一种基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法，其中，所述管柱包括被测量段和拉压力测量单元，拉压力测量单元包括激光测量模块，激光测量模块安装在被测量段的外壁并沿被测量段的轴向设置；激光测量模块能够通过计算发射和接收激光信号的时间差测量被测量段上的轴向距离，拉压力测量单元能够根据激光测量模块在被测量段受到拉压力作用形变时所测量的轴向距离的变化计算出被测量段受到的拉压力值

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法


[0001]本专利技术涉及油气田钻井井下工具
，具体来讲，涉及一种基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法
。

技术介绍

[0002]当前石油行业中，建井所必须使用的油
、
套管柱，在整个油气开采过程中，都要承受高压及各种复杂的拉
、
压
、
挤
、
扭等受力，导致管柱的使用寿命缩短，甚至可能会出现各种意外事故导致管柱受损或损坏，给使用方带来极大的损失
。
因此，为了保障管柱的安全工作
、
降低意外事故的发生，对管柱受力状态进行监测就是一种行之有效的方法
。
[0003]目前主要采用在井下管柱测量工具上粘贴应变片的方法对管柱受到的扭矩情况进行测量
。
这种测量方法的优势就是测试方法简单，成本低
。
但在井下复杂应用环境下，存在温漂大，抗振性弱，易受到井下各种电噪声的影响；同时在管柱受到拉压
、
挤
、
扭等复杂受力状态时，管柱因为各种力产生的变形处于一种耦合状态，其测量值往往与真实值之间存在很大的偏差，影响其测量数据效果
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项
。
例如，本专利技术的目的之一在于提供一种基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法，以解决上述现有技术中存在的对井下管柱的拉压力参数测量容易受到复杂受力状态的影响，导致测量结果存在偏差不准确的技术难题
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种基于激光测量拉压力的井下管柱，所述管柱可包括被测量段和拉压力测量单元，其中，拉压力测量单元包括激光测量模块，激光测量模块安装在被测量段的外壁并沿被测量段的轴向设置；激光测量模块能够通过计算发射和接收激光信号的时间差测量被测量段上的轴向距离，拉压力测量单元能够根据激光测量模块在被测量段受到拉压力作用形变时所测量的轴向距离的变化计算出被测量段受到的拉压力值
。
[0006]可选择地，所述激光测量模块可包括激光收发器和激光反射器，激光收发器和激光反射器都安装在所述被测量段的外壁，且沿轴向相对间隔设置；激光收发器能够朝向激光反射器发出激光，激光能够经过激光反射器反射后被激光收发器接收
。
[0007]可选择地，所述激光收发器的数量可为多个，多个激光收发器沿周向分布在所述被测量段的外壁；所述激光反射器的数量与所述激光收发器的数量一致，多个激光反射器沿周向分布在所述被测量段的外壁且与所述激光收发器一一对应
。
[0008]可选择地，所述激光收发器朝向与之相对应的所述激光反射器所发射的激光光束的入射角范围可为5°
～
10
°
。
[0009]可选择地，所述管柱还可包括主轴，主轴固定连接在所述被测量段的上下两端，所述被测量段的外径小于主轴的外径以在所述被测量段处形成测试腔
。
[0010]可选择地，所述拉压力测量单元还可包括测控电路板，测控电路板设置在所述测试腔中，测控电路板与所述激光测量模块连接，测控电路板用于记录所述激光测量模块中发射和接收激光信号的时间差并计算时间差的变化值
、
所述激光测量模块所测量的轴向距离的变化值以及所述被测量段所受的拉压力值
。
[0011]可选择地，所述管柱还可包括电源，电源设置在所述测试腔中并与所述测控电路板连接，用于为所述测控电路板供电
。
[0012]可选择地，所述管柱还可包括保护壳，所述保护壳与所述主轴固定连接并将所述测试腔封闭，用于将所述测试腔与所述管柱的外部隔离
。
[0013]本专利技术另一方面提供了一种井下管柱拉压力的测量方法，所述拉压力的测量方法可采用如上所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，所述拉压力的测量方法可包括通过所述激光测量模块进行激光的发射和接收，所述拉压力测量单元记录所述激光测量模块中发射和接收激光信号的时间差并计算时间差的变化值
、
所述激光测量模块所测量的轴向距离的变化值以及所述被测量段所受的拉压力值
。
