一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，由若干个信号测量与无线传输装置和地面无线发射/接收装置组成，信号测量与无线传输装置可以代替接箍用来连接抽油杆，抽油机每个冲程中，油液流动使得叶片转动，带动微型电机产生电能，测量与无线传输装置中的柔性印刷电路板上有传感器信号处理电路、无线发送接收电路和主控制电路等，通过ZigBee无线通讯协议与地面通讯，实现了装置的自供电的井下无线通讯，结构简单，安装方便，适应性强，解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题，可以根据不同的井深采用不同的安装方式适应不同的工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统
本专利技术关于油田井下监测技术，特别是关于油井井下直读监测技术，具体的讲是一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统。
技术介绍
在如今的采油工程中，有各式各样的采油方式，但是最主要使用的是有杆采油的方式。有杆采油使用细长的抽油杆连接着地下数千米的抽油泵，通过固定在地面的抽油机带动抽油杆上下运动达到抽油目的。抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接抽油机的悬绳器，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62、8或9.14米，材质一般是低碳合金钢经过调质处理,单根抽油杆的两端加工成外螺纹，然后用一种叫接箍的标准连接件将一根根抽油杆连接起来，接箍的两端加工成内螺纹，长度一般为100毫米，外径比抽油杆稍大，这样在油管内通过抽油杆将地下油层处的油泵活塞与抽油机“驴头”上的悬绳器相连接，通过抽油机往复运动来泵油。目前随着油价的下跌，各油田生产单位越来越重视生产节能增效，如对抽油机改为变频控制，实现可调的抽油频次，对注水井的注水压力和流量的优化改变来提升产油量，但目前这些参数的设定均是基于操作人员的经验，因为缺乏井下环境数据的测量，如注水井中注水压力和流量均很大，在油井中抽上来的是含水量很高的原油，就会造成能量的极大浪费。另一方面，目前的油井深度一般在2～3千米左右，新疆克拉玛依的油井深度可达6～7千米，而井下工况十分复杂，工作环境非常恶劣，不仅受到机、杆、泵等抽油设备的影响，还直接受到砂、蜡、气、水的影响，故障率很高，为了保证抽油井正常生产，延长抽油设备使用寿命，就必须及时、准确地掌握抽油井的工作状况，诊断抽油井所存在的故障。我国现有的油井在生产过程中，几乎没有对油井井下环境参数进行监测，目前对于抽油井的工况主要通过采油工程技术员对抽油机示功图的分析和油井的管理经验确定，诊断结果准确性不高，情况复杂时只能通过抽出所有井下抽油杆和油管来查探情况，但该方法容易导致判断错误或投入不必要的测试作业费，并且很少存在可以直接检测井下其他数据的信号测量与无线传输部分。专利网公布了“一种利用压电技术发电的流体管道系统”（申请号：201510039957.1）这种发电的装置可以实现将流体流动产生的动能转换成电能，但是并不适用在油田抽油的环境中，因为抽油井的抽油管道中有抽油杆，抽油杆并不会转动。专利网公布的“一种压电式流体发电机”（申请号：201610459316.6）是通过将流体流动过程中的脉动，带动压电薄膜的振动来达到发电的目的，这种装置同样不适合油田抽油的环境。专利网公布的“一种抽油杆井下受力信号测量与无线传输部分”（申请号：201310399077.6）这种井下受力信号测量与无线传输部分虽然可以通过设计了一个测试短节连接在抽油杆上测试井下的压力但是其电源是通过大容量蓄电池的方式供电，实际上井下空间非常有限，不可能提供很大容量的蓄电池，充电不方便，只有当修井时取出更换才行，一旦修井周期较长，电池可能已耗完，影响工作。专利网公布的“井下密封式载荷传感器”（申请号：200910072873.2）与前者类似，但是同样没有解决前面所述的问题。常见的自供电信号测量与无线传输部分如专利网公布的“一种拉压式振动俘能器”（申请号：201510007482.8）是一种通过振动体带动惯性块运动从而使得压电振子振动发电，但是该专利技术是单端固定在振动体上的，与抽油环境并不能很好地相适应。除此之外也有尝试直接放电缆下去，但是在抽油过程中电线易被拉断，同时布线后也会干扰修井工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的不足，提供抽油机油井井下信号测量与无线传输系统，其可以实现装置自供电，结构简单，安装方便，适应性强，解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题，可以根据不同的井深采用不同的安装方式适应不同的工作环境。本专利技术采取的技术方案是：整个系统由若干个信号测量与无线传输装置组成，每个信号测量与无线传输装置分为供电部分和信号测量与无线传输部分，供电部分固定在抽油杆上，信号测量与无线传输部分安装在所需深度的两根抽油杆之间，同时能承担接箍的作用。供电部分由供电部分支架、微型发电装置组成，两片供电部分支架通过螺栓连接后固定在抽油杆上，供电部分支架上共有若干个个方形孔用于放置微型发电装置，微型发电装置引出导线，将发电极并联之后与接插件的母头相连。