存儲式油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于油、氣井技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種井下管柱串張力扭矩記錄儀器，特別是涉及一種石油井下存儲式油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在壓裂施工過程中，對管柱張力進行存儲記錄，分析管柱受力變化，為壓裂施工設(shè)計提供參考。同時，在修井過程中，有時需要下鉆頭操作，比如說套管內(nèi)側(cè)鉆、鉆頭機械除垢等，其中井底動力鉆具又稱井下馬達，包括渦輪鉆具、螺桿鉆具和電動鉆具等；鉆柱在鉆進、下鉆、起鉆等不同的工作狀態(tài)下，鉆柱受到軸向拉力或壓力、扭矩等。
[0003]在壓裂及修井作業(yè)過程中，施工管串的力學(xué)設(shè)計多來源于理論計算，由于井下作業(yè)管串復(fù)雜，井眼軌跡不一，現(xiàn)場由于管串力學(xué)性能不足，常發(fā)生井下事故。因此需要研發(fā)設(shè)計一種能夠存儲記錄張力、扭矩的儀器，對管串力學(xué)性能進行存儲記錄，分析管柱受力變化，記錄起下鉆、壓裂、鉆磨、修井等作業(yè)的管串力學(xué)狀態(tài)，為壓裂等施工設(shè)計提供參考，將會極大地提高井下管串力學(xué)行為認識水平，提高工具設(shè)計水平，為分析管柱的脫斷原因提供重要的實測依據(jù)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種可用于同時測量并存儲記錄壓裂及修井過程中油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀，同時記錄了井下任意時刻及位置的溫度壓力變化，為壓裂及修井施工工藝的制定提供可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種存儲式油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀，其特征在于:包括上接頭、與上接頭螺紋連接的下接頭、電路系統(tǒng)、應(yīng)變片組、電路系統(tǒng)外護筒以及應(yīng)變片外護筒；
[0007]電路系統(tǒng)包括電路板以及與電路板連接的電池組件；上接頭的外表面開設(shè)有第一凹槽，電路板和電池組件均安裝在第一凹槽內(nèi)；電路系統(tǒng)外護筒套裝在上接頭外部用于保護電路系統(tǒng)；
[0008]下接頭的外表面開設(shè)有第二凹槽，應(yīng)變片組安裝第二凹槽內(nèi)；上接頭的外壁上開設(shè)有電路通道；電路板通過電路通道與應(yīng)變片連接，應(yīng)變片外護筒套裝子下接頭的外部用于保護應(yīng)變片組。
[0009]上述第一凹槽內(nèi)還安裝有分別與電路系統(tǒng)連接的溫度傳感器以及壓力傳感器。
[0010]上述第一凹槽依次分為三個相互獨立的空間，分別用于安裝電池組件、溫度傳感器和壓力傳感器以及電路板。
[0011]上述應(yīng)變片組為兩組，一組應(yīng)變片組測量張力，另一組應(yīng)變片組測量扭矩；所述應(yīng)變片組由四個應(yīng)變片組成，四個應(yīng)變片分90度，對稱貼在下接頭上。
[0012]上述應(yīng)變片為鉑式應(yīng)變片。
[0013]上述上接頭與下接頭的連接部分安裝有密封圈；所述電路系統(tǒng)外護筒和應(yīng)變片組外護筒材料為鈦合金。
[0014]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0015]1、此儀器可與油管串直接掛接，可置于水平井段，也可置于垂直井段；不僅可用于地層壓裂管柱串張力扭矩的測量，還可用于修井時管柱串張力扭矩的測量。
[0016]2、此儀器不僅可以同時測量張力扭矩兩個參數(shù)，還可以測量井下任意時刻溫度和壓力的變化。
[0017]3、機械結(jié)構(gòu)方面，結(jié)構(gòu)新穎、簡單，維護方便，外形美觀、精致。各個部位設(shè)計有勾頭扳手口位置，方便拆卸。
[0018]4、機械結(jié)構(gòu)便于安全及維護，測量范圍廣、精度和分辨率高。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型機械結(jié)構(gòu)圖。
