一種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，包括張力計(jì)芯軸，沿張力計(jì)芯軸外壁套有耐壓外管，在耐壓外管與張力計(jì)芯軸之間依次至上而下設(shè)有相互連接的傳感器、電路板和鋰電池組件和電源開關(guān)裝置；張力計(jì)芯軸的下端套接有下接頭。該儀器是用來檢測和記錄井下地層壓裂管柱串的張力。傳感器把芯軸材料在軸向張力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片阻抗的變化。耐壓外管為隔離密封井下高壓井液為張力計(jì)提供可靠的工作環(huán)境。測量和記錄電路將傳感器應(yīng)變片阻抗的變化進(jìn)行張力變換以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲。鋰電池為張力計(jì)提供工作電源。電源開關(guān)用于非工作狀態(tài)下，斷開電池供電，以便節(jié)省電源消耗。該儀器設(shè)計(jì)獨(dú)特；整體結(jié)構(gòu)簡單，維修保養(yǎng)方便。
【專利說明】—種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種井下管柱張力檢測儀器，特別是涉及一種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋和陸地水平油井鉆采的發(fā)展，水平井井下地層分層壓裂技術(shù)日臻成熟，然而在壓裂過程中，饒性管柱串與井下井壁接觸復(fù)雜，理論計(jì)算的安全壓裂壓力值并不準(zhǔn)確，有時(shí)甚至造成管柱串?dāng)嗔训氖鹿拾l(fā)生，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。對壓裂管柱串實(shí)際張力的檢測和安全壓裂壓力的確定，是壓裂工藝的關(guān)鍵。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型作為一種作業(yè)便捷，操作維護(hù)簡單的井下地層壓裂管柱串張力檢測儀器，將為壓裂施工工藝的制定提供可靠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得壓裂施工更加高效，安全。
[0004]本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，包括張力計(jì)芯軸，沿張力計(jì)芯軸外壁套有耐壓外管，在耐壓外管與張力計(jì)芯軸之間依次至上而下設(shè)有相互連接的傳感器、電路板和鋰電池組件和電源開關(guān)裝置；所述張力計(jì)芯軸的下端套接有下接頭。
[0006]進(jìn)一步地，所述張力計(jì)芯軸與耐壓外管相套接上端與下端部分別設(shè)有上密封圈和下密封圈。
[0007]進(jìn)一步地，所述傳感器設(shè)置于張力計(jì)芯軸與耐壓外管套接上密封圈的下方，沿張力計(jì)芯軸周向分布有4-8個芯軸槽，各芯軸槽上設(shè)有一個傳感器。
[0008]進(jìn)一步地，所述傳感器靠近耐壓外管側(cè)設(shè)有薄壁鋼管，薄壁鋼管通過其下方的卡環(huán)定位。
[0009]進(jìn)一步地，所述卡環(huán)外周設(shè)有鑲裝橡膠膠圈的環(huán)形槽。
[0010]進(jìn)一步地，所述電路板設(shè)置于張力計(jì)芯軸與耐壓外管套接的傳感器下方，沿張力計(jì)芯軸周向分布有4-8個芯軸槽，沿各芯軸槽槽底面上設(shè)有一塊電路板，各電路板上填充有硅凝膠。
[0011]進(jìn)一步地，所述電路板與槽底面之間襯墊一層聚四氟乙烯板。
[0012]進(jìn)一步地，所述鋰電池組件位于張力計(jì)芯軸2與耐壓外管套接的電路板下方，沿張力計(jì)芯軸周向分布有4-8個芯軸槽，沿各芯軸槽底部各設(shè)有一塊電池筒，各電池筒兩側(cè)分別設(shè)有壓塊。
[0013]進(jìn)一步地，所述電源開關(guān)裝置設(shè)置在張力計(jì)芯軸與耐壓外管套接的下密封圈的上方，電源開關(guān)裝置由依次垂直設(shè)置在張力計(jì)芯軸上的液壓缸和行程開關(guān)構(gòu)成，液壓缸通過其活塞桿連接控制杠桿與行程開關(guān)相接。
[0014]進(jìn)一步地，所述行程開關(guān)通過接線柱連接鋰電池導(dǎo)線與鋰電池組件相連。
