一种井下管柱受力及位移检测装置.pdf

本发明公开了一种井下管柱受力及位移检测装置，该装置为管状结构，管状结构的首尾端为上、下接头，管状结构管壁内设有开关仓、应力传感器、温度传感器、压力传感器、主电路板及电池，其中压力传感器装配在与中心管道连通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁内，开关仓内有开关，上述传感器及开关分别通过各自的传输线与主电路板相连，管状结构的外壁上开有凹槽，凹槽内设有注压解锁管道蠕动位移检测器，其外侧不超出装置的最外侧边缘，注压解锁管道蠕动位移检测器通过其传输线与主电路板相连。可以随注入管柱下井，通过采取一体化温度传感器、应力传感器、压力传感器记录并存储温度、压力、应力数据，计算出管柱发生的位移数据。

1、  一种井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，该装置为管状结构，管状结构的首尾端为上、下接头，管状结构管壁内设有开关仓、应力传感器、温度传感器、压力传感器、主电路板及电池，其中压力传感器装配在与中心管道连通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁内，开关仓内有开关，上述传感器及开关分别通过各自的传输线与主电路板相连，管状结构的外壁上开有凹槽，凹槽内设有注压解锁管道蠕动位移检测器，其外侧不超出装置的最外侧边缘，注压解锁管道蠕动位移检测器的通过其传输线与主电路板相连。

2、  根据权利要求1所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，注压解锁管道蠕动位移检测器由轴向设置的摆臂、测量管柱位移的量轮机构和霍尔传感器构成，摆臂一端转动连接在壁体上，量轮机构设置在摆臂另一端，霍尔传感器密封设置在与量轮机构对应位置的管壁内，摆臂两端之间的管壁内分别设有向外推动摆臂的推顶机构、维持摆臂紧贴主体的注压解锁机构。

3、  根据权利要求2所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，所述的量轮机构包括固定在摆臂端部的量轮轴、量轮轴上转动装配的量轮，量轮上在圆周方向均布有磁块。

4、  根据权利要求2所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，所述的推顶机构包括推簧，推簧一端设置在管壁上，另一端固定在摆臂上。

5、  根据权利要求2所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，所述的注压解锁机构由摆臂内侧中部设置的锁扣、与锁扣对应的管壁内设置的水平的L形通孔、通孔中依次设置的控制弹簧与活塞销构成，锁扣从通孔一端插入，通孔的另一端设有密封堵头，密封堵头内的通孔中依次设置控制弹簧与活塞销，活塞销一端压装在控制弹簧上，另一端插装在锁扣的锁孔内。

6、  根据权利要求1-5任一条所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，所述管状结构由主体与上、下接头构成，其中主体的上、下端部分别与上、下接头固定密封连接，上、下接头与主体内套装有中心管，中心管上端部与上接头固定密封连接，其下端部与下接头滑动密封连接，主体或者上、下接头的管壁内设置应力传感器、温度传感器、压力传感器、主电路板及电池，上接头外壁上开有凹槽，凹槽内设有应力传感器与开关仓，凹槽外固定有将其密封的护套，应力传感器贴覆在凹槽内壁上。

7、  根据权利要求6所述的井下管柱受力及位移检测装置，其特征在于，主体、中心管与下接头之间形成的空腔内设置主电路板与电池，主电路板、电池通过螺栓分别固定在主体下端面上。

