本发明专利技术属于计量测试技术领域，涉及一种井下抽油杆受力状况测量装置；它由长接头舱、短接头、双环密封件、应力集中滤波件和微电测量控制系统组成，长接头舱密封槽内套双环密封件，其空腔内安放微电测量控制系统，长接头舱外壁导线孔附近圆周方向绕贴应变片，构成测量轴向力和弯矩的桥式电路，应力集中滤波件与长接头舱套接，其鼓型部位内壁贴耐高温应变片，构成径向力桥式测量电路；本发明专利技术装置结构简单主要技术指标优良，最大耐压：40MPa，径向压力测量范围为：4N～100KN，轴向力为：35N～1200KN，扭矩为：50N·M～400KN·M，能在低于130℃、振动频率小于1000HZ及大振幅的条件下稳定工作。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于计量测试
，涉及一种井下抽油杆受力状况测量装置；它由长接头舱、短接头、双环密封件、应力集中滤波件和微电测量控制系统组成，长接头舱密封槽内套双环密封件，其空腔内安放微电测量控制系统，长接头舱外壁导线孔附近圆周方向绕贴应变片，构成测量轴向力和弯矩的桥式电路，应力集中滤波件与长接头舱套接，其鼓型部位内壁贴耐高温应变片，构成径向力桥式测量电路；本专利技术装置结构简单主要技术指标优良，最大耐压：40MPa，径向压力测量范围为：4N～100KN，轴向力为：35N～1200KN，扭矩为：50N·M～400KN·M，能在低于130℃、振动频率小于1000HZ及大振幅的条件下稳定工作。【专利说明】一种抽油杆力学参数测量装置
本专利技术属于计量测试
，涉及一种井下抽油杆受力状况测量装置。
技术介绍
采油行业现主要有两种采油方式:有杆采油和无杆采油，其中有杆采油是应用最为广泛的一种传统机械采油方式，在采油工程中迄今一直占主导地位。据统计表明，有杆采油井在机械采油井中所占的比例在90%以上。柔性、细长的抽油杆是有杆采油系统中的关键部件，它连接着地面游梁驱动系统和深在井下千米到数千米的抽油泵，担负着运动和能量的传递。抽油杆特殊的构成、复杂的井眼轨迹、油管与抽油杆之间的滑动摩擦、复杂的油液运动和油液化学环境等多种因素，决定抽油杆受力状况的变化，影响着抽油杆的可靠性与使用寿命。近些年来，随着浅源油田资源的萎缩，采油向着地层条件差、自然产能低的地层深处掘进，出现了深达六千多米的深井，而且随着定向井钻采技术和工艺的发展，出现了深层定向井的有杆采油系统，这种系统的井下抽油杆的运动和受力比浅层直井更加复杂，导致抽油杆承受的平均应力不断增加，加之受井眼复杂轨迹的影响使抽油杆受力的工况不断变化，导致抽油杆的杆断、杆脱、杆偏磨和管偏磨等故障频繁发生。因此生产现场迫切需要一种能够深入井下测量抽油杆受力状况的装置。目前关于井下杆状物的力学测量装置，已有一些专利技术。例如“井下存储式杆管参数检测器”(专利号:ZL200420024926.6)，设计了一种能检测抽油杆轴向力和扭矩等参数的装置，但是不能测量具有较强破坏性的径向力，并且测量的分辨力不高；“一种管柱状态检测装置”(专利号:ZL200820219679.3)提出了一种由井下和地面两部分组成的检测装置，能够实现井柱温度、轴向力与管柱滑动位移的一体化测量，但是无法检测抽油杆径向压力的具体数值；“一种井下抽油杆径向压力测量装置”(申请号:ZL201110236526.6)仅能实现抽油杆径向力的单一测量，另外该装置的一个主要构件机械滤波套筒，在抽油杆所受振动与冲击载荷影响下，套筒容易发生偏置而被卡死，进而无法实现滤波功能。综上所述，现有的抽油杆测量装置主要存在以下问题:①对关键参数的测量不全面，多数不能实时测量抽油杆的径向力测量参数的精度不高，在复杂的工况条件下稳定性差。抽油杆的重要参数包括径向力、轴向力和扭矩等，这些参数在井下特定的部件上进行测量却存在许多问题:首先，传感器必须集中在直径很小(通常只有2?3cm之间)抽油杆的一段空腔内，对体积的要求十分严格；其次，要求测量装置能耐高压(IOOMPa以上)、高温(100 V以上)、高湿(被油井固、液混合物包围)、周期性冲击、高振动、高摩擦和高腐蚀等各种干扰。