[發明專利]長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測量的傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 202011546639.1
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112647926B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 趙同彬;鄭雅華;趙志剛;邢明錄;張凱;尹延春;趙晨
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩測量方法，其特征在于，利用一種長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測量的傳感器，包括外殼體、膠筒、應變花、防水墊圈、電子倉和異形緊固螺母，所述外殼體在中部具有導流口和環形安裝槽，粘貼有應變花的膠筒固定設置在環形安裝槽內，膠筒和安裝槽的筒壁之間設置有連接層；2個防水墊圈分別設置在環形安裝槽的開口位置，以及電子倉和膠筒之間；所述異形緊固螺母裝配在環形安裝槽的開口位置，外殼體的兩端設置有安裝部；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內，傳感器電路單元包括異形PCB電路板、電源、鉆壓測量橋路、扭矩測量橋路、信號調理橋路、單片機集成電路、二次轉換電路、電源調理芯片和數據存儲芯片；所述鉆壓測量橋路和扭矩測量橋路設置在膠筒上，并且通過導線與異形PCB電路板相連，信號調理橋路接收并放大、過濾來自測量橋路和扭矩測量橋路的電信號；所述信號調理橋路和單片機集成電路相連，單片機集成電路將電信號轉換為數字信號；所述二次轉換電路和信號調理橋路相連，二次轉換電路和數據存儲芯片相連；所述電源配置有電源調理芯片并為傳感器電路單元提供穩定電壓；所述連接層由液態膠制作而成，連接層將外殼體、膠筒和應變花粘結為整體，形成應變場監測區域；所述環形安裝槽的開口處設有螺紋，異形緊固螺母和環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形安裝槽的開口；所述電子倉和膠筒之間的防水墊圈上設置有導線孔，應變花連接的導線穿過導線孔和傳感器電路單元相連；所述應變花沿膠筒表面繞設并粘貼，鉆壓測量橋路中應變花分別沿膠筒軸向和圓周方向粘貼，扭矩測量橋路中應變花與膠筒中線呈45°角粘貼；

步驟包括：

S1.將長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測量的傳感器安裝至鉆機的鉆桿上；

S2.啟動鉆機，傳感器的外殼體隨鉆桿轉動，外殼體受到軸向壓力和扭矩作用；

S3.傳感器的應變花將監測信息傳輸至傳感器電路單元；

S4.傳感器電路單元處理監測信息并確定鉆壓和扭矩參數并存儲；

S5.停止鉆進取出傳感器和鉆桿；

所述外殼體的軸向應變、徑向應變與鉆壓、扭矩線性相關，所述膠筒沿圓周四等分，在四個部分分別設置應變花；

所述軸向壓力P的計算為：

式中σ為外殼體所受應力；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變讀數，D為外殼體的外徑，d為外殼體的內徑；

扭矩T的計算為：

式中ε_dT為扭轉加壓的傳感器應變讀數。

2.一種長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩測量方法，其特征在于，利用一種長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測量的傳感器，包括外殼體、膠筒、應變花、防水墊圈、電子倉和異形緊固螺母，所述外殼體在中部具有導流口和環形安裝槽，粘貼有應變花的膠筒固定設置在環形安裝槽內，膠筒和安裝槽的筒壁之間設置有連接層；防水墊圈設置在環形安裝槽的開口位置；所述異形緊固螺母裝配在環形安裝槽的開口位置，外殼體的兩端設置有安裝部；所述防水墊圈和環形安裝槽的內壁上設置有直角形的導線孔，導線連接應變花并穿過導線孔從導流口引出，導線與萬向聯軸器相連接并將信號傳輸至拉線式集流器中，拉線式集流器連接動態電阻應變儀，步驟包括：

S1.將長距離鉆孔鉆桿鉆壓和扭矩同步測量的傳感器安裝至鉆機的鉆桿上；

S2.啟動鉆機，傳感器的外殼體隨鉆桿轉動，外殼體受到軸向壓力和扭矩作用；

S3.傳感器的應變花將監測信息傳輸至動態電阻應變儀；

S4.動態電阻應變儀實時確定鉆壓和扭矩參數并存儲；

S5.停止鉆進取出傳感器和鉆桿。