一种井下管柱受力及位移检测装置
技术领域
本发明属于油田采油井下检测仪器技术领域，涉及一种油田井下管柱受力及受力变化后配套工具蠕动位移的检测装置。
背景技术
油田采油井下管柱在中深井井下高温高压下工作时，受力比较复杂，特别是分层注水、分层酸化等管柱，施工工序多，施工过程压力变化范围大，施工压力最高可达达40MPa，而停注或反洗井时压力又会降到零，并且注入过程和停注时温度也同时变化，频繁的压力和温度波动，导致管柱受力变化和蠕动，因此，对配套工具封隔器受力和位移分析时，需要考虑温度效应、活塞效应、螺旋效应、流速效应、摩擦力等综合效应，由于井下状况复杂，管柱受力后封隔器的蠕动位移难以准确判断和计算，目前只能通过理论计算推出，理论计算和实际情况差别大小无法验证，因此井下管柱的设计受影响，当遇到井下封隔器卡封位置较小时，难以准确设计管柱，管柱失效时也无法合理解释，目前还没有实测井下管柱受力及位移的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确、方便、能对油田井下管柱实际受力、蠕动位移进行检测并能存储数据的装置。
本发明的技术方案是：一种井下管柱受力及位移检测装置，该装置为管状结构，管状结构的首尾端为上、下接头，管状结构管壁内设有开关仓、应力传感器、温度传感器、压力传感器、主电路板及电池，其中压力传感器装配在与中心管道连通的位置，其余各部分被可拆卸密封在管壁内，开关仓内有开关，上述传感器及开关分别通过各自的传输线与主电路板相连，管状结构的外壁上开有凹槽，凹槽内设有注压解锁管道蠕动位移检测器，其外侧不超出装置的最外侧边缘，注压解锁管道蠕动位移检测器的通过其传输线与主电路板相连。
注压解锁管道蠕动位移检测器由轴向设置的摆臂、测量管柱位移的量轮机构和霍尔传感器构成，摆臂一端转动连接在壁体上，量轮机构设置在摆臂另一端，霍尔传感器密封设置在与量轮机构对应位置的管壁内，摆臂两端之间的管壁内分别设有向外推动摆臂的推顶机构、维持摆臂紧贴主体的注压解锁机构。
所述的量轮机构包括固定在摆臂端部的量轮轴、量轮轴上转动装配的量轮，量轮上在圆周方向均布有磁块。
所述的推顶机构包括推簧，推簧一端设置在管壁上，另一端固定在摆臂上。
所述的注压解锁机构由摆臂内侧中部设置的锁扣、与锁扣对应的管壁内设置的水平的L形通孔、通孔中依次设置的控制弹簧与活塞销构成，锁扣从通孔一端插入，通孔的另一端设有密封堵头，密封堵头内的通孔中依次设置控制弹簧与活塞销，活塞销一端压装在控制弹簧上，另一端插装在锁扣的锁孔内。
所述管状结构由主体与上、下接头构成，其中主体的上、下端部分别与上、下接头固定密封连接，上、下接头与主体内套装有中心管，中心管上端部与上接头固定密封连接，其下端部与下接头滑动密封连接，主体或者上、下接头的管壁内设置应力传感器、温度传感器、压力传感器、主电路板及电池，上接头外壁上开有凹槽，凹槽内设有应力传感器与开关仓，凹槽外固定有将其密封的护套，应力传感器贴覆在凹槽内壁上。
主体、中心管与下接头之间形成的空腔内设置主电路板与电池，主电路板、电池通过螺栓分别固定在主体下端面上。
本发明能够实时采集井下管柱的温度、压力、受力和蠕动位移参数，对研究分层挤注管柱真实的受力分析、研究和修正管柱受力模型、研究井下管柱蠕动对井下工具的影响提供可靠依据，有利于井下工具和管柱的优化设计和提高工艺成功率，能延长管柱有效期，减少无效作业成本。
本发明旋接在管柱上随管柱下井，注水加压后，摆臂弹出，量轮贴在套管壁上，管柱受力发生蠕动位移时，量轮转动，霍尔传感器接收磁柱产生的磁信号，通过霍尔传感线传输给主电路板，同时管柱在不同温度和压力下受力变化时，温度传感器、应力传感器、压力传感器将接受的数据传输给主电路板，本发明取出后，从开关仓内的数据传输端口插上传输线和电脑连接，即可将采集数据传输到电脑上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖面示意图；
图3是图1的B-B剖面示意图；
图4是图1的C向侧视图；
图5是图2的D-D剖面示意图；
图6是图1的局部I放大示意图；
