CN103195412B - 一种机械式井下测径探头及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械式井下测径探头及应用方法，通过压力传感器所检测到的弹簧压力来间接推算管井内径尺寸，具有结构简单、操作简易、维护方便、分析灵敏、测量准确等优点。避免了传统的机械式井径仪采用滑动电位器间接检测导致分析灵敏度不高的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种井径测试仪，具体涉及一种机械式井下测径探头及应用方法。
背景技术
在石油勘探、开采过程中，以及尾矿坝浸润线检测中，需要将各类探测仪表深入到狭长的套管或圆井中，但是随着管壁、井壁的锈蚀、结垢，或因外力原因等等，会逐渐造成形变，而如果形变过大，则在将探测仪表深入进狭长套管或圆井的过程中，会导致测量仪表的损伤。因此，在将探测仪表深入进狭长套管或圆井之前，需要对套管或圆井的内部尺寸情况进行探测。
传统的机械式多臂井径仪主要是通过探头的测试臂张开与闭合带动滑动电位器，根据电位差信号的变化反馈计算井径的变化。但是这种方式由于滑动电位器的滑块可活动范围有限，因此当井径发生较小变化时，所引起的电位差信号的变化量不足以被精确的分析检测，导致该种方法的检测精度不够高。
目前常用的测井内径的方法多为超声法或微波法，通过反射波的传播时间与速度的乘积来推断井的内半径。但是这样的方法，对于内径较大的管或井，具有较好的效果；而当井的内径较小时，对探测器的性能以及体积要求过于苛刻而无法适用。另外此种仪器的造价相对于机械式多臂井径仪而言，造价也过于昂贵。
发明内容
针对现有机械式井下测径仪所存在的缺点，本发明提供一种价格相对低廉的可精确分析井径变化的机械式井下测径探头及应用方法。
本发明的具体技术方案是：
本发明的装置结构如图1所示：在支杆1的上头装有吊环4，在支杆1的下头装有配重2，在支杆1上装有若干组成对的测量臂3，即每二个测量臂3为一组，以支杆1为轴心成对称安装，各组测量臂3之间均匀分布成一个圆周。
测量臂3的结构如图2所示：在滑杆301的上头安装有固定块A309，固定块A309上安装有压力传感器308；在滑杆301的下头装有固定块B310；在滑杆301的中段部位套有滑块302，滑块302可以在滑杆301上自由滑动；在滑块302与压力传感器308之间用弹簧307连接；在滑块302上制有联接环A303，在固定块B310上制有联接环B304，并保证联接环A303到滑杆301的距离与联接环B304到滑杆301的距离相等；联接环A303及联接环B304各自接有一根长杆305，二根长杆305的另一端连接在一起且在连接的位置安装有滚轮306；长杆305的结构如图3所示，长杆305的两端开有圆孔，利用长杆305两端的圆孔，通过常规的连接方式可以使长杆305之间的连接以及长杆305分别与联接环A303及联接环B304之间的连接在一定角度范围内能够自由旋转。
测量臂3通过固定块A309及固定块B310与支杆1连接固定，并保证安装后滑杆301与支杆1平行。
具体的应用方法如下：
当本发明的探头在使用时，竖直向下的伸入到欲测量内径的管井中，由于受到管井壁的束缚作用，滚轮306会向支杆1方向靠拢，推动滑块302向固定块A309方向滑动并压缩弹簧307，使压力传感器308受力。
根据压力传感器308的输出信号以及弹簧弹性系数公式、三角函数关系，可以通过以下计算公式获得所测量井管内部的半径：
联接环A303、联接环B304及滚轮306三者的圆心所构成等腰三角形的高h满足三角函数关系：；其中L为长杆305两端圆孔心的距离，L2为当压力传感器受力为0时联接环A303圆心与联接环B304圆心的距离，△L2为弹簧307的被压缩距离；
根据弹簧的弹性系数公式，有；其中F为压力传感器308所受到弹簧307的压力，K为弹簧307的弹性系数；
而所测量井管内部的半径R满足公式：；其中r1为支杆1的半径，h1为测量臂3与支杆1安装固定后联接环A303圆心到支杆1的距离，h为联接环A303、联接环B304及滚轮306三者的圆心所构成等腰三角形的高，r2为滚轮306的半径；
则有：；
若令、、、，则上式可简化为：
；
式中F为压力传感器308所受到的压力，可从压力传感器308的输出信号获得；A、B、C、D为常数项，可以通过对r1、h1、r2、L、L2、K的实际测量计算获得，也可以通过对多组已知井管内径的测量后数据采用常规的非线行回归算法获得。
本发明的有益效果是：装置结构简单，便于拆卸组装，造价低廉，且操作方便，分析精度高；通过配备各种尺寸型号的测量臂，可以适应多种规格的竖井、管道的内径检测。采用滚轮方式与井管内壁接触，利于探头在井管内上下往复运动测量。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：本发明中测量臂的结构示意图；
图3：本发明中长杆的结构示意图；
