CN106089181A - 一种井底旋转动力机工况检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气钻井与地质钻探技术领域，公开了一种井底旋转动力机工况检测装置，所述工况检测装置包括：主轴、外壳、密封塞、数据采集卡和计算机，其中所述工况检测组件具体包括应变片组、全桥应变片、加速度转速传感器、压力传感器和霍尔转速传感器，其中，所述应变片组、全桥应变片和加速度转速传感器分别粘贴于所述主轴上，所述压力传感器设置于所述第二阶梯孔内，所述霍尔转速传感器设置于所述内部凹槽内。本发明提供的井底旋转动力机工况检测装置解决了现有的装置无法检测旋转动力机的实时工况的问题，实现了对井底旋转动力机的工况检测，有利于对井底旋转动力机的整体状态的检测与分析。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井与地质钻探技术领域，特别涉及一种井底旋转动力机工况检测装置。
背景技术
井底旋转动力机主要包括涡轮钻具和螺杆钻具，是进行深部钻探工程的重要装置，不仅能解决长距离回转钻进扭矩过大问题，还在定向钻进时起到弯曲造斜的关键作用，被广泛应用于钻井与地质钻探技术领域。
现有技术中，一般采用测量转速的仪器来检测井底旋转动力机的运转情况，或者定期对井底旋转动力机进行检修，从而判断其性能。
本申请发明人在实现本申请实施例技术方案的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：
由于测量转速的仪器只能检测井底旋转动力机的转速，这只是体现井底旋转动力机工况的一个方面，并不能反映底旋转动力机的整体工作状况，且井底钻探过程比较复杂，转速的变化可能是由钻探环境造成的，并不是井底旋转动力机本身的故障，因而无法检测其实时工况，也极有可能造成误判，此外，由于井底旋转动力机只在井底很短距离内产生主要回转，在地面无法依靠钻杆直接判知该类机具在深处的回转工作状况，定期检修的方法也不能反映旋转动力机的整体工作状况。
发明内容
本发明通过提供一种井底旋转动力机工况检测装置，解决了现有的装置无法检测旋转动力机的实时工况的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种井底旋转动力机工况检测装置，所述工况检测装置包括：主轴，与所述井底旋转动力机连接，所述主轴的下部开设有第一阶梯孔；外壳，与所述主轴的上部螺纹连接，且与所述主轴形成环形封闭空间，所述环形封闭空间中设有第二阶梯孔；密封塞，与所述第一阶梯孔配合，且所述密封塞开设有内部凹槽；工况检测组件，设置于所述环形封闭空间中，所述工况检测组件包括应变片组、全桥应变片、加速度转速传感器、压力传感器和霍尔转速传感器，其中，所述应变片组、全桥应变片和加速度转速传感器分别粘贴于所述主轴上，所述压力传感器设置于所述第二阶梯孔内，所述霍尔转速传感器设置于所述内部凹槽内；数据采集卡，一端与所述工况检测组件电信号连接；计算机，与所述数据采集卡的另一端连接。
进一步的，所述应变片组包括多个对称设置的应变片，所述应变片组成全桥电路。
进一步的，所述应变片与所述主轴的轴线成一定夹角。
进一步的，所述主轴的中部还对称设有多个密封圈槽。
进一步的，所述密封圈槽内设有密封圈，所述外壳通过所述密封圈将所述主轴进行密封。
进一步的，所述第一阶梯孔为三级阶梯孔结构，包括一级阶梯孔、二级阶梯孔和三级阶梯孔。
进一步的，所述检测装置还包括扶正环，所述扶正环设置于所述二级阶梯孔内。
进一步的，所述主轴的中心设有通孔。
进一步的，所述密封塞呈阶梯轴结构。
进一步的，所述密封塞的上部开设有盲孔，所述盲孔下端距离所述内部凹槽上端的距离为5mm。
与现有技术相比，本发明提供的井底旋转动力机工况检测装置具有以下优点和有益效果：
