CN108952682B - 一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器 - Google Patents

一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器，包括变形舱、密封盖、电路舱、电缆防水接头、铠装电缆；变形舱的内部设有第一位移板、第二位移板、固定座、固定在固定座上的相机和发光管，井筒环空压力造成变形舱变形而带动其内部的第一位移板和第二位移板移动，由发光管照亮第一位移板及第二位移板，并由相机对其拍摄照片；电路舱的内部设有电路板，电路板与铠装电缆、相机、发光管连接，电路板对相机的照片进行处理，得到第一位移板及第二位移板的位移，并基于位移计算井筒环空压力值，再通过铠装电缆实时发送井筒环空压力值。本发明的传感器采用视觉原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。

Description

一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器
技术领域
本发明涉及地质钻井及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器。
背景技术
近年来，随着中国城镇化的加快，对能源的需求量增加，能源问题已成为制约我国经济社会发展的重要因素，因此必须加快能源勘探开发力度。在能源勘探及后续的开发阶段，都需利用钻井技术对能源进行评估及开采，因此钻井是能源开发的前提。
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。其中位于地表的钻机为钻杆提供旋转动力及向下的压力，钻杆可多根连接使用，钻杆底部连接有钻头，当钻杆带动钻头转动并向下挤压钻头时，钻头将岩石破碎，从而实现钻进的目的。
在钻井的过程中，钻杆与钻孔内壁之间形成环空，环空的压力对于钻井工艺及排采工艺至关重要，它是制定钻井工艺及后续排采工艺的重要参数，因此必须对井筒环空的压力进行实时监测。而现阶段，现有的压力传感器多基于应变原理进行测量，传感器径向体积较大，这与钻孔环空径向尺寸空间狭小相矛盾(钻孔环空径向尺寸有时仅2mm的宽度)，导致现有的压力传感器在井下无法使用。
因此，急需研制一种精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求井筒环空专用压力传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器，采用视觉原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。
为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器，所述基于机器视觉的井筒环空压力传感器包括变形舱、与所述变形舱连接的密封盖、与所述密封盖连接的电路舱、与所述电路舱连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和电路舱的铠装电缆；
所述变形舱的内部设有第一位移板及第二位移板、固定座、固定在所述固定座上的相机和发光管，井筒环空压力造成所述变形舱变形而带动其内部的所述第一位移板和第二位移板移动，由所述发光管照亮所述第一位移板及第二位移板，并由所述相机拍摄所述第一位移板及第二位移板移动前后的照片，由所述第一位移板和第二位移板的位移反映井筒环空压力；
所述电路舱的内部设有电路板，所述电路板与铠装电缆、相机、发光管连接，所述电路板对所述相机的照片进行处理，得到所述第一位移板及第二位移板移动的位移，并基于位移计算井筒环空压力值，再通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。
进一步地，所述变形舱的内部设有两个凹槽，所述第一位移板、第二位移板分别设于所述变形舱的两个凹槽上。
进一步地，所述变形舱的内部设有阶梯，所述固定座放置在所述变形舱的阶梯上。
进一步地，在所述固定座的上方放置第一垫片，所述密封盖放置在所述第一垫片的上方。