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是:针对复杂工况条件下抽油杆上受力工况的不断变化，导致抽油杆发生杆断、杆脱、杆偏磨和管偏磨等问题，提供一种能够测量井下抽油杆力学特性的测量装置，为抽油杆故障预测提供数据支持。2、本专利技术的技术方案是:一种井下抽油杆受力特性测量装置，由长接头舱301、短接头305、密封环302、应力集中滤波件303和微电测量控制系统304组成。它们之间的位置与连接关系是:长接头舱301密封槽内套密封环302，其空腔内安放微电测量控制系统304，长接头舱301外壁导线孔30102附近圆周方向绕贴应变片，构成测量轴向力和弯矩的桥式电路，其应变片引线由导线孔30102连接至微电测量控制系统304 ;应力集中滤波件303鼓型部位内壁贴耐高温应变片，构成径向力桥式测量电路，安装时，从右限位凸台30305方向引出导线，将所有应变片的导线穿入导线孔30102连接至微电测量控制系统304，安装时需将位于导向腔30304内的导线埋于穿线槽30303中，将应力集中滤波件303从右限位凸台30305方向套入长接头舱301，直至右限位凸台30305顶住长接头舱301的端面，这时密封环302被挤压至应力集中滤波件303内，然后将另外一组密封环302套入短接头305密封槽内，将短接头305的外螺纹端套入应力集中滤波件303内，用两个扳手分别卡住长接头舱装卡槽30107和短接头装卡槽30504，然后相对转动直至长接头舱301与短接头305构成稳固连接；测量抽油杆井下受力时，还需通过长接头舱301与短接头305的内螺纹将测量装置与抽油杆连接。测量装置工作时，依据径向力、轴向力和扭矩数据变化快慢及幅度等指标，自适应调整数据的采样频率。另外，测量装置在功能上还有替代节箍的作用，其作业时不影响采油系统的正常工作。所述的长接头舱301的外部形状为具有台阶的圆筒形，内部为电气元件安装腔，用于放置FPGA控制器30401、大容量蓄电池30403、大容量FLASH存储器30404和电路板，其结构如图5所示。内螺纹30105连接抽油杆，内螺纹30101同外螺纹30501配合，形成参数测量部分，测量轴向力与扭矩的应变片贴于30103区域，电气元件安装腔30104内壁涂绝缘隔热涂层，内部放置微电测量控制系统304，径向力桥式测量电路和轴向力与扭矩测量桥式电路的引线通过导线孔30102引至微电测量控制系统304，梯形密封槽30105内装密封圈302，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件301配合形成挤压密封。所述的短接头305包含内螺纹30503、外螺纹30501、梯形密封槽30502和装卡槽30504，。内螺纹30503位于短接头305的大端，用于连接抽油杆，连接时用扳手卡住装卡槽30504进行旋入；外螺纹30501同内螺纹30101相配合，用于连接长接头舱301，形成参数测量部分的主体；梯形密封槽30502内装密封圈302，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件303的配合形成挤压密封，使油管I内的多组态腐蚀性混合物无法渗入应力集中腔30302中。所述的密封环302的材料为HNBR氢化丁腈橡胶，其截面为椭圆形，数量为两组，分别安装于长接头舱301与短接头305的密封槽内。密封环302有两个重要功能，首先使抽油杆产生拉、压时，密封环302与应力集中滤波件303产生相对滑动，使应力集中滤波件303受到来自于抽油杆的拉压力；其次，为微电测量控制系统304提供可靠密封，阻止在高温、高压和连续性振动条件油井油液混合物进入测量短节I内部空腔，为测量装置提供与外界隔尚的测量环境。