專利名稱：井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于油田采油井下檢測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種油田井下管 柱受力及受力變化后配套工具蠕動(dòng)位移的檢測(cè)裝置。
技術(shù)背景油田采油井下管柱在中深井井下高溫高壓下工作時(shí)，受力比較復(fù)雜，特 別是分層注水、分層酸化等管柱，施工工序多，施工過程壓力變化范圍大，施工壓力最高可達(dá)達(dá)40MPa，而停注或反洗井時(shí)壓力又會(huì)降到零，并且注入 過程和停注時(shí)溫度也同時(shí)變化，頻繁的壓力和溫度波動(dòng)，導(dǎo)致管柱受力變化 和蠕動(dòng)，因此，對(duì)配套工具封隔器受力和位移分析時(shí)，需要考慮溫度效應(yīng)、 活塞效應(yīng)、螺旋效應(yīng)、流速效應(yīng)、摩擦力等綜合效應(yīng)，由于井下狀況復(fù)雜， 管柱受力后封隔器的蠕動(dòng)位移難以準(zhǔn)確判斷和計(jì)算，目前只能通過理論計(jì)算 推出，理論計(jì)算和實(shí)際情況差別大小無法驗(yàn)證，因此井下管柱的設(shè)計(jì)受影響， 當(dāng)遇到井下封隔器卡封位置較小時(shí)，難以準(zhǔn)確設(shè)計(jì)管柱，管柱失效時(shí)也無法 合理解釋，目前還沒有實(shí)測(cè)井下管柱受力及位移的裝置。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種準(zhǔn)確、方便、能對(duì)油田井下管柱實(shí)際受 力、蠕動(dòng)位移進(jìn)行檢測(cè)并能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，該裝置 為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)的首尾端為上、下接頭，管狀結(jié)構(gòu)管壁內(nèi)設(shè)有開關(guān)倉、 應(yīng)力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、主電路板及電池，其中壓力傳感器 裝配在與中心管道連通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁內(nèi)，開關(guān)倉 內(nèi)有開關(guān)，上述傳感器及開關(guān)分別通過各自的傳輸線與主電路板相連，管狀 結(jié)構(gòu)的外壁上開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器，其外側(cè) 不超出裝置的最外側(cè)邊緣，注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器的通過其傳輸線與 主電路板相連。 注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器由軸向設(shè)置的擺臂、測(cè)量管柱位移的量輪 機(jī)構(gòu)和霍爾傳感器構(gòu)成，擺臂一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在壁體上，量輪機(jī)構(gòu)設(shè)置在擺臂 另一端，霍爾傳感器密封設(shè)置在與量輪機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置的管壁內(nèi)，擺臂兩端之間的管壁內(nèi)分別設(shè)有向外推動(dòng)擺臂的推頂機(jī)構(gòu)、維持?jǐn)[臂緊貼主體的注壓解 鎖機(jī)構(gòu)。所述的量輪機(jī)構(gòu)包括固定在擺臂端部的量輪軸、量輪軸上轉(zhuǎn)動(dòng)裝配的量 輪，量輪上在圓周方向均布有磁塊。所述的推頂機(jī)構(gòu)包括推簧，推簧一端設(shè)置在管壁上，另一端固定在擺臂上。所述的注壓解鎖機(jī)構(gòu)由擺臂內(nèi)側(cè)中部設(shè)置的鎖扣、與鎖扣對(duì)應(yīng)的管壁內(nèi)設(shè)置的水平的L形通孔、通孔中依次設(shè)置的控制彈簧與活塞銷構(gòu)成，鎖扣從 通孔一端插入，通孔的另一端設(shè)有密封堵頭，密封堵頭內(nèi)的通孔中依次設(shè)置 控制彈簧與活塞銷，活塞銷一端壓裝在控制彈簧上，另一端插裝在鎖扣的鎖 孔內(nèi)。