[0015]本實(shí)用新型是用來檢測和記錄井下地層壓裂管柱串的張力。傳感器把芯軸材料在軸向張力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片阻抗的變化。耐壓外管部分為隔離密封井下高壓井液，為張力計(jì)提供可靠的工作環(huán)境。測量和記錄電路將傳感器部分應(yīng)變片阻抗的變化，進(jìn)行張力變換以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲。鋰電池為張力計(jì)提供工作電源。電源開關(guān)用于非工作狀態(tài)下，斷開電池供電，以便節(jié)省電源消耗。
[0016]本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)是:提供一種地層壓裂管柱串張力測量結(jié)構(gòu)；通過對芯軸的應(yīng)變變形量的檢測來測量張力的大小，并通過電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲，在井上進(jìn)行測量結(jié)果的回放，通過一組鋰電電池給測量系統(tǒng)提供電能，使用一個液壓缸和行程開關(guān)，對電源進(jìn)行通斷切換，控制測量系統(tǒng)工作狀態(tài)。一組應(yīng)變式張力傳感器，與芯軸固定，芯軸的軸向張力的變化，使得應(yīng)變式傳感器的輸出正比于張力變化的信號。應(yīng)變式傳感器的輸出，經(jīng)由安裝在芯軸上的電路部分進(jìn)行處理并存儲，測量完成后收回儀器，并在井上進(jìn)行結(jié)果回放。，由一組鋰電電池供電，并由一個液壓缸和行程開關(guān)對電源進(jìn)行通斷切換，控制測量系統(tǒng)工作狀態(tài)。在井上，液壓缸活塞桿復(fù)位，行程開關(guān)觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)斷電停止工作；下井后，液壓缸活塞桿頂出，行程開關(guān)觸點(diǎn)閉合，系統(tǒng)供電開始測量。
[0017]該儀器設(shè)計(jì)獨(dú)特；整體結(jié)構(gòu)簡單，維修保養(yǎng)方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1 (a)和圖1 (b)是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖A— A剖視圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖B— B剖視圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖C一C剖視圖。
[0022]圖5是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖D— D剖視圖。
[0023]圖6-1和圖6-2是本實(shí)用新型電源開關(guān)布置圖。
[0024]圖中:1、內(nèi)油(套)管螺紋；2、張力計(jì)芯軸；3、腔體；4、上密封圈；5、密封擋圈a;
6、耐壓外管；7、芯軸槽；8、傳感器；9、薄壁鋼管；10、軸向槽；11、卡環(huán)；12、橡膠膠圈；13、引出導(dǎo)線；14、環(huán)形槽a;15、聚四氟乙烯板；16、電路板；17、硅凝膠；18、環(huán)形槽b ;19、鋰電池組件；20、電池筒；21、鋰電池組件接頭；22、走線槽a ;23、鋰電池導(dǎo)線；24、行程開關(guān)；25、螺釘a ;26、行程開關(guān)底座；27、液壓缸；28、密封圈；29、密封擋圈b ;30、下密封圈；31、下接頭；32、螺紋a ;33、橡膠密封圈；34、密封擋圈c ;35、外油(套)管螺紋；36、芯軸槽7的表面；37、芯軸2槽；38、槽底面；39、走線槽b ;40、走線槽c ;41、芯軸2的槽；42、壓塊a ;43、壓塊b ；44、螺釘b ;45、走線槽d;46、導(dǎo)線；47、螺釘e ;48、引壓孔；49、電源開關(guān)裝置；50、活塞桿；51、壓縮彈簧；52、螺母；53、控制杠桿；54、螺釘f。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]本實(shí)用新型是用來完成地層壓裂管柱串張力測量的儀器。通過儀器芯軸和下接頭，可連接在壓裂管柱串任何位置，一個管柱串可以連接多個張力計(jì)，來對整個管柱張力情況進(jìn)行測量和分析，取得具有參考價(jià)值的張力數(shù)據(jù)，用于對類似壓裂工藝進(jìn)行前期評估，和工藝制定。
[0027]圖1 (a)和圖1 (b)是本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，主要由:張力計(jì)芯軸2、傳感器8、耐壓外管6、測量和記錄電路(電路板16)、鋰電池(鋰電池組件19)、電源開關(guān)裝置49和下接頭31等組成。