所述的应力集中滤波件303为薄壁件，材料为具有高弹性的弹簧钢，局部特征是两端有左限位凸台30301和右限位凸台30305，中部有应力集中腔30302 ;在应力集中腔30302的内壁贴四组耐高温电阻应变片，构成桥式测量电路，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井下抽油杆受力测量装置，包含长接头舱[301]、短接头[305]、密封环[302]、应力集中滤波件[303]和微电测量控制系统[304]，其特征在于：（1）一个长接头舱[301]，外形类似于连接抽油杆的接箍，外部形状为具有台阶的圆筒形，包含内螺纹[30101]、导线孔[30102]、电气元件安装腔[30104]、梯形密封槽[30105]、内螺纹[30106]和装卡槽[30107]，其内部为微电测量控制系统[304]；应变片贴于导线孔附近区域，该区域没有径向力的干扰，只受轴向力与扭矩的作用，四组应变片组成测量桥路，应变片的栅长与长接头舱[301]的外径相适应；电气元件安装腔[30104]的内壁涂有绝缘隔热层，内部放置微电测量控制系统[304]；径向力桥式测量电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]的引线通过导线孔引至微电测量控制系统[304]；在梯形密封槽[30105]内装有密封环[302]，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件[303]配合形成挤压密封，使油管内的多组态腐蚀性混合物无法渗入腔内，保持内部测量环境的相对稳定；（2）一个短接头[305]，包含一段内螺纹[30503]、贯通外螺纹[30501]、梯形密封槽[30502]和装卡槽[30504]。内螺纹[30503]位于短接头[305]的大端，用于连接抽油杆，连接时用扳手卡住装卡槽[30504]进行旋入；外螺纹[30501]同内螺纹[30503]相配合，用于连接长接头舱[301]，形成测量部分的主体；在梯形密封槽[30502]内装有密封环[302]，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件[303]配合形成挤压密封，使油管1内的多组态腐蚀性混合物无法渗入应力集中腔[30302]内；（3）一个应力集中滤波件[303]为薄壁件，材料弹簧钢，局部特征是两端分别加工有左限位凸台[30301]和右限位凸台[30305]，中部有应力集中腔[30302]；应力集中腔[30302]的中间部位为凸起的纺锤状，该区域的外表面更易于与油管的内表面相接触，使压力尽量集中在该部位，形成局部应力集中区域；应力集中滤波件[303]套于长接头舱[301]的外部，形成间隙配合，应力集中滤波件[303]有轴向移动和轴向回转两个自由度，具有机械滤除轴向力和扭矩而只承受径向力的滤波功能，使抽油杆所承受的轴向力和扭矩无法传递至应力集中滤波件；通过在长接头舱[301]密封槽内安装环形密封件[302]，使应力集中滤波件[303]在突出部位的内部形成密闭空腔，密闭空腔内壁为径向力敏感区域，在应力集中腔的内壁贴有多组耐高温电阻应变片，构成桥式测量电路[30409]，感知应力集中滤波件[303]突出部位受力的变化，桥路的组数于应力集中滤波件[303]突出部位最大内径的大小相适应；在应力集中腔[30302]的内表面涂有隔热层；（4）一套微电测量控制系统[304]，包含FPGA控制器[30401]、大容量蓄电池[30403]、大容量FLASH存储器[30404]、信号调理电路[30408]、电源控制电路[30408]、A/D转换[30407]、径向力测量桥式电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王中宇，李强，燕虎，王倩，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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