图7是图6的E-E剖视图；
图8是本发明在井下工作时管柱示意图；
图9是本发明在套管内工作状态局部I放大示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种井下管柱受力及位移检测装置，包括管状的主体7与上、下接头1、13，其中主体7的上、下端部分别与上、下接头1、13螺接，上、下接头1、13与主体7内套装有中心管6，中心管6上端部与上接头1螺接，其下端部设有外凸台30，外凸台30与下接头13滑动密封连接，上接头1外壁上开有凹槽C1，凹槽C1外设有将凹槽C1密封的管状护套2，护套2上端部与上接头1上部螺接，其下端部与上接头1下部滑动连接，上述连接处都设有密封圈密封。
如图1、2、4、5、6所示，主体外壁上开有凹槽C2，凹槽C2内设有注压解锁管道蠕动位移检测器，其外侧不超出装置的最外侧边缘，该检测器包括竖直设置的摆臂17，摆臂17的上端分成两个支臂17-1、17-2，两个支臂17-1、17-2之间设置有量轮轴15，量轮轴15中部稍偏一侧固定有量轮16，量轮16上沿圆周均布有4～6个磁柱23，磁柱23粘结在量轮16上，在量轮16与支臂17-1之间的主体7上沿量轮轴15轴线上下对称开有偏孔K2，偏孔K2轴线与量轮16轮面平行，偏孔K2内安装有霍尔传感器22，两个霍尔传感器22记录量轮16上磁柱23发出的磁信号，偏孔K2端口螺接有固定霍尔传感器22的螺钉21，螺钉21端部压装有密封圈33，将霍尔传感器22密封在偏孔K2内，霍尔传感器22通过霍尔传感线14与主电路板9连接。
如图4、6、7所示，摆臂17下端设有摆臂轴25，摆臂轴25穿装在主体7上，摆臂17能围绕摆臂轴25小角度转动，摆臂17上靠主体7一侧设有凸台34，凸台34对应主体7上设有盲孔，盲孔内设有推簧24，推簧24外端套装在凸台34上，靠主体7一侧的摆臂17中部设置有锁扣35，与锁扣35对应的主体7上设置有水平的L形通孔K3，锁扣35从通孔K3一端插入，通孔K3的另一端设有密封堵头20，密封堵头20内的通孔K3中依次设有控制弹簧19与活塞销18，活塞销18一端压装在控制弹簧19上，另一端插装在锁扣35上的锁孔内。
如图1所示，上接头1外壁上的凹槽C1内设有应力传感器与开关仓4，应力传感器包括应力传感器3和应力传输线5，应力传感器3贴覆在凹槽C1内壁上，开关仓4内设有开关与数据传输端口；主体7、中心管6与下接头1、13之间形成的空腔内设有温度传感器、主电路板9与电池10，主电路板9、电池10通过螺栓8分别固定在主体7下端面上，温度传感器与主电路板9连接，或者主电路板9上包含有一体化温度传感器；电池10通过连接线与主电路板9连接，提供电源，压力传感器包括压力传感器12和压力传输线11，中心管6外凸台30上设有分别与主电路板9所在空腔、中心管6相通的竖孔，竖孔内固定有压力传感器12，竖孔顶部通过密封件密封，压力传感器12通过压力传输线11与主电路板9连接；上接头1下部设有偏孔K1，中心管6与主体7之间沿轴向设有通槽C3，应力传输线5通过偏孔K1及通槽C3、霍尔传感线14通过通槽C3与主电路板9相连，主电路板9通过设置在上接头偏孔K1、中心管6与主体7之间通槽C3内的传输线与开关仓4内的数据传输端口连接。
具体工作过程：本发明下井前，将开关仓的开关打开，旋上护套，和封隔器、配水器等井下工具组成的井下管柱一起下井，到达井下预定深度后，油管蹩压坐封封隔器后，通过投捞调配配水器，对地层分别注水，注水过程中，活塞销18在液压力作用下，压缩控制弹簧19，活塞销18从摆臂17的锁孔k4内退出，摆臂解锁，摆臂17在推簧24的作用下弹出，量轮16外缘贴在套管26内壁上，随着管柱上下移动而转动，通过霍尔传感器22检测磁柱23产生的磁信号数量，就可以计算出量轮16的转数以及管柱发生的位移数据；本发明的一体化温度传感器、应力传感器、压力传感器可检测管柱温度、压力、受力变化数据，上述各种数据传输记录在主电路板上；本发明取出后，打开护套2，从开关仓4插上传输线和电脑连接，将采集到数据传输到电脑上，就可以分析获取的不同温度、压力下管柱受到的作用力和蠕动位移情况。