[發明專利]一種抽油桿力學參數測量裝置

無效

• 申請號: 201310399748.9
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103454030A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王中宇;李強;燕虎;王倩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計量測試技術領域，涉及一種井下抽油桿受力狀況測量裝置。

背景技術

采油行業現主要有兩種采油方式：有桿采油和無桿采油，其中有桿采油是應用最為廣泛的一種傳統機械采油方式，在采油工程中迄今一直占主導地位。據統計表明，有桿采油井在機械采油井中所占的比例在90%以上。柔性、細長的抽油桿是有桿采油系統中的關鍵部件，它連接著地面游梁驅動系統和深在井下千米到數千米的抽油泵，擔負著運動和能量的傳遞。抽油桿特殊的構成、復雜的井眼軌跡、油管與抽油桿之間的滑動摩擦、復雜的油液運動和油液化學環境等多種因素，決定抽油桿受力狀況的變化，影響著抽油桿的可靠性與使用壽命。

近些年來，隨著淺源油田資源的萎縮，采油向著地層條件差、自然產能低的地層深處掘進，出現了深達六千多米的深井，而且隨著定向井鉆采技術和工藝的發展，出現了深層定向井的有桿采油系統，這種系統的井下抽油桿的運動和受力比淺層直井更加復雜，導致抽油桿承受的平均應力不斷增加，加之受井眼復雜軌跡的影響使抽油桿受力的工況不斷變化，導致抽油桿的桿斷、桿脫、桿偏磨和管偏磨等故障頻繁發生。因此生產現場迫切需要一種能夠深入井下測量抽油桿受力狀況的裝置。

目前關于井下桿狀物的力學測量裝置，已有一些專利技術。例如“井下存儲式桿管參數檢測器”（專利號：ZL200420024926.6），設計了一種能檢測抽油桿軸向力和扭矩等參數的裝置，但是不能測量具有較強破壞性的徑向力，并且測量的分辨力不高；“一種管柱狀態檢測裝置”（專利號：ZL200820219679.3）提出了一種由井下和地面兩部分組成的檢測裝置，能夠實現井柱溫度、軸向力與管柱滑動位移的一體化測量，但是無法檢測抽油桿徑向壓力的具體數值；“一種井下抽油桿徑向壓力測量裝置”(申請號：ZL201110236526.6)僅能實現抽油桿徑向力的單一測量，另外該裝置的一個主要構件機械濾波套筒，在抽油桿所受振動與沖擊載荷影響下，套筒容易發生偏置而被卡死，進而無法實現濾波功能。

綜上所述，現有的抽油桿測量裝置主要存在以下問題：①對關鍵參數的測量不全面，多數不能實時測量抽油桿的徑向力；②測量參數的精度不高，在復雜的工況條件下穩定性差。抽油桿的重要參數包括徑向力、軸向力和扭矩等，這些參數在井下特定的部件上進行測量卻存在許多問題：首先，傳感器必須集中在直徑很小（通常只有2～3cm之間）抽油桿的一段空腔內，對體積的要求十分嚴格；其次，要求測量裝置能耐高壓（100MPa以上）、高溫（100℃以上）、高濕（被油井固、液混合物包圍）、周期性沖擊、高振動、高摩擦和高腐蝕等各種干擾。

發明內容

1、本發明的目的是：針對復雜工況條件下抽油桿上受力工況的不斷變化，導致抽油桿發生桿斷、桿脫、桿偏磨和管偏磨等問題，提供一種能夠測量井下抽油桿力學特性的測量裝置,為抽油桿故障預測提供數據支持。

2、本發明的技術方案是：一種井下抽油桿受力特性測量裝置，由長接頭艙301、短接頭305、密封環302、應力集中濾波件303和微電測量控制系統304組成。它們之間的位置與連接關系是：長接頭艙301密封槽內套密封環302，其空腔內安放微電測量控制系統304，長接頭艙301外壁導線孔30102附近圓周方向繞貼應變片，構成測量軸向力和彎矩的橋式電路，其應變片引線由導線孔30102連接至微電測量控制系統304；應力集中濾波件303鼓型部位內壁貼耐高溫應變片，構成徑向力橋式測量電路，安裝時，從右限位凸臺30305方向引出導線，將所有應變片的導線穿入導線孔30102連接至微電測量控制系統304，安裝時需將位于導向腔30304內的導線埋于穿線槽30303中，將應力集中濾波件303從右限位凸臺30305方向套入長接頭艙301，直至右限位凸臺30305頂住長接頭艙301的端面，這時密封環302被擠壓至應力集中濾波件303內，然后將另外一組密封環302套入短接頭305密封槽內，將短接頭305的外螺紋端套入應力集中濾波件303內，用兩個扳手分別卡住長接頭艙裝卡槽30107和短接頭裝卡槽30504，然后相對轉動直至長接頭艙301與短接頭305構成穩固連接；測量抽油桿井下受力時，還需通過長接頭艙301與短接頭305的內螺紋將測量裝置與抽油桿連接。測量裝置工作時，依據徑向力、軸向力和扭矩數據變化快慢及幅度等指標，自適應調整數據的采樣頻率。另外，測量裝置在功能上還有替代節箍的作用，其作業時不影響采油系統的正常工作。