[0014]可选择地，所述拉压力的测量方法还可包括确定所述管柱在不受力状态下所述激光测量模块中所记录的收发激光的时间差的基准值
t0，再对所述管柱施加不同的拉压力，在不同的拉压力状态下分别测量所述激光测量模块中所记录的收发激光的时间差
Δ
t
，对不同拉压力状态的时间差
Δ
t
进行拟合，得到时间差
Δ
t
与拉压力值
F
的对应关系，再计算得到所述管柱所受的拉压力值
F
：
F
＝
a
×
Δ
t+b
；其中，
a、b
为标定系数
。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0016]1、
本专利技术的基于激光测量拉压力的井下管柱及拉压力测量方法，利用激光测距的原理，通过激光测量距离来确定管柱的真实受力情况
。
测量通过井下管柱产生的轴向应变与不受力时激光测量距离产生的变化，产生发射与接收信号时间差来计算出管柱所受拉压力变化
。
该方法成本低，工艺简单，操作安全可靠
。
[0017]2、
通过激光测距的测量方式对管柱拉
、
压力进行测量，相较于应变片式测量方法，不会受应变片阻值温漂对测量结果的影响，测量数据更加真实有效；同时该方法可以有效避免以往应变片方式中，因安装应变片传感器不可避免会出现不同轴的问题带来的影响
。
[0018]3、
本专利技术采用矩阵式测量方法，可在测试腔截面方向上布置多组激光收发器和激光反射器，每一组独立测量拉压力值，再通过软件取平均值确定该时刻工具受到的最终拉压力值，该方法避免了井下管柱受力复杂产生复杂的屈曲变形，从而导致拉压力测量不准的可能性
。
附图说明
[0019]通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和
/
或特点将会变得更加清楚，其中：
[0020]图1示出了本专利技术示例性实施例的基于激光测量拉压力的井下管柱的剖视图
。
[0021]图2示出了本专利技术示例性实施例的基于激光测量拉压力的井下管柱中的激光测量模块进行激光测距的原理图
。
[0022]图3示出了图1中“A
‑
A”处的截面图
。
[0023]附图标记说明：
受到拉压力作用且发生轴向形变时，激光收发器
211
与对应的激光反射器
212
之间的间距发生变化，所测量的收发激光信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述管柱包括被测量段和拉压力测量单元，其中，拉压力测量单元包括激光测量模块，激光测量模块安装在被测量段的外壁并沿被测量段的轴向设置；激光测量模块能够通过计算发射和接收激光信号的时间差测量被测量段上的轴向距离，拉压力测量单元能够根据激光测量模块在被测量段受到拉压力作用形变时所测量的轴向距离的变化计算出被测量段受到的拉压力值
。2.
根据权利要求1所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述激光测量模块包括激光收发器和激光反射器，激光收发器和激光反射器都安装在所述被测量段的外壁，且沿轴向相对间隔设置；激光收发器能够朝向激光反射器发出激光，激光能够经过激光反射器反射后被激光收发器接收
。3.
根据权利要求2所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述激光收发器的数量为多个，多个激光收发器沿周向分布在所述被测量段的外壁；所述激光反射器的数量与所述激光收发器的数量一致，多个激光反射器沿周向分布在所述被测量段的外壁且与所述激光收发器一一对应
。4.
根据权利要求2所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述激光收发器朝向与之相对应的所述激光反射器所发射的激光光束的入射角范围为5°
～
10
°
。5.
根据权利要求1所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述管柱还包括主轴，主轴固定连接在所述被测量段的上下两端，所述被测量段的外径小于主轴的外径以在所述被测量段处形成测试腔
。6.
根据权利要求5所述的基于激光测量拉压力的井下管柱，其特征在于，所述拉压力测量单元还包括测控电路板，测控电路板设置在所述测试腔中，测控电路板与所述激光测量模块连接，测控电路板用于记录所述激光测量模块中发射和接收激光信号的时间差并计算时间差的变化值
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皓月，石磊，李定夏，曾凌翔，潘勇，刘运楼，唐欣，杨开志，钟兴久，向雪琳，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：