[0020]1-上接頭、2-下接頭、3-電路系統(tǒng)、4-應(yīng)變片組、5-電路系統(tǒng)外護筒、6_應(yīng)變片組外護筒、7-電路板、8-電池組件、9-第一凹槽、10-第二凹槽、11-電路通道、12-溫度傳感器、13-壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本實用新型提出一種存儲式油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀；該記錄儀包括上接頭1、與上接頭I螺紋連接的下接頭2、電路系統(tǒng)3、應(yīng)變片組4、電路系統(tǒng)外護筒5以及應(yīng)變片外護筒6 ；
[0022]其中，電路系統(tǒng)3包括電路板7以及與電路板7連接的電池組件8 ;上接頭I的外表面開設(shè)有第一凹槽9，電路板7和電池組件8均安裝在第一凹槽9內(nèi)；電路系統(tǒng)外護筒5套裝在上接頭I外部用于保護電路系統(tǒng)3 ;下接頭2的外表面開設(shè)有第二凹槽10，應(yīng)變片組4安裝第二凹槽10內(nèi)；上接頭I的外壁上開設(shè)有電路通道11 ;電路板7通過電路通道11與應(yīng)變片組4連接，應(yīng)變片外護筒6套裝子下接頭2的外部用于保護應(yīng)變片組4。
[0023]具體的說，第一凹槽10內(nèi)還安裝有分別與電路系統(tǒng)3連接的溫度傳感器12以及壓力傳感器13。
[0024]具體的說，第一凹槽10依次分為三個相互獨立的空間，分別用于安裝電池組件8、溫度傳感器12和壓力傳感器13以及電路板7。
[0025]具體的說，應(yīng)變片組4為兩組，一組應(yīng)變片組測量張力，另一組應(yīng)變片組測量扭矩；所述應(yīng)變片組由四個應(yīng)變片組成，四個應(yīng)變片分90度對稱貼在下接頭上。
[0026]具體的說，所述應(yīng)變片為鉑式應(yīng)變片。
[0027]具體的說，上接頭I與下接頭2的連接部分安裝有密封圈14 ;電路系統(tǒng)外護筒5和應(yīng)變片組外護筒6材料為鈦合金。
[0028]以下是對本申請記錄儀以及其各個部件的具體說明:
[0029]本申請的記錄儀外徑114mm、內(nèi)徑60mm ;工具整體耐壓lOOMPa，耐溫-40?150°C，自密封無滲漏；最大拉力測試峰值不低于80t，扭矩測試不小于5KN.M，測試誤差〈1%;能夠測量存儲張力、扭矩、溫度、壓力等參數(shù)；
[0030]存儲式油管柱軸向拉力、扭矩記錄儀的電路系統(tǒng)由電路板和電池組件組成。電路板的主要部件為單片機，電池組件采用2節(jié)3.9V高溫高能鋰電池。儀器機械部分主要包括:下接頭、上接頭、應(yīng)變片電路外護筒和傳感器護筒等。下接頭與上接頭之間靠螺紋連接，并伴有雙道密封圈進行密封；
[0031]另外，上接頭采用偏心結(jié)構(gòu)，上接頭的壁厚不同，第一凹槽開設(shè)在上接頭外比較厚的部位，并且加工凹槽時是以一定角度加工三個部分，依次安裝電池組件、溫度傳感器及電路板和壓力傳感器；
[0032]上接頭與電路系統(tǒng)外護筒靠螺紋相連接，上端與下端分別設(shè)有兩道密封圈；同時，電路系統(tǒng)外護筒和應(yīng)變片外護筒采用鈦合金制造，防止拆卸護管更換電池時發(fā)生咬扣現(xiàn)象；
[0033]儀器利用下接頭用來測量油管上下之間的張力扭矩，下接頭上安裝的應(yīng)變片組為儀器的主要組成部分。應(yīng)變片組由兩組應(yīng)變片組成，一組應(yīng)變片測量張力，一組應(yīng)變片測量扭矩，應(yīng)變片對稱貼在傳感器載體上。每組應(yīng)變片由四個應(yīng)變片組成，四個應(yīng)變片分90度對稱貼在載體上，各組成一個惠斯通電橋，分別測試張力、扭矩。同時，儀器本身加溫度補償與零漂補償，使得輸出信號更穩(wěn)定。且由于張力扭矩可能同時存在，消除了扭矩與張力之間的相互影響。應(yīng)變片采用鉑式應(yīng)變片，載體材料是17-4PH，材料經(jīng)過特殊處理，使傳感器的位移變化隨著張力、扭矩的變化而變化。
[0034]應(yīng)變片組輸出電壓信號的變化，正比于應(yīng)變片軸向或徑向變形量，所以檢測出傳感器輸出電壓信號變化量，就可以得到張力扭矩傳感器軸向張力或徑向扭矩的大小和方向。應(yīng)變片組的張力量程為-80?80t，精度為0.5 %，扭矩量程為O?5KN.M，精度為0.5 %，使用溫度為_40°C?150°C，傳感器安全過載范圍120% FS，極限過載范圍150% FS。傳感器激勵電壓為5?12V，張力信號輸出一個量程為-12?12mv的電壓信號，扭矩信號輸出一個量程為O?l2mV的電壓信號，總工作電流為6mA，通過AD進行采集，然后由單片機進行處理，并存儲