CN108487898A - 一种基于离心力的井底转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于离心力的井底转速传感器，其包括：主轴；转速检测组件，其与所述主轴可拆卸连接，用于获取转动部的转速数据；外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内；以及卡头，其套设在所述主轴外部，且与所述外壳底部抵接，用于防止所述外壳松动。本发明的转速传感器适合井底工况环境的问题，可大幅度提高测量精度。

Description

一种基于离心力的井底转速传感器

技术领域

本发明涉及油气钻井及地质钻探领域，特别涉及一种基于离心力的井底传感器。

背景技术

钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井工艺一般是由钻机、钻杆及钻头等组成。当钻孔深度较深时，钻杆及钻头的受力状态将变得越发复杂，在复杂的合力作用下，钻孔的轨迹将不可能保持为垂直，此时轨迹形状将复杂多变，由此导致钻杆旋转过程中与钻孔内壁的摩擦增大，尤其是对于深部钻井而言，由于自地表到钻孔底部的钻杆长度较长，此时钻杆所受到的摩擦阻力大大增加，导致钻机所提供的动力将很难传递到井底，从而大大降低钻进的效率，此外，较大的摩擦阻力还有可能磨断钻杆，造成钻井事故。

因此，为提高深部钻井的效率及确保钻井安全，现阶段深部钻井大多采用井底动力机进行钻进，即，由地表的高压泥浆泵向钻孔内泵入高压流体，流体驱动放置在钻孔底部的井底动力机旋转，由于井底动力机与钻头相连接，由此实现在孔底破碎岩石并进行钻进的目的。

对于井底动力机而言，转速是衡量及控制井底动力机效率及输出功率的重要参数之一，因此必须对井底动力机在井下工作时的转速进行测量。现有的井底动力机转速测量方法包括磁电式转速测量法、光电式转速测量法、流量推导法及压力脉冲法，但现有的转速测量法存在诸多不足之处，不能完全适应井底动力机在深井下工作时的要求，基于此，急需研制一种能够专门针对深孔孔底动力机使用的转速传感器。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种适合深井环境使用的基于离心力的井底传感器，其可大幅度提高测量精度。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

提供了一种基于离心力的井底转速传感器，其包括：

主轴，且所述主轴的外周面上形成第一平面部；

转速检测组件，其可拆卸地安装在所述第一平面部上，用于获取转动部的转速数据；

外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内。

优选的，所述转速检测组件包括：

检测器，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的电信号，并对所述电信号进行处理；

以及电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的电信号获取所述转动部的转速数据。

优选的，所述检测器包括：

底座，其与所述第一平面部可拆卸地连接；

保护罩，其与所述底座可拆卸地连接,且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间；

通孔，其开设在所述底座上；

固定件，其一端插设在所述通孔中，另一端朝向所述内部安装空间延伸，且所述固定件的纵剖面与所述主轴的纵剖面垂直；

惯性球，其位于所述内部安装空间内，且通过绳索与所述固定件的另一端连接；

第一电极，其固定在所述保护罩内壁上；

第二电极，其固定在所述保护罩内壁上，且与所述第一电极相对设置；

以及供电组件，其用于为所述第一电极以及第二电极供电；

所述第一电极、第二电极之间形成有运动区域，所述惯性球位于所述运动区域中，且其位置可因离心力作用改变，并通过所述惯性球位置的变化改变第一电极与第二电极之间的电容。

优选的，所述主轴的外周面上设有用于安装所述电路板的第二平面部，且所述检测器与所述电路板相对设置。

优选的，所述主轴包括：头端、中间端以及尾端；且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部，所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部；

所述外壳套设在所述中间端外，且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接，底端与所述尾端外周面抵接。

优选的，所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。

优选的，所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有第二O型圈。

优选的，所述外壳底端与所述第二阶梯部之间设有第三O型圈。

优选的，所述外壳通过螺纹套设在所述主轴外部。

本发明的转速传感器适用于深井环境，利用离心力原理进行深孔孔底动力机等部件转速的测量，主要零部件为机械构建，避免了传统电子测量方法温漂问题，同时也极大的提高了传感器的可靠性，由此解决了传统测量方法不适应深井工况环境的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一中转速传感器的主视图。