所述管狀結(jié)構(gòu)由主體與上、下接頭構(gòu)成，其中主體的上、下端部分別與 上、下接頭固定密封連接，上、下接頭與主體內(nèi)套裝有中心管，中心管上端 部與上接頭固定密封連接，其下端部與下接頭滑動(dòng)密封連接，主體或者上、 下接頭的管壁內(nèi)設(shè)置應(yīng)力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、主電路板及電 池，上接頭外壁上開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器與開關(guān)倉，凹槽外固定 有將其密封的護(hù)套，應(yīng)力傳感器貼覆在凹槽內(nèi)壁上。主體、中心管與下接頭之間形成的空腔內(nèi)設(shè)置主電路板與電池，主電路 板、電池通過螺栓分別固定在主體下端面上。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)采集井下管柱的溫度、壓力、受力和蠕動(dòng)位移參數(shù)， 對(duì)研究分層擠注管柱真實(shí)的受力分析、研究和修正管柱受力模型、研究井下 管柱蠕動(dòng)對(duì)井下工具的影響提供可靠依據(jù)，有利于井下工具和管柱的優(yōu)化設(shè) 計(jì)和提高工藝成功率，能延長管柱有效期，減少無效作業(yè)成本。本實(shí)用新型旋接在管柱上隨管柱下井，注水加壓后，擺臂彈出，量輪貼 在套管壁上，管柱受力發(fā)生蠕動(dòng)位移時(shí)，量輪轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾傳感器接收磁柱產(chǎn) 生的磁信號(hào)，通過霍爾傳感線傳輸給主電路板，同時(shí)管柱在不同溫度和壓力 下受力變化時(shí)，溫度傳感器、應(yīng)力傳感器、壓力傳感器將接受的數(shù)據(jù)傳輸給 主電路板，本實(shí)用新型取出后，從開關(guān)倉內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸端口插上傳輸線和電 腦連接，即可將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上。

圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖面示意圖； 圖3是圖1的B-B剖面示意圖； 圖4是圖1的C向側(cè)視圖； 圖5是圖2的D-D剖面示意圖； 圖6是圖1的局部I放大示意圖； 圖7是圖6的E-E剖視圖； 圖8是本實(shí)用新型在井下工作時(shí)管柱示意圖； 圖9是本實(shí)用新型在套管內(nèi)工作狀態(tài)局部I放大示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示， 一種井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，包括管狀的主體7與 上、下接頭l、 13，其中主體7的上、下端部分別與上、下接頭l、 13螺接， 上、下接頭1、 13與主體7內(nèi)套裝有中心管6,中心管6上端部與上接頭1螺 接，其下端部設(shè)有外凸臺(tái)30，外凸臺(tái)30與下接頭13滑動(dòng)密封連接，上接頭 1外壁上開有凹槽Cl，凹槽Cl外設(shè)有將凹槽Cl密封的管狀護(hù)套2，護(hù)套2 上端部與上接頭1上部螺接，其下端部與上接頭1下部滑動(dòng)連接，上述連接 處都設(shè)有密封圈密封。如圖1、 2、 4、 5、 6所示，主體外壁上開有凹槽C2，凹槽C2內(nèi)設(shè)有注 壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器，其外側(cè)不超出裝置的最外側(cè)邊緣，該檢測(cè)器包 括豎直設(shè)置的擺臂17，擺臂17的上端分成兩個(gè)支臂17-1、 17-2，兩個(gè)支臂 17-1、 17-2之間設(shè)置有量輪軸15，量輪軸15中部稍偏一側(cè)固定有量輪16， 量輪16上沿圓周均布有4 6個(gè)磁柱23，磁柱23粘結(jié)在量輪16上，在量輪 16與支臂17-1之間的主體7上沿量輪軸15軸線上下對(duì)稱開有偏孔K2，偏孔 K2軸線與量輪16輪面平行，偏孔K2內(nèi)安裝有霍爾傳感器22，兩個(gè)霍爾傳 感器22記錄量輪16上磁柱23發(fā)出的磁信號(hào)，偏孔K2端口螺接有固定霍爾 傳感器22的螺釘21，螺釘21端部壓裝有密封圈33，將霍爾傳感器22密封 在偏孔K2內(nèi)，霍爾傳感器22通過霍爾傳感線14與主電路板9連接。