[發(fā)明專利]長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測(cè)量的傳感器及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011546639.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112647926B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙同彬;鄭雅華;趙志剛;邢明錄;張凱;尹延春;趙晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B44/00
• 分類號(hào): E21B44/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩測(cè)量方法，其特征在于，利用一種長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測(cè)量的傳感器，包括外殼體、膠筒、應(yīng)變花、防水墊圈、電子倉(cāng)和異形緊固螺母，所述外殼體在中部具有導(dǎo)流口和環(huán)形安裝槽，粘貼有應(yīng)變花的膠筒固定設(shè)置在環(huán)形安裝槽內(nèi)，膠筒和安裝槽的筒壁之間設(shè)置有連接層；2個(gè)防水墊圈分別設(shè)置在環(huán)形安裝槽的開(kāi)口位置，以及電子倉(cāng)和膠筒之間；所述異形緊固螺母裝配在環(huán)形安裝槽的開(kāi)口位置，外殼體的兩端設(shè)置有安裝部；還包括傳感器電路單元，所述傳感器電路單元配置在電子倉(cāng)內(nèi)，傳感器電路單元包括異形PCB電路板、電源、鉆壓測(cè)量橋路、扭矩測(cè)量橋路、信號(hào)調(diào)理橋路、單片機(jī)集成電路、二次轉(zhuǎn)換電路、電源調(diào)理芯片和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片；所述鉆壓測(cè)量橋路和扭矩測(cè)量橋路設(shè)置在膠筒上，并且通過(guò)導(dǎo)線與異形PCB電路板相連，信號(hào)調(diào)理橋路接收并放大、過(guò)濾來(lái)自測(cè)量橋路和扭矩測(cè)量橋路的電信號(hào)；所述信號(hào)調(diào)理橋路和單片機(jī)集成電路相連，單片機(jī)集成電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述二次轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)調(diào)理橋路相連，二次轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片相連；所述電源配置有電源調(diào)理芯片并為傳感器電路單元提供穩(wěn)定電壓；所述連接層由液態(tài)膠制作而成，連接層將外殼體、膠筒和應(yīng)變花粘結(jié)為整體，形成應(yīng)變場(chǎng)監(jiān)測(cè)區(qū)域；所述環(huán)形安裝槽的開(kāi)口處設(shè)有螺紋，異形緊固螺母和環(huán)形安裝槽的螺紋相互配合，異形緊固螺母壓緊防水墊圈并封堵環(huán)形安裝槽的開(kāi)口；所述電子倉(cāng)和膠筒之間的防水墊圈上設(shè)置有導(dǎo)線孔，應(yīng)變花連接的導(dǎo)線穿過(guò)導(dǎo)線孔和傳感器電路單元相連；所述應(yīng)變花沿膠筒表面繞設(shè)并粘貼，鉆壓測(cè)量橋路中應(yīng)變花分別沿膠筒軸向和圓周方向粘貼，扭矩測(cè)量橋路中應(yīng)變花與膠筒中線呈45°角粘貼；

步驟包括：

S1.將長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測(cè)量的傳感器安裝至鉆機(jī)的鉆桿上；

S2.啟動(dòng)鉆機(jī)，傳感器的外殼體隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，外殼體受到軸向壓力和扭矩作用；

S3.傳感器的應(yīng)變花將監(jiān)測(cè)信息傳輸至傳感器電路單元；

S4.傳感器電路單元處理監(jiān)測(cè)信息并確定鉆壓和扭矩參數(shù)并存儲(chǔ)；

S5.停止鉆進(jìn)取出傳感器和鉆桿；

所述外殼體的軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變與鉆壓、扭矩線性相關(guān)，所述膠筒沿圓周四等分，在四個(gè)部分分別設(shè)置應(yīng)變花；

所述軸向壓力P的計(jì)算為：

式中σ為外殼體所受應(yīng)力；E為外殼體的彈性模量，A為外殼體的橫截面積，μ為外殼體的泊松比，ε_dP為軸向加壓的傳感器應(yīng)變讀數(shù)，D為外殼體的外徑，d為外殼體的內(nèi)徑；

扭矩T的計(jì)算為：

式中ε_dT為扭轉(zhuǎn)加壓的傳感器應(yīng)變讀數(shù)。

2.一種長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩測(cè)量方法，其特征在于，利用一種長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測(cè)量的傳感器，包括外殼體、膠筒、應(yīng)變花、防水墊圈、電子倉(cāng)和異形緊固螺母，所述外殼體在中部具有導(dǎo)流口和環(huán)形安裝槽，粘貼有應(yīng)變花的膠筒固定設(shè)置在環(huán)形安裝槽內(nèi)，膠筒和安裝槽的筒壁之間設(shè)置有連接層；防水墊圈設(shè)置在環(huán)形安裝槽的開(kāi)口位置；所述異形緊固螺母裝配在環(huán)形安裝槽的開(kāi)口位置，外殼體的兩端設(shè)置有安裝部；所述防水墊圈和環(huán)形安裝槽的內(nèi)壁上設(shè)置有直角形的導(dǎo)線孔，導(dǎo)線連接應(yīng)變花并穿過(guò)導(dǎo)線孔從導(dǎo)流口引出，導(dǎo)線與萬(wàn)向聯(lián)軸器相連接并將信號(hào)傳輸至拉線式集流器中，拉線式集流器連接動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，步驟包括：

S1.將長(zhǎng)距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測(cè)量的傳感器安裝至鉆機(jī)的鉆桿上；

S2.啟動(dòng)鉆機(jī)，傳感器的外殼體隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，外殼體受到軸向壓力和扭矩作用；

S3.傳感器的應(yīng)變花將監(jiān)測(cè)信息傳輸至動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀；

S4.動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀實(shí)時(shí)確定鉆壓和扭矩參數(shù)并存儲(chǔ)；

S5.停止鉆進(jìn)取出傳感器和鉆桿。