通过检测装置的主轴与井底旋转动力机连接，外壳与所述主轴的上部螺纹连接，外壳与所述主轴之间形成环形封闭空间，工况检测组件设置于所述环形封闭空间中，分别通过应变片组对井底旋转动力机的扭矩进行测量，全桥应变片对井底旋转动力机的轴压进行测量，加速度转速传感器对井底旋转动力机的相对转速进行；压力传感器对井底泥浆压力进行测量，霍尔转速传感器对井底旋转动力机的绝对转速进行测量，并通过数据采集卡对工况检测组件的测量数据进行采集，并传给计算机，从而实现对井底旋转动力机的工况检测，有利于对井底旋转动力机的整体状态的检测与分析。
进一步的，多个对称设置的应变片，所述应变片组成全桥电路，且所述应变片与所述主轴的轴线成一定夹角，可以更加准确地对井底旋转动力机的扭矩进行测量。
进一步的，所述主轴的中部还对称设有多个密封圈槽，所述密封圈槽内设有密封圈，可以保证外壳与主轴的密封。
进一步的，所述第一阶梯孔为三级阶梯孔结构，包括一级阶梯孔、二级阶梯孔和三级阶梯孔，所述扶正环设置于所述二级阶梯孔内，可以保证密封圈与主轴的紧密连接。
进一步的，所述主轴的中心设有通孔，可使井底泥浆流过，有利于设置于所述第二阶梯孔内的压力传感器更加准确地测量井底泥浆的压力。
进一步的，所述密封塞呈阶梯轴结构，以保证密封圈对主轴的密封。
进一步的，所述密封塞的上部开设有盲孔，所述盲孔下端距离所述内部凹槽上端的距离为5mm，有利于对密封塞的操作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图及附图标记作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
图1为本发明实施例提供的井底旋转动力机工况检测装置主视图；
图2为本发明实施例提供的井底旋转动力机工况检测装置A-A向剖面视图；
图3为本发明实施例提供的井底旋转动力机工况检测装置B局部放大示意图；
图4为本发明实施例提供的应变片位置示意图；
图5为本发明实施例提供的密封塞主视图；
图6为本发明实施例提供的密封塞仰视图；
附图标记说明：1.主轴 2.第一阶梯孔 3.外壳 4.密封塞 5.应变片组 6.全桥应变片 7.加速度转速传感器 8.压力传感器 9.霍尔转速传感器 10.应变片 11.密封圈 12.扶正环 4-1.盲孔 4-2.内部凹槽。
具体实施方式
本发明通过提供一种井底旋转动力机工况检测装置，解决了现有的装置无法检测旋转动力机的实时工况的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：一种井底旋转动力机工况检测装置，所述工况检测装置包括：主轴，与所述井底旋转动力机连接，所述主轴的下部开设有第一阶梯孔；外壳，与所述主轴的上部螺纹连接，且与所述主轴形成环形封闭空间，所述环形封闭空间中设有第二阶梯孔；密封塞，与所述第一阶梯孔配合，且所述密封塞开设有内部凹槽；工况检测组件，设置于所述环形封闭空间中，所述工况检测组件包括应变片组、全桥应变片、加速度转速传感器、压力传感器和霍尔转速传感器，其中，所述应变片组、全桥应变片和加速度转速传感器分别粘贴于所述主轴上，所述压力传感器设置于所述第二阶梯孔内，所述霍尔转速传感器设置于所述内部凹槽内；数据采集卡，一端与所述工况检测组件电信号连接；计算机，与所述数据采集卡的另一端连接。
为了更好地理解本申请的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
请参见图1至图2，本发明实施例提供了一种井底旋转动力机工况检测装置，所述检测装置包括：
主轴1，与所述井底旋转动力机连接，所述主轴1的下部开设有第一阶梯孔2；
外壳3，与所述主轴1的上部螺纹连接，且与所述主轴1形成环形封闭空间，所述环形封闭空间中设有第二阶梯孔；
密封塞4，与所述第一阶梯孔2配合，且所述密封塞4开设有内部凹槽4-2；
工况检测组件，设置于所述环形封闭空间中，所述工况检测组件包括应变片组5、全桥应变片6、加速度转速传感器7、压力传感器8和霍尔转速传感器9，其中，所述应变片组5、全桥应变片6和加速度转速传感器7分别粘贴于所述主轴1上，所述压力传感器8设置于所述第二阶梯孔内，所述霍尔转速传感器9设置于所述内部凹槽4-2内；