图4：本发明测量方法计算公式中，对应测量臂上各尺寸的示意图；
图中：1支杆，2配重，3测量臂，4吊环，301滑杆，302滑块，303联接环A，304联接环B，305长杆，306滚轮，307弹簧，308压力传感器，309固定块A，310固定块B。
具体实施方式
结合附图说明本发明的装置结构和使用方法。
本发明的装置结构如图1所示：在支杆1的上头装有吊环4，在支杆1的下头装有配重2，在支杆1上装有若干组成对的测量臂3，即每二个测量臂3为一组，以支杆1为轴心成对称安装，各组测量臂3之间均匀分布成一个圆周。为了叙述方便，本发明以仅安装二个测量臂3为例进行说明。
测量臂3的结构如图2所示：在滑杆301的上头安装有固定块A309，固定块A309上安装有压力传感器308；在滑杆301的下头装有固定块B310；在滑杆301的中段部位套有滑块302，滑块302可以在滑杆301上自由滑动；在滑块302与压力传感器308之间用弹簧307连接；在滑块302上制有联接环A303，在固定块B310上制有联接环B304，并保证联接环A303到滑杆301的距离与联接环B304到滑杆301的距离相等；联接环A303及联接环B304各自接有一根长杆305，二根长杆305的另一端连接在一起且在连接的位置安装有滚轮306；长杆305的结构如图3所示，长杆305的两端开有圆孔，利用长杆305两端的圆孔，通过常规的连接方式可以使长杆305之间的连接以及长杆305分别与联接环A303及联接环B304之间的连接在一定角度范围内可以自由旋转，并能够实现以下情况：当滑块302在滑杆301上滑动时，带动二根长杆305与滑杆301所围成区域呈底边长度和高度不同的等腰三角形。
测量臂3通过固定块A309及固定块B310与支杆1连接固定，并保证安装后滑杆301与支杆1平行。
具体的应用方法如下：
当本发明的探头在使用时，竖直向下的伸入到欲测量内径的管井中，由于受到管井壁的束缚作用，滚轮306会向支杆1方向靠拢，推动滑块302向固定块A309方向滑动并压缩弹簧307，使压力传感器308受力。
根据压力传感器308的输出信号，可以通过以下计算公式获得所测量井管内部的半径R：
；
式中F为压力传感器308所受到的压力，可从压力传感器308的输出信号获得；A、B、C、D为常数项，其各自取值分别为、、、，其中r1为支杆1的半径，h1为测量臂3与支杆1安装固定后联接环A303圆心到支杆1的距离，r2为滚轮306的半径，L为长杆305两端圆孔心的距离，L2为当压力传感器受力为0时联接环A303圆心与联接环B304圆心的距离，K为弹簧307的弹性系数。
以上A、B、C、D的具体取值可以通过对r1、h1、r2、L、L2、K的实际测量计算获得，也可以通过对多组已知井管内径测量后的数据采用常规的非线行回归算法获得。
Claims (1)
1.一种机械式井下测径探头的应用方法，其特征在于：
所述机械式井下测径探头包括在支杆（1）的上头装有吊环（4），在支杆（1）的下头装有配重（2），在支杆（1）上装有若干组成对的测量臂（3），即每二个测量臂（3）为一组，以支杆（1）为轴心成对称安装，各组测量臂（3）之间均匀分布成一个圆周；
测量臂（3）的结构为：在滑杆（301）的上头安装有固定块A（309），固定块A（309）上安装有压力传感器（308）；在滑杆（301）的下头装有固定块B（310）；在滑杆（301）的中段部位套有滑块（302），滑块（302）能在滑杆（301）上自由滑动；在滑块（302）与压力传感器（308）之间用弹簧（307）连接；在滑块（302）上制有联接环A（303），在固定块B（310）上制有联接环B（304）；联接环A（303）及联接环B（304）各自接有一根长杆（305），二根长杆（305）的另一端连接在一起且在连接的位置安装有滚轮（306）；
探头在使用时，竖直向下的伸入到欲测量内径的管井中，由于受到管井壁的束缚作用，滚轮（306）会向支杆（1）方向靠拢，推动滑块（302）向固定块A（309）方向滑动并压缩弹簧（307），使压力传感器（308）受力；根据压力传感器（308）的输出信号，通过以下计算公式获得所测量井管内部的半径R：
；
式中F为压力传感器（308）所受到的压力，从压力传感器（308）的输出信号获得；A、B、C、D为常数项，其各自取值分别为、、、，其中r1为支杆（1）的半径，h1为测量臂（3）与支杆（1）安装固定后联接环A（303）圆心到支杆（1）的距离，r2为滚轮（306）的半径，L为长杆（305）两端圆孔心的距离，L2为当压力传感器受力为0时联接环A（303）圆心与联接环B（304）圆心的距离，K为弹簧（307）的弹性系数；
以上A、B、C、D的具体取值通过对r1、h1、r2、L、L2、K的实际测量计算获得，或通过对多组已知井管内径测量后的数据采用常规的非线行回归算法获得。
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