如圖4、 6、 7所示，擺臂17下端設(shè)有擺臂軸25，擺臂軸25穿裝在主體 7上，擺臂17能圍繞擺臂軸25小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，擺臂17上靠主體7—側(cè)設(shè)有凸 臺(tái)34，凸臺(tái)34對(duì)應(yīng)主體7上設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有推簧24，推簧24外端套 裝在凸臺(tái)34上，靠主體7 —側(cè)的擺臂17中部設(shè)置有鎖扣35，與鎖扣35對(duì)應(yīng) 的主體7上設(shè)置有水平的L形通孔K3，鎖扣35從通孔K3 —端插入，通孔 K3的另一端設(shè)有密封堵頭20，密封堵頭20內(nèi)的通孔K3中依次設(shè)有控制彈 簧19與活塞銷18，活塞銷18 —端壓裝在控制彈簧19上，另一端插裝在鎖扣 35上的鎖孔內(nèi)。如圖1所示，上接頭1外壁上的凹槽Cl內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器與開關(guān)倉4， 應(yīng)力傳感器包括應(yīng)力傳感器3和應(yīng)力傳輸線5，應(yīng)力傳感器3貼覆在凹槽Cl 內(nèi)壁上，開關(guān)倉4內(nèi)設(shè)有開關(guān)與數(shù)據(jù)傳輸端口；主體7、中心管6與下接頭1、 13之間形成的空腔內(nèi)設(shè)有溫度傳感器、主電路板9與電池10，主電路板9、 電池10通過螺栓8分別固定在主體7下端面上，溫度傳感器與主電路板9連 接，或者主電路板9上包含有一體化溫度傳感器；電池IO通過連接線與主電 路板9連接，提供電源，壓力傳感器包括壓力傳感器12和壓力傳輸線11，中 心管6外凸臺(tái)30上設(shè)有分別與主電路板9所在空腔、中心管6相通的豎孔， 豎孔內(nèi)固定有壓力傳感器12，豎孔頂部通過密封件密封，壓力傳感器12通過 壓力傳輸線11與主電路板9連接；上接頭1下部設(shè)有偏孔K1，中心管6與 主體7之間沿軸向設(shè)有通槽C3，應(yīng)力傳輸線5通過偏孔K1及通槽C3、霍爾 傳感線14通過通槽C3與主電路板9相連，主電路板9通過設(shè)置在上接頭偏 孔K1、中心管6與主體7之間通槽C3內(nèi)的傳輸線與開關(guān)倉4內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸 端口連接。具體工作過程本實(shí)用新型下井前，將開關(guān)倉的開關(guān)打開，旋上護(hù)套， 和封隔器、配水器等井下工具組成的井下管柱一起下井，到達(dá)井下預(yù)定深度
后，油管蹩壓坐封封隔器后，通過投撈調(diào)配配水器，對(duì)地層分別注水，注水過程中，活塞銷18在液壓力作用下，壓縮控制彈簧19,活塞銷18從擺臂17 的鎖孔k4內(nèi)退出，擺臂解鎖，擺臂17在推簧24的作用下彈出，量輪16外緣貼在套管26內(nèi)壁上，隨著管柱上下移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，通過霍爾傳感器22檢測(cè) 磁柱23產(chǎn)生的磁信號(hào)數(shù)量，就可以計(jì)算出量輪16的轉(zhuǎn)數(shù)以及管柱發(fā)生的位 移數(shù)據(jù)；本實(shí)用新型的一體化溫度傳感器、應(yīng)力傳感器、壓力傳感器可檢測(cè) 管柱溫度、壓力、受力變化數(shù)據(jù)，上述各種數(shù)據(jù)傳輸記錄在主電路板上；本 實(shí)用新型取出后，打開護(hù)套2，從開關(guān)倉4插上傳輸線和電腦連接，將采集到 數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，就可以分析獲取的不同溫度、壓力下管柱受到的作用力 和蠕動(dòng)位移情況。
權(quán)利要求1、 一種井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置為管狀結(jié)構(gòu)， 管狀結(jié)構(gòu)的首尾端為上、下接頭，管狀結(jié)構(gòu)管壁內(nèi)設(shè)有開關(guān)倉、應(yīng)力傳感器、 溫度傳感器、壓力傳感器、主電路板及電池，其中壓力傳感器裝配在與中心 管道連通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁內(nèi)，開關(guān)倉內(nèi)有開關(guān)，上 述傳感器及開關(guān)分別通過各自的傳輸線與主電路板相連，管狀結(jié)構(gòu)的外壁上 開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器，其外側(cè)不超出裝置的 最外側(cè)邊緣，注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器的通過其傳輸線與主電路板相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器由軸向設(shè)置的擺臂、測(cè)量管柱位移的量輪機(jī)構(gòu) 