数据采集卡，一端与所述工况检测组件电信号连接；
计算机，与所述数据采集卡的另一端连接。
具体来说，在本申请提供的实施例中，通过检测装置的主轴1与井底旋转动力机连接，便可通过检测装置检测井底旋转动力机的各项参数，其中主轴1可以与旋转动力机螺纹连接，且外壳3与所述主轴1的上部螺纹连接，外壳3与所述主轴1之间形成环形封闭空间，工况检测组件设置于所述环形封闭空间中，分别通过应变片组5对井底旋转动力机的扭矩进行测量，全桥应变片6对井底旋转动力机的轴压进行测量，加速度转速传感器7对井底旋转动力机的相对转速进行；压力传感器8对井底泥浆压力进行测量，霍尔转速传感器9对井底旋转动力机的绝对转速进行测量，并通过数据采集卡对工况检测组件的测量数据进行采集，并传给计算机，从而实现对井底旋转动力机的工况检测，有利于对井底旋转动力机的整体状态的检测。
具体参见图4，作为本申请的一种优选实施例，所述应变片组5包括多个对称设置的应变片10，所述应变片组5成全桥电路，应变片10粘贴于所述主轴1上，通过设置多个应变片10，从而全方位地测量井底旋转动力机的轴压，优选地，应变片10的数量为4个。
为了进一步提高轴压测量的准确性，上述应变片10可以与所述主轴1成一定的夹角，优选为45°。
作为本申请的一种优选实施例，所述主轴1的中部还对称设有多个密封圈槽，且所述密封圈槽内设有密封圈11，所述密封圈可以为O型密封圈，所述外壳3通过所述密封圈11将所述主轴1进行密封，可以保证外壳3与主轴1的密封。
作为优选，所述第一阶梯孔2为三级阶梯孔结构，具体参见图3，所述三级阶梯孔结构包括一级阶梯孔、二级阶梯孔和三级阶梯孔。
为了提高主轴1与密封圈的连接紧密性，所述检测装置还包括扶正环12，所述扶正环12设置于所述二级阶梯孔内，可以在所述第一级阶梯孔内放置垫片，密封塞4可通过螺纹与主轴1的阶梯孔相连接，并将垫片2及扶正环12压紧进行密封，优选地，所述扶正环12为橡胶扶正环。
更为具体地，霍尔转速传感器9设置于密封塞4的内部凹槽4-2中，并穿过扶正环12的中心孔，当密封塞4旋入主轴1后，最终使得霍尔转速传感器9的上部顶住主轴1的第一阶梯孔2。
作为优选，所述主轴1的中心设有通孔，可使井底的泥浆流过，有利于设置于所述第二阶梯孔内的压力传感器8更加准确地测量井底泥浆的压力。
作为本申请的一种优选实施例，具体参见图5-6，所述密封塞4呈阶梯轴结构。且所述密封塞4的上部开设有盲孔4-1，下部设有内部凹槽4-2，更为优选第，所述内部凹槽4-2为内六角凹槽，六角凹槽可以方便采用内六角扳手拧卸，所述盲孔4-1的下端距离六角凹槽上端的距离为5mm，可以方便对密封塞4的拆卸，为了进一步保证密封塞4的使用寿命，所述密封塞4的材料为无磁不锈钢。
下面介绍本发明提供的一种井底旋转动力机工况检测装置的具体工作过程，通过检测装置的主轴1与井底旋转动力机连接，便可通过检测装置检测井底旋转动力机的各项参数，其中主轴1可以与旋转动力机螺纹连接，且外壳3与所述主轴1的上部螺纹连接，外壳3与所述主轴1之间形成环形封闭空间，工况检测组件设置于所述环形封闭空间中，分别通过应变片组5对井底旋转动力机的扭矩进行测量，全桥应变片6对井底旋转动力机的轴压进行测量，加速度转速传感器7对井底旋转动力机的相对转速进行；压力传感器8对井底泥浆压力进行测量，霍尔转速传感器对井底旋转动力机的绝对转速进行测量，并通过数据采集卡对工况检测组件的测量数据进行采集，并传给计算机，从而实现对井底旋转动力机的工况检测，有利于对井底旋转动力机的整体状态的检测。
与现有技术相比，本发明提供的井底旋转动力机工况检测装置具有以下优点和有益效果：
通过检测装置的主轴与井底旋转动力机连接，外壳与所述主轴的上部螺纹连接，外壳与所述主轴之间形成环形封闭空间，工况检测组件设置于所述环形封闭空间中，分别通过应变片组对井底旋转动力机的扭矩进行测量，全桥应变片对井底旋转动力机的轴压进行测量，加速度转速传感器对井底旋转动力机的相对转速进行；压力传感器对井底泥浆压力进行测量，霍尔转速传感器对井底旋转动力机的绝对转速进行测量，并通过数据采集卡对工况检测组件的测量数据进行采集，并传给计算机，从而实现对井底旋转动力机的工况检测，有利于对井底旋转动力机的整体状态的检测与分析。
