[发明专利]一种井下抽油杆多维径向压力测量装置

摘要

一种井下抽油杆多维径向压力测量装置，它由井下组件和井上附件两部分组成，当该测量装置进行井下测量时，井下组件与井上附件是相互分离、独立的工作，井下组件部分依据径向压力变化的快慢及幅度指标控制，自适性调整数据采样频率，井上附件部分则分析处理抽油杆前一时间段径向力数据；当测量装置位于井上进行数据分析时，井下组件与井上附件经数据通讯接口（605）使用串行线进行连接，从大容量FLASH存储器（604）转移井下测量数据。本发明结构规整、体积小，它是一种能够实时测量井下抽油杆多维径向压力的检测装置，能很好地满足狭小空间、复杂工况对测量的要求。

主权项

一种井下抽油杆多维径向压力测量装置，其特征在于：它由井下组件和井上附件两部分组成，当该测量装置进行井下测量时，井下组件与井上附件是相互分离、独立的工作，井下组件部分依据径向压力变化的快慢及幅度指标控制，自适性调整数据采样频率，井上附件部分则分析处理抽油杆前一时间段径向力数据；当测量装置位于井上进行数据分析时，井下组件与井上附件经数据通讯接口（605）使用串行线进行连接，从大容量FLASH存储器（604）转移井下测量数据；所述井下组件包括滤波套筒（4）、测量心体（5）、微电测量控制系统（6）和抽油杆径向力传感器短节，测量心体（5）装于滤波套筒（4）腔内，滤波套筒（4）安装于抽油杆径向力传感器短节中的应力集中构件（3）的传感器舱内，微电测量控制系统（6）安装于微电控制舱内；该滤波套筒（4）为圆筒形，它的材料与应力集中构件（3）相同，具有高弹性，该构件安装于应力集中构件（3）的内部，其内、外表面有表面精度和配合要求，使外部环境的径向压力能最大程度地传递进来，同时滤除轴向力和扭矩的影响；该测量心体（5）的结构是轮辐式，它由辐末端触角（502）、轮轱（503）、轮辐条（501）和应变片组成，共有三层，每层之间以铰链连接，滤除各测量层之间的相互干扰，实现测量短节径向力沿轴向分布的层析测量；每个轮辐测量机构有8个轮辐条（501），将圆周方向分为8份，形成45°间隔，该机构对圆周上所受径向力情况感知高；辐末端触角（502）的曲率与滤波套筒（4）内壁相同，保证测量心体（5）与滤波套筒（4）结合更加紧密，使滤波套筒（4）变形能最大程度传递到轮辐上；轮辐条（501）为方条状结构，其方条状的四个侧面贴应变片，构成桥式电路；该微电测量控制系统（6）位于微电控制舱内，由FPGA控制器（601）、电源控制电路（602）、大容量高温蓄电池（603）、大容量FLASH存储器（604）、数据通讯接口（605）、信号调理电路（607）、A/D转换（608）和桥式电路（609）组成，其中大容量高温蓄电池（603）经过导线与电源控制电路（602）连接，满足独立环境供电需求；传感器舱的传感器信号通过导线经筋板（303）相应的通孔（302）连接至信号调理电路（607），信号调理将传感器模拟电压信号转换为控制器要求的范围，转换后的测量信号还需要经过A/D转换（608）将模拟信号变换为数字信号，之后再传输至FPGA控制器（601）以实现精细化分析，FPGA控制器（601） 将具有时序的三维径向压力数据输出至大容量FLASH存储器（604）中；该抽油杆径向力传感器短节是由抽油杆上接头（1）、下接头（7）、O型密封圈（2）和应力集中构件（3）组成，两个O型密封圈（2）分别装于上接头（1）和下接头（7）的密封槽内，应力集中构件（3）的传感器舱一端外螺纹旋入上接头（1）的大直径端的内螺纹内，之后将应力集中构件（3）的微电控制舱一端外螺纹旋入下接头（7）的大直径端的内螺纹内；该上接头（1）两端大小不一，小端凸部为外螺纹，用于连接抽油杆，大端凹部为内螺纹，带有密封槽，用于和应力集中构件（3）密封连接，目的是形成应力集中；该下接头（7）两端大小一致，两端内部均为内螺纹，与应力集中构件（3）连接的内螺纹具有密封槽，与抽油杆连接的内螺纹设有导向槽；该应力集中构件（3）外部形状为圆筒形，内部分为传感器舱和微电控制舱两个舱，其中传感器舱用于放置滤波套筒（4）和测量心体（5），微电控制舱安放FPGA控制器（601）、电源控制电路（602）、大容量高温蓄电池（603）、大容量FLASH存储器（604）、数据通讯接口（605）和信号调理电路（607）、A/D转换（608）和桥式电路（609）；在隔绝两舱的筋板（303）上面有8个导线孔（302），对应每个测量层的8组桥式电路，用于将相应的传感器线路连接至控制系统；构件的材料具有高弹性，以实现应力集中，最大程度地传递应变，同时应力集中构件（3）内表面具有高表面精度，减小对机械滤波的干扰；所述井上附件包括PC机（606）、通讯设备、分析处理软件和打印设备，待井下组件从井下取出之后，通过数据通讯接口（605）经串行线将FPGA控制器（601）与PC机（606）互联，将长时间段的测量存储数据导至PC机（606）内，结合分析软件，还原径向压力，发掘抽油杆微特征变化；将分析结果整理成测量报告，通过打印设备输出。