和霍爾傳感器構(gòu)成，擺臂一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在壁體上，量輪機(jī)構(gòu)設(shè)置在擺臂另一 端，霍爾傳感器密封設(shè)置在與量輪機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置的管壁內(nèi)，擺臂兩端之間的 管壁內(nèi)分別設(shè)有向外推動(dòng)擺臂的推頂機(jī)構(gòu)、維持?jǐn)[臂緊貼主體的注壓解鎖機(jī) 構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的量輪機(jī)構(gòu)包括固定在擺臂端部的量輪軸、量輪軸上轉(zhuǎn)動(dòng)裝配的量輪， 量輪上在圓周方向均布有磁塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的推頂機(jī)構(gòu)包括推簧，推簧一端設(shè)置在管壁上，另一端固定在擺臂上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的注壓解鎖機(jī)構(gòu)由擺臂內(nèi)側(cè)中部設(shè)置的鎖扣、與鎖扣對(duì)應(yīng)的管壁內(nèi)設(shè)置 的水平的L形通孔、通孔中依次設(shè)置的控制彈簧與活塞銷構(gòu)成，鎖扣從通孔 一端插入，通孔的另一端設(shè)有密封堵頭，密封堵頭內(nèi)的通孔中依次設(shè)置控制 彈簧與活塞銷，活塞銷一端壓裝在控制彈簧上，另一端插裝在鎖扣的鎖孔內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l一5任一條所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其 特征在于，所述管狀結(jié)構(gòu)由主體與上、下接頭構(gòu)成，其中主體的上、下端部 分別與上、下接頭固定密封連接，上、下接頭與主體內(nèi)套裝有中心管，中心管上端部與上接頭固定密封連接，其下端部與下接頭滑動(dòng)密封連接，主體或 者上、下接頭的管壁內(nèi)設(shè)置應(yīng)力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、主電路 板及電池，上接頭外壁上開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器與開關(guān)倉，凹槽 外固定有將其密封的護(hù)套，應(yīng)力傳感器貼覆在凹槽內(nèi)壁上。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，其特征在于， 主體、中心管與下接頭之間形成的空腔內(nèi)設(shè)置主電路板與電池，主電路板、 電池通過螺栓分別固定在主體下端面上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種井下管柱受力及位移檢測(cè)裝置，該裝置為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)的首尾端為上、下接頭，管狀結(jié)構(gòu)管壁內(nèi)設(shè)有開關(guān)倉、應(yīng)力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、主電路板及電池，其中壓力傳感器裝配在與中心管道連通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁內(nèi)，開關(guān)倉內(nèi)有開關(guān)，上述傳感器及開關(guān)分別通過各自的傳輸線與主電路板相連，管狀結(jié)構(gòu)的外壁上開有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器，其外側(cè)不超出裝置的最外側(cè)邊緣，注壓解鎖管道蠕動(dòng)位移檢測(cè)器的通過其傳輸線與主電路板相連?？梢噪S注入管柱下井，通過采取一體化溫度傳感器、應(yīng)力傳感器、壓力傳感器記錄并存儲(chǔ)溫度、壓力、應(yīng)力數(shù)據(jù)，計(jì)算出管柱發(fā)生的位移數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)E21B47/00GK201037410SQ20072009015
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者劉明堯, 楊康敏, 王春麟, 石步乾, 譚躍剛, 馬宏偉 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院