进一步的，多个对称设置的应变片，所述应变片组成全桥电路，且所述应变片与所述主轴的轴线成一定夹角，可以更加准确地对井底旋转动力机的扭矩进行测量。
进一步的，所述主轴的中部还对称设有多个密封圈槽，所述密封圈槽内设有密封圈，可以保证外壳与主轴的密封。
进一步的，所述第一阶梯孔为三级阶梯孔结构，包括一级阶梯孔、二级阶梯孔和三级阶梯孔，所述扶正环设置于所述二级阶梯孔内，可以保证密封圈与主轴的紧密连接。
进一步的，所述主轴的中心设有通孔，可使井底泥浆流过，有利于设置于所述第二阶梯孔内的压力传感器更加准确地测量井底泥浆的压力。
进一步的，所述密封塞呈阶梯轴结构，以保证密封圈对主轴的密封。
进一步的，所述密封塞的上部开设有盲孔，所述盲孔下端距离所述内部凹槽上端的距离为5mm，有利于对密封塞的操作。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述工况检测装置包括：
主轴，与所述井底旋转动力机连接，所述主轴的下部开设有第一阶梯孔；
外壳，与所述主轴的上部螺纹连接，且与所述主轴形成环形封闭空间，所述环形封闭空间中设有第二阶梯孔；
密封塞，与所述第一阶梯孔配合，且所述密封塞开设有内部凹槽；
工况检测组件，设置于所述环形封闭空间中，所述工况检测组件包括应变片组、全桥应变片、加速度转速传感器、压力传感器和霍尔转速传感器，其中，所述应变片组、全桥应变片和加速度转速传感器分别粘贴于所述主轴上，所述压力传感器设置于所述第二阶梯孔内，所述霍尔转速传感器设置于所述内部凹槽内；
数据采集卡，一端与所述工况检测组件电信号连接；
计算机，与所述数据采集卡的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述应变片组包括多个对称设置的应变片，所述应变片组成全桥电路。
3.根据权利要求2所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述应变片与所述主轴的轴线成一定夹角。
4.根据权利要求1所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述主轴的中部还对称设有多个密封圈槽。
5.根据权利要求4所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述密封密封圈槽内设有密封圈，所述外壳通过所述密封圈将所述主轴进行密封。
6.根据权利要求1所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述第一阶梯孔为三级阶梯孔结构，包括一级阶梯孔、二级阶梯孔和三级阶梯孔。
7.根据权利要求6所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括扶正环，所述扶正环设置于所述二级阶梯孔内。
8.根据权利要求1所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述主轴的中心设有通孔。
9.根据权利要求1所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述密封塞呈阶梯轴结构。
10.根据权利要求9所述的井底旋转动力机工况检测装置，其特征在于，所述密封塞的上部开设有盲孔，所述盲孔下端距离所述内部凹槽上端的距离为5mm。
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| CN106089181B (zh) | 2019-04-26 |
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