图2为本发明实施例一中转速传感器的俯视图。

图3为本发明实施例一中转速检测组件的A-A向剖面示意图。

图4为本发明实施例一中检测器的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1-3所示，本发明的基于离心力的井底转速传感器包括:主轴1，且所述主轴1的外周面上形成第一平面部101；转速检测组件，其可拆卸地安装在所述第一平面部101上，用于获取转动部(如深孔孔底动力机等)的转速数据；外壳3，其通过螺纹套设在所述主轴1外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳3与所述主轴1之间的空间内。

本实施例中，所述转速传感器可用于获取深孔孔底动力机的转速数据，具体地，所述主轴1包括：头端111、中间端112以及尾端113；且所述头端111 与所述中间端112连接后形成有第一阶梯部114，所述尾端113与所述中间端 112连接后形成有第二阶梯部115；所述外壳3套设在所述中间端112外，且所述外壳3顶端与所述第一阶梯部114抵接，底端与所述尾端113外周面抵接；

同时，所述头端111和/或尾端113均设有螺纹，用于与深孔孔底动力机或钻杆连接，且使用时，所述头端111和尾端113位置不可颠倒。

进一步的，为增强密封效果，所述主轴1外周面的上部和/或下部加工有多个密封凹槽，对应凹槽内设置有第一O型圈2，所述外壳3顶端与所述第一阶梯部114之间设有第二O型圈9，所述外壳3底端与所述第二阶梯部115之间设有第三O型圈6；

外壳3通过螺纹与中间端112连接的同时将第一O型圈2、第二O型圈9以及第三O型圈6压紧，进行密封，使得第一O型圈2位于所述外壳3顶端与所述主轴中间端112之间，和/或使得第一O型圈2位于所述外壳3底端与所述主轴中间端112之间。

进一步的，所述转速检测组件包括：

检测器8，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的电信号；

以及电路板11，其连接所述检测器8，用于根据所述电信号获取所述转动部的转速数据。

在上述内容的基础上，所述主轴11的外周面上还形成有与所述第一平面部 101相对设置的第二平面102，其用于安装所述电路板11；且所述所述转速检测组件还包括：第一螺钉12以及第二螺钉10；其中，所述检测器8通过所述第一螺钉12安装在所述第一平面部101上，所述电路板11通过所述第二螺钉10安装在所述第一平面部101上。

如图4所示，本实施例中的检测器8包括：

底座138，其与所述第一平面部101可拆卸地连接；且所述底座138的一端 /两端设有底座固定孔；

保护罩130，其纵截面为U型，其与所述底座138通过第三螺钉134可拆卸地连接(如U型保护罩130的两自由端可通过第三螺钉134以及底座固定孔与底座138活动连接)；且所述底座138与保护罩130连接后形成的整体具有内部安装空间S1；优选的，U型保护罩130的两自由端各自延伸出一延长部1301，且至少一个延长部1301上开设有保护罩固定孔，第一螺钉12穿过所述延长部 2041的保护罩固定孔后，将所述保护罩130以及底座138整体固定连接在所述主轴11的第一平面部101上；进一步的，所述U型保护罩130的一自由端/两自由端设有卡槽1302，所述底座138的一端/两端容纳在对应的卡槽1302中，再通过第三螺钉134将所述底座138连接到所述保护罩130上；

通孔140，其开设在所述底座138上；

固定件137(优选为螺栓柱)，其一端插设在所述通孔140中，另一端朝向所述内部安装空间S1延伸，且所述固定件137的纵剖面与所述主轴1的纵剖面垂直；

惯性球135，其位于所述内部安装空间S1内，且通过绳索136(包括钢丝绳等)与所述固定件137的另一端连接；

第一支柱133，其一端伸入U型保护罩130一自由端内，另一端朝向所述内部安装空间S1延伸；

第一平台139，其通过螺母132固定在所述第一支柱133上，且所述第一平台139上开设有第一容纳槽；

第一电极131，其容纳于所述第一容纳槽内，且与所述第一平台139粘接；

第二支柱133’，其一端伸入U型保护罩130另一自由端内，另一端朝向所述内部安装空间S1延伸；

第二平台139’，其通过螺母132固定在所述第二支柱133’上，且所述第二平台139’上开设有第二容纳槽；

第二电极131’，其容纳于所述第二容纳槽内，且与所述第二平台139’粘接；

所述第一电极131与第二电极131’相对设置，且均与所述电路板11连接；

以及供电组件，其与所述电路板11连接，用于为所述第一电极131以及第二电极131’供电；具体的，所述主轴1的外周面上还开设有相对设置的第三平面部103以及第四平面部104，所述供电组件包括通过第四螺钉5安装在所述第三平面部103上的、用于为所述第一电极131供电的第一电池组4，以及通过第五螺钉8安装在所述第四平面部104上的、用于为所述第二电极131’供电的第二电池组7；