信号测量与无线传输部分由短节外壳、内部容器封盖、内部容器外壳、蓄电池、柔性印刷电路板、传感器、螺纹封盖和橡胶密封塞组成，短节外壳两端攻有内螺纹，并且两端都能与抽油杆配合，短节外壳还可以承担接箍的作用，短节外壳上开有小孔，可以固定接插件的公头，该公头可以和微型发电装置引出的母头相连接，短节外壳固定的接插件公头引出导线，并将另一端制成另一接插件母头，螺纹封盖上有方形的小孔，使用工具可以旋转螺纹封盖，上螺纹封盖没有卡扣，下螺纹封盖有四个卡扣，内部容器外壳通过四个卡槽固定在下螺纹封盖上，内部容器封盖上也有四个卡扣可以固定在内部容器外壳上，内部容器封盖上还有一个开口，用于固定接插件公头，内部容器外壳内安装有传感器，蓄电池和柔性印刷电路板；传感器，蓄电池都和柔性印刷电路板相连，柔性印刷电路板上引出导线与固定在内部容器封盖上的接插件公头相连，短节外壳内部的接插件公头和母头相连。当抽油机工作时，抽油杆上下运动过程中，油液充满抽油管，当抽油杆向上提或者下降的过程中，由于液体阻力使得微型发电装置上的叶片旋转带动微型电机转动，微型电机转动发电，柔性印刷电路板中具有整流稳压电路、充放电管理电路可以将交变的电流转化成直流充入蓄电池中,传感器可以根据测试要求更换，柔性印刷电路板中更换为相应的传感信号放大、调理电路，通过蓄电池供电，并将数据存储在柔性印刷电路板的内存中，柔性印刷电路板上还有信号处理电路、无线信号发射和无线中继电路，可以将传感器采集到的信号通过无线的方式发射出去，也可以接收无线信号进行信号的中继。进一步，短节外壳与抽油杆相连，短节外壳要具有足够的强度，采用优质的碳素结构钢为原料制造而成，具有不易生锈，不易腐蚀的特点，其外形与接箍相仿，两端为内螺纹，可代替接箍标准件。进一步，所述的四个卡扣和下螺纹封盖是一体化制造的，卡扣和下螺纹封盖可以是塑料制成。进一步，所述的微型发电装置由叶片和微型电机组成，叶片套在电机的轴上。进一步，所述的供电部分支架上开有若干小孔，使得抽油杆在上升下降过程中，油液可以从这些小孔通过而不会被完全阻挡，使得油液流动带动叶片旋转。进一步，所述的无线传输为ZigBee协议，ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗、高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。进一步，本装置的安装位置需要根据不同的井深和井下环境来综合考虑，若只需要测量最底部的数据，本装置可以每隔一定的距离安装一个，最下方的装置用于发射无线信号，其余的用于无线中继，使得无线信号一层层接力传输到地面被接收装置接收。进一步，若需要测量油井内指定深度的数据，每一个中继也可以发射自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，其特征在于：供电部分固定在抽油杆上，测量部分安装在两根抽油杆之间，同时能替代接箍的作用；供电部分由供电部分支架、微型发电装 置组成，两片供电部分支架通过螺栓连接后固定在抽油杆上，供电部分支架上共有若干个个方形孔用于放置微型发电装置，微型发电装置引出导线，将发电极并联之后与接插件的母头相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，其特征在于：供电部分固定在抽油杆上，测量部分安装在两根抽油杆之间，同时能替代接箍的作用；供电部分由供电部分支架、微型发电装置组成，两片供电部分支架通过螺栓连接后固定在抽油杆上，供电部分支架上共有若干个个方形孔用于放置微型发电装置，微型发电装置引出导线，将发电极并联之后与接插件的母头相连。2.如权利要求1所述的一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，其特征在于：测量部分由短节外壳、内部容器封盖、内部容器外壳、蓄电池、柔性印刷电路板、传感器、螺纹封盖和橡胶密封塞组成，短节外壳两端设置有内螺纹，并且两端都能与抽油杆配合，短节外壳还可以替代接箍的作用，短节外壳上开有小孔，可以固定接插件的公头，该公头可以和微型发电装置引出的母头相连接，短节外壳固定的接插件公头引出导线，并将另一端制成另一接插件母头，螺纹封盖上有方形的小孔，使用工具可以旋转螺纹封盖，上螺纹封盖没有卡扣，下螺纹封盖有四个卡扣，内部容器外壳通过四个卡槽固定在下螺纹封盖上，内部容器封盖上也有四个卡扣可以固定在内部容器外壳上，内部容器封盖上还有一个开口，用于固定接插件公头，内部容器外壳内安装有传感器，蓄电池和柔性印刷电路板；传感器，蓄电池都和柔性印刷电路板相连，柔性印刷电路板上引出导线与固定在内部容器封盖上的接插件公头相连，短节外壳内部的接插件公头和母头相连。3.如权利要求1所述的一种基于电磁感应发电原理自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，其特征在于：所述的微型发电装...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏燕定，沈佳，何光玉，宋执环，
申请(专利权)人：杭州中油智井装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33