[0028]如圖1 (a)和圖1 (b)所示，本實(shí)用新型的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，包括張力計(jì)芯軸2，沿張力計(jì)芯軸2外壁套有耐壓外管6，在耐壓外管6與張力計(jì)芯軸2之間依次至上而下設(shè)有相互連接的傳感器8、電路板16和鋰電池組件19和電源開關(guān)裝置49 ;張力計(jì)芯軸2的下端套接有下接頭31。
[0029]張力計(jì)向上通過張力計(jì)芯軸2上的內(nèi)油(套)管螺紋1，與上段壓裂管柱連接，向下通過下接頭31上的外油(套)管螺紋35與下段壓裂管柱連接。張力計(jì)芯軸2與下接頭31則用螺紋a32連接，并用橡膠密封圈33和密封擋圈c34實(shí)現(xiàn)腔體3與張力計(jì)外界的高壓密封。張力通過螺紋a32由下接頭31傳遞給張力計(jì)芯軸2。耐壓外管6套在張力計(jì)芯軸2上，張力計(jì)芯軸2上端裝有上密封圈4和密封擋圈a5，下端裝有下密封圈30密封擋圈b29，這些密封圈以及密封擋圈使得耐壓外管6與張力計(jì)芯軸2之間形成一個環(huán)形密閉腔體，傳感器8、電路板16以及鋰電池組件19等電子元器件就工作在這個環(huán)形密封腔體中，使得工作時(shí)不受井下壓力影響而損壞。
[0030]在密封腔體上端，芯軸2的槽7中安裝有應(yīng)變式張力傳感器8，傳感器8設(shè)置于張力計(jì)芯軸2與耐壓外管6套接上密封圈4的下方，沿張力計(jì)芯軸2周向分布有六個芯軸槽7，各芯軸槽7上設(shè)有一個傳感器8。傳感器8由多組應(yīng)變片組成的橋式測量電路組成，分布在均布的芯軸槽7中，薄壁鋼管9套在芯軸2外園上，來保護(hù)芯軸槽7中的傳感器8。剖分卡環(huán)11卡在張力計(jì)芯軸2外圓面的槽中，卡環(huán)11外面的環(huán)形槽裝有橡膠膠圈12,防止卡環(huán)11脫落，卡環(huán)11起到固定薄壁鋼管9，防止軸向移動的作用。見圖2，傳感器8與芯軸槽7的表面36用高溫膠粘接在一起，這樣張力計(jì)芯軸2在軸向力作用下的變形通過芯軸槽7的表面36和粘接劑，傳遞給傳感器8。傳感器8輸出電壓信號的變化，正比張力計(jì)芯軸2的軸向變形量，所以檢測出傳感器8輸出電壓信號變化量，就可以得到張力計(jì)芯軸2軸向張力的大小和方向。
[0031]與傳感器部分相鄰的是測量和記錄電路。傳感器8的引出導(dǎo)線13，從張力計(jì)芯軸2的軸向槽10中引出，并經(jīng)過環(huán)形槽al4連接到測量電路板16上。如圖3所示，電路板16設(shè)置于張力計(jì)芯軸2與耐壓外管6套接的傳感器8下方，沿張力計(jì)芯軸2周向分布有六個芯軸槽7，沿各芯軸槽7槽底面38上設(shè)有一塊電路板16，各電路板16上填充有硅凝膠17。
[0032]在張力計(jì)芯軸2上均布有芯軸2槽37，槽內(nèi)安裝有電路板16，在電路板16與槽底面38之間，襯墊一層聚四氟乙烯板15，用來實(shí)現(xiàn)電路板16與槽底面38之間的電絕緣。透明硅凝膠17將電路板16固定在芯軸2槽37中。相鄰芯軸2槽37的筋梁上布置有走線槽b39和走線槽c40，用來完成電路板之間的連線，以及與鋰電池組件19之間的連線。
[0033]如圖4所示，鋰電池組件19位于張力計(jì)芯軸2與耐壓外管6套接的電路板16下方，沿張力計(jì)芯軸2周向分布有六個芯軸槽7，沿各芯軸槽7底部各設(shè)有一塊電池筒20，各電池筒20兩側(cè)分別設(shè)有壓塊。鋰電電池組件19安裝在張力計(jì)芯軸2的槽41中，上端與電路板16相鄰，中間隔有環(huán)形槽bl8用來布置連接導(dǎo)線。張力計(jì)芯軸2的槽41沿張力計(jì)芯軸2周向均布，使得張力計(jì)芯軸2軸向受力均勻。鋰電池組件19由裝在兩端的鋰電池組件接頭21、多節(jié)鋰電池和電池筒20組成。
[0034]如圖4所示，壓塊42和壓塊43卡在鋰電池組件19兩端的鋰電池組件接頭上21，并使用螺釘b44與張力計(jì)芯軸2連接并擰緊，完成對鋰電池組件19的固定。每組電池之間設(shè)置有均布的走線槽d45，用來布置電池串聯(lián)的導(dǎo)線46。
[0035]圖5、圖6-1和圖6-2所示，電源開關(guān)裝置49設(shè)置在張力計(jì)芯軸2與耐壓外管6套接的下密封圈30的上方，電源開關(guān)裝置49由至下而上依次垂直設(shè)置在張力計(jì)芯軸2上的液壓缸27和行程開關(guān)24構(gòu)成，液壓缸27通過其活塞桿50連接控制杠桿53與行程開關(guān)24相接。行程開關(guān)24通過接線柱連接鋰電池導(dǎo)線23與鋰電池組件19電池筒20相連。