所述第一电极131、第二电极131’之间形成有运动区域S2，所述惯性球135 位于所述运动区域S2中，且其位置可因离心力作用改变，并通过所述惯性球135 位置的变化改变第一电极131与第二电极131’之间的电容。

同时，为便于保存和修改数据，所述电路板11上安装有自带数据存储芯片，其中，所述自带数据存储芯片用于实时存储经所述检测器13获取的转速数据。

本发明的工作过程如下：

使用时，主轴1的头端111朝上，尾端113朝下，位置不可颠倒。当所述转动部(如深孔孔底动力机)带动传感器同步转动时，所述惯性球135在径向离心力的作用下逐步远离所述固定件137，随着转动部转速不断变化，所述惯性球135在运动区域S2内的位置也随之发生变化，进一步导致所述第一电极131 以及第二电极131’之间的电容值发生变化，该电容值的变化情况通过线路实时发送至所述电路板11，所述电路板11进一步根据电容值的变化获取转动部的转速数据并存储。待需要读取传感器数据时，需将传感器的外壳3卸掉，通过数据线连接到电路板4上进行数据的读取及擦除工作。

综上所述，本发明的转速传感器更加适用于深井环境，利用离心力原理进行转速的测量，主要零部件为机械构建，避免了传统电子测量方法温漂问题，同时也极大的提高了传感器的可靠性，由此解决了传统测量方法不适应井底工况环境的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于离心力的井底转速传感器，其特征在于，包括：

主轴，且所述主轴的外周面上形成第一平面部；

转速检测组件，其可拆卸地安装在所述第一平面部上，用于获取转动部的转速数据；

外壳，其套设在所述主轴外部，用于将所述转速检测组件密封在所述外壳与所述主轴之间的空间内。

2.如权利要求1所述的转速传感器，其特征在于，所述转速检测组件包括：

检测器，其用于获取转动部转动时，因离心力作用而产生的电信号，并对所述电信号进行处理；

以及电路板，其连接所述检测器，用于根据处理后的电信号获取所述转动部的转速数据。

3.如权利要求2所述的转速传感器，其特征在于，所述检测器包括：

底座，其与所述第一平面部可拆卸地连接；

保护罩，其与所述底座可拆卸地连接,且所述底座与保护罩连接后形成的整体具有内部安装空间；

通孔，其开设在所述底座上；

固定件，其一端插设在所述通孔中，另一端朝向所述内部安装空间延伸，且所述固定件的纵剖面与所述主轴的纵剖面垂直；

惯性球，其位于所述内部安装空间内，且通过绳索与所述固定件的另一端连接；

第一电极，其固定在所述保护罩内壁上；

第二电极，其固定在所述保护罩内壁上，且与所述第一电极相对设置；

以及供电组件，其用于为所述第一电极以及第二电极供电；

所述第一电极、第二电极之间形成有运动区域，所述惯性球位于所述运动区域中，且其位置可因离心力作用改变，并通过所述惯性球位置的变化改变第一电极与第二电极之间的电容。

4.如权利要求2所述的转速传感器，其特征在于，所述主轴的外周面上设有用于安装所述电路板的第二平面部，且所述检测器与所述电路板相对设置。

5.如权利要求1-4任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述主轴包括：头端、中间端以及尾端；且所述头端与所述中间端连接后形成有第一阶梯部，所述尾端与所述中间端连接后形成有第二阶梯部；

所述外壳套设在所述中间端外，且所述外壳顶端与所述第一阶梯部抵接，底端与所述尾端外周面抵接。

6.如权利要求5所述的转速传感器，其特征在于，所述外壳顶端与所述主轴中间端之间设有第一O型圈。

7.如权利要求5所述的转速传感器，其特征在于，所述外壳顶端与所述第一阶梯部之间设有第二O型圈。

8.如权利要求5所述的转速传感器，其特征在于，所述外壳底端与所述第二阶梯部之间设有第三O型圈。

9.如权利要求5所述的转速传感器，其特征在于，所述外壳通过螺纹套设在所述主轴外部。