[發明專利]一種基于電磁感應發電原理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: 201811266836.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109184670A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 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: E21B47/009
• 分類號: E21B47/009;E21B43/00;E21B47/12;H02J7/32
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本發明公開了一種基于電磁感應發電原理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，油液流動使得葉片轉動，帶動微型電機產生電能，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電磁感應發電原理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信號測量與無線傳輸部分。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 “一種壓電式流體發電機”（申請號：201610459316.6）是通過將流體流動過程中的脈動，帶動壓電薄膜的振動來達到發電的目的，這種裝置同樣不適合油田抽油的環境。專利網公布的“一種抽油桿井下受力信號測量與無線傳輸部分”（申請號：201310399077.6）這種井下受力信號測量與無線傳輸部分雖然可以通過設計了一個測試短節連接在抽油桿上測試井下的壓力但是其電源是通過大容量蓄電池的方式供電，實際上井下空間非常有限，不可能提供很大容量的蓄電池，充電不方便，只有當修井時取出更換才行，一旦修井周期較長，電池可能已耗完，影響工作。專利網公布的 “井下密封式載荷傳感器”（申請號：200910072873.2）與前者類似，但是同樣沒有解決前面所述的問題。常見的自供電信號測量與無線傳輸部分如專利網公布的“一種拉壓式振動俘能器”（申請號：201510007482.8）是一種通過振動體帶動慣性塊運動從而使得壓電振子振動發電，但是該發明是單端固定在振動體上的，與抽油環境并不能很好地相適應。除此之外也有嘗試直接放電纜下去，但是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