振动能量为单片机供电，实现传感器自供电。

技术领域

本发明涉及井底钻具振动参数测量设备技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的自供电井下钻具振动传感器。

背景技术

在钻井过程中，井下钻具组合受交变应力的影响会发生疲劳破损，特别是钻头和底部钻具组合部分受振动和冲击的影响极易损坏，甚至引起工程事故。钻具设备的损坏与不同类型的井下振动有关。因此，利用随钻振动和冲击参数监测来实现对井底钻具状态的监测，成为一项势在必行的技术。

钻具振动主要有三种类型，根据对钻具影响程度从小到大分别为扭转振动、轴向振动、横向振动。其中扭转振动和轴向振动在钻具工作过程中一直存在，而横向振动通常由扭转振动和轴向振动引起。现阶段，监测钻具轴向振动参数的原理主要是利用综合录井仪、MWD(随钻测量)、LWD(随钻测井)、FEWD(随钻地层评价)等进行井下钻具振动测量，测量数据主要用来对识别井下复杂情况，优化钻具结构，对于钻具工作可靠性监测较少，同时需要较大电源供电，因此急需研制一种新的采集钻具振动数据的监测传感器。

发明内容

有鉴于此，为了解决井下钻具轴向振动参数监测的问题，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发电机的自供电井下钻具振动传感器。

本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发电机的自供电井下钻具振动传感器，包括：

用于与钻具连接的壳体；

滑动设置于所述壳体内的滑块，所述滑块表面设有纳米材料膜；

设置于所述滑块滑动路径上的摩擦电极；

沿着所述滑块滑动方向间隔设置于所述壳体内的多个感应电极；

以及分别与各所述感应电极连接的单片机，所述滑块受钻具振动作用滑动，所述纳米材料膜与所述摩擦电极摩擦带电，各所述感应电极与带电后的摩擦电极产生静电感应，所述单片机检测各所述感应电极上产生的电信号，并根据各所述感应电极位置关系计算出振动幅值。

进一步地，包括与所述静电计摩擦电极连接的静电计，所述静电计用于采集所述纳米材料膜与所述摩擦电极产生电信号的频率作为钻具振动频率。

进一步地，所述滑块为圆盘状，所述感应电极为圆筒状铜片，所述感应电极包围所述滑块。

进一步地，所有感应电极均匀分布，且相邻两所述感应电极之间的间距、所述滑块和纳米材料膜的厚度和、每一所述感应电极的高度相等。

进一步地，所述壳体为中空的圆柱筒体，所述壳体轴线处设有导向柱，所述滑块可滑动的套设于所述导向柱上，各所述感应电极设置于所述壳体的内壁上。

进一步地，所述摩擦电极为圆形铜片，所述摩擦电极固定于所述导向柱的下端，所述摩擦电极与所述滑块平行设置。

进一步地，所述纳米材料膜与所述滑块之间还设有缓冲材料层。

进一步地，所述纳米材料膜为PTFE薄膜。