[發明專利]一種基于壓電晶體自供電的抽油機井下信號測量與無線傳輸系統

在審

• 申請號: 201811266794.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109267999A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 魏燕定;沈佳;何光玉;宋執環
• 申請（專利權）人: 杭州中油智井裝備科技有限公司
• 主分類號: E21B47/13
• 分類號: E21B47/13;E21B41/00;E21B17/02;H02N2/18;H02J7/14
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本發明公開了一種基于壓電晶體自供電的抽油機井下信號測量與無線傳輸系統，由若干個信號測量與無線傳輸裝置和地面無線發射/接收裝置組成，信號測量與無線傳輸裝置可以代替接箍用來連接抽油桿，抽油機每個沖程中，油液帶動信號測量與無線傳輸裝置上的旋轉體旋轉，旋轉體葉片擠壓半圓擠壓頭進而擠壓壓電晶體發電，測量與無線傳輸裝置中的柔性印刷電路板上有傳感器信號處理電路、無線發送接收電路和主控制電路等，通過ZigBee無線通訊協議與地面通訊，實現了裝置的自供電的井下無線通訊，結構簡單，安裝方便，適應性強，解決了現有技術中存在的成本高以及施工難度大的問題，可以根據不同的井深采用不同的安裝方式適應不同的工作環境。

技術領域

本發明關于油田井下監測技術，特別是關于油井井下直讀監測技術，具體的講是一種基于壓電晶體自供電的抽油機井下信號測量與無線傳輸系統。

背景技術

在如今的采油工程中，有各式各樣的采油方式，但是最主要使用的是有桿采油的方式。有桿采油使用細長的抽油桿連接著地下數千米的抽油泵，通過固定在地面的抽油機帶動抽油桿上下運動達到抽油目的。

抽油桿是抽油機井的細長桿件，它上接抽油機的懸繩器，下接抽油泵起傳遞動力的作用。抽油桿單根長度為7.62、8或9.14米，材質一般是低碳合金鋼經過調質處理, 單根抽油桿的兩端加工成外螺紋，然后用一種叫接箍的標準連接件將一根根抽油桿連接起來，接箍的兩端加工成內螺紋，長度一般為100毫米，外徑比抽油桿稍大，這樣在油管內通過抽油桿將地下油層處的油泵活塞與抽油機“驢頭”上的懸繩器相連接，通過抽油機往復運動來泵油。

目前隨著油價的下跌，各油田生產單位越來越重視生產節能增效，如對抽油機改為變頻控制，實現可調的抽油頻次，對注水井的注水壓力和流量的優化改變來提升產油量，但目前這些參數的設定均是基于操作人員的經驗，因為缺乏井下環境數據的測量，如注水井中注水壓力和流量均很大，在油井中抽上來的是含水量很高的原油，就會造成能量的極大浪費。另一方面，目前的油井深度一般在2～3千米左右，新疆克拉瑪依的油井深度可達6～7千米，而井下工況十分復雜，工作環境非常惡劣，不僅受到機、桿、泵等抽油設備的影響，還直接受到砂、蠟、氣、水的影響，故障率很高，為了保證抽油井正常生產，延長抽油設備使用壽命，就必須及時、準確地掌握抽油井的工作狀況，診斷抽油井所存在的故障。

我國現有的油井在生產過程中，幾乎沒有對油井井下環境參數進行監測，目前對于抽油井的工況主要通過采油工程技術員對抽油機示功圖的分析和油井的管理經驗確定，診斷結果準確性不高，情況復雜時只能通過抽出所有井下抽油桿和油管來查探情況，但該方法容易導致判斷錯誤或投入不必要的測試作業費，并且很少存在可以直接檢測井下其他數據的測量裝置，不僅是因為井下儀器供電困難，還因為井下信號傳輸困難。專利網公布了“一種利用壓電技術發電的流體管道系統”（申請號：201510039957.1）這種發電的裝置可以實現將流體流動產生的動能轉換成電能，但是并不適用在油田抽油的環境中，因為抽油井的抽油管道中有抽油桿，抽油桿并不會轉動。專利網公布的 “一種油井井下無纜測試系統”（申請號：201210154062.9）直接從幾千米下的的油井發送無線信號到地表，容易受到油液，管道，土壤等的削弱，使得無線傳輸的效果不理想；專利網公布的 “一種用于井下通訊的數據傳輸裝置及方法”（申請號：201110171527.7）公布了一種井下無線通訊的方法，但是沒有很具體的結構，也沒有提供電源的解決方案；專利網公布的“一種井下微功耗遠距離無線數據傳輸裝置” （申請號：201320685866.1），該實用新型專利提供了一種無線通訊的方法，但是沒有給出電源的解決方案；除此之外也有嘗試直接放電纜下去，采用有線線纜方式，由于井內的惡劣工作環境(溫度 ：最高125度，最低十幾度 ；壓力 ：60MPa ；腐蝕性 ：飽和鹽水 )，不僅長距離電纜傳輸成本很高，而且耐久性和工作的可靠性較難得到保證，在抽油過程中電線易被拉斷，同時布線后也會干擾修井工作。

發明內容