[0036]緊鄰鋰電電池組件19下端，安裝有電源開關(guān)裝置49，用來開啟或切斷鋰電池的供電線路。電源開關(guān)裝置49由行程開關(guān)24和液壓缸27組成。連接鋰電池的導(dǎo)線23從芯軸上的走線槽a22引出到行程開關(guān)24的常開接線柱上，行程開關(guān)24使用螺釘a25擰在行程開關(guān)底座26上，行程開關(guān)底座26用螺釘e47擰在張力計(jì)芯軸2上。液壓缸27與張力計(jì)芯軸2之間用密封圈28密封，來阻斷腔體3和引壓孔48到儀器內(nèi)腔的通道。見圖5，四個螺釘f54將液壓缸27連接并壓緊在張力計(jì)芯軸2上。
[0037]腔體3中的液體壓力通過引壓孔48，在密封圈28作用下被引入液壓缸27的活塞桿50的活塞端，見圖6-2。在液體壓力作用下，活塞桿50壓縮彈簧51后伸出，伸出量大小可以通過調(diào)整螺母52來控制。伸出的活塞桿50觸動行程開關(guān)24的控制杠桿53，從而接通行程開關(guān)24的常閉觸點(diǎn)，使儀器進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)儀器從井下提出后，腔體3中壓力消失，活塞桿50在壓縮彈簧51作用下復(fù)位，行程開關(guān)24的常開觸點(diǎn)斷開，從而切斷鋰電池的供電線路，儀器停止工作。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，包括張力計(jì)芯軸(2)，其特征在于，沿張力計(jì)芯軸(2)外壁套有耐壓外管(6)，在耐壓外管(6)與張力計(jì)芯軸(2)之間依次至上而下設(shè)有相互連接的傳感器(8)、電路板(16)和鋰電池組件(19)和電源開關(guān)裝置(49)；所述張力計(jì)芯軸(2)的下端套接有下接頭(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述張力計(jì)芯軸(2)與耐壓外管(6)相套接上端與下端部分別設(shè)有上密封圈(4)和下密封圈(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述傳感器(8)設(shè)置于張力計(jì)芯軸(2)與耐壓外管(6)套接上密封圈(4)的下方，沿張力計(jì)芯軸(2 )周向分布有4-8個芯軸槽(7 )，各芯軸槽(7 )上設(shè)有一個傳感器(8 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述傳感器(8)靠近耐壓外管(6)側(cè)設(shè)有薄壁鋼管(9)，薄壁鋼管(9)通過其下方的卡環(huán)(11)定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述卡環(huán)(11)外周設(shè)有鑲裝橡膠膠圈(12)的環(huán)形槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述電路板(16)設(shè)置于張力計(jì)芯軸(2)與耐壓外管(6)套接的傳感器(8)下方，沿張力計(jì)芯軸(2 )周向分布有4-8個芯軸槽(7 )，沿各芯軸槽(7 )槽底面(38 )上設(shè)有一塊電路板(16 )，各電路板(16 )上填充有硅凝膠(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述電路板(16)與槽底面(38)之間襯墊一層聚四氟乙烯板(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述鋰電池組件(19)位于張力計(jì)芯軸(2)與耐壓外管(6)套接的電路板(16)下方，沿張力計(jì)芯軸(2)周向分布有4-8個芯軸槽(7)，沿各芯軸槽(7)底部各設(shè)有一塊電池筒(20)，各電池筒(20)兩側(cè)分別設(shè)有壓塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述電源開關(guān)裝置(49)設(shè)置在張力計(jì)芯軸(2)與耐壓外管(6)套接的下密封圈(28)的上方，電源開關(guān)裝置(49)由至下而上依次垂直設(shè)置在張力計(jì)芯軸(2)上的液壓缸(27)和行程開關(guān)(24)構(gòu)成，液壓缸(27 )通過其活塞桿(50 )連接控制杠桿(53 )與行程開關(guān)(24)相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石油井下地層壓裂管柱工具串張力檢測儀器，其特征在于，所述行程開關(guān)(24)通過接線柱連接鋰電池導(dǎo)線(23 )與鋰電池組件(19 )相連。
【文檔編號】E21B47/00GK203441468SQ201320346396
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】詹保平, 任曉寧 申請人:西安威盛電子儀器有限公司