进一步地，所述密封盖上设有穿孔，所述变形舱上设有第一通孔，螺钉穿过所述密封盖的穿孔后旋入所述变形舱的第一通孔，从而将所述密封盖固定在所述变形舱上，同时也将所述第一垫片压紧进行密封，此外还将所述固定座压紧进行固定。
进一步地，所述密封盖的端部设有阶梯通孔，在所述阶梯通孔内放置第二垫片，所述电路舱通过所述密封盖的阶梯通孔与密封盖连接，并将所述第二垫片压紧进行密封。
进一步地，所述固定座上设有多个第二通孔，所述相机和发光管分别通过所述固定座不同的第二通孔进行固定。
进一步地，所述电路舱的内部设有卡槽，所述电路板放置在所述电路舱的卡槽内并进行固定。
进一步地，所述电路舱的端部设有阶梯孔，所述电路舱的阶梯孔中设有第三垫片，所述电缆防水接头通过所述电路舱的阶梯孔与电路舱连接的同时将所述第三垫片压紧进行密封，同时也将所述铠装电缆抱紧进行密封。
进一步地，所述第一位移板、第二位移板上均设有凸台，基于两个凸台之间的位移测量所述第一位移板、第二位移板的位移。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用机器视觉原理进行设计，减少了传感器零部件个数，有效减少了传感器的径向空间，节省了径向空间，径向尺寸较小，完全满足井筒环空径向小尺寸空间的安全要求；(2)传统的传感器均为螺纹安装，螺纹安装方式需在径向有较大的空间，这与井筒环空径向小尺寸空间相矛盾，而本传感器采用径向螺钉固定安装，有效缩短了径向空间；(3)采用视觉原理进行压力测量，精度较高。
附图说明
图1是本发明的基于机器视觉的井筒环空压力传感器的主视图；
图2是本发明的基于机器视觉的井筒环空压力传感器的A-A剖面示意图；
图3是本发明的基于机器视觉的井筒环空压力传感器的俯视图；
图4是本发明的基于机器视觉的井筒环空压力传感器的组成示意图。
图中：1-铠装电缆，2-电缆防水接头，3-电路舱，4-密封盖，5-螺钉，6-第一垫片，7-固定座，8-变形舱，9-第一位移板，10-相机，11-发光管，12-第二垫片，13-电路板，14-第三垫片，15-第二位移板，16-凹槽，17-阶梯，18-穿孔，19-第二通孔，20-阶梯通孔，21-卡槽，22-阶梯孔，23-导线，24-凸台，25-第一通孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
如图1-4所示，本发明的实施例公开了一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器，包括变形舱8、与所述变形舱8连接的密封盖4、与所述密封盖4连接的电路舱3、与所述电路舱3连接的电缆防水接头2、穿过所述电缆防水接头2和电路舱3的铠装电缆1。优选的，所述铠装电缆1穿过所述电缆防水接头2的中心孔。
所述变形舱8的内部设有凹槽16(图中未画出所述凹槽16)，优选的，所述凹槽16的数量为两个，且两个凹槽16对称设置。在所述变形舱8的两个凹槽16上分别设有(例如，粘贴)第一位移板9、第二位移板15，所述第一位移板9、第二位移板15上均设有凸台24，两个凸台24相对。所述变形舱8的内部设有阶梯17，放置在所述变形舱8的阶梯17上放置固定座7，放置在所述固定座7的上方放置第一垫片6，所述密封盖4放置在所述第一垫片6的上方，所述密封盖4上设有穿孔18(图中未画出所述穿孔18)，所述变形舱8上设有第一通孔25，螺钉5穿过所述密封盖4的穿孔18后旋入所述变形舱8的第一通孔25，从而将所述密封盖4固定在所述变形舱8上，同时也将所述第一垫片6压紧进行密封，此外还将所述固定座7压紧进行固定。优选的，所述密封盖4的穿孔18、变形舱8的第一通孔25为螺纹孔。
所述固定座7上设有多个第二通孔19，所述相机10和发光管11分别通过所述固定座7不同的通孔19进行固定。优选的，所述通孔19为螺纹孔，所述相机10和发光管11均通过螺纹连接的方式旋入螺纹孔中进行固定。优选的，所述相机10设于所述固定座7中心的通孔19中，所述发光管11设于所述固定座7中心两侧的通孔19中。
所述密封盖4的端部设有阶梯通孔20(图中未画出所述阶梯通孔20)，在所述密封盖4的阶梯通孔20内放置第二垫片12，所述电路舱3通过所述密封盖4的阶梯通孔20与密封盖4连接。优选的，所述密封盖4的阶梯通孔20为阶梯螺纹孔，所述电路舱3通过螺纹连接的方式旋入所述密封盖4的阶梯螺纹孔中，并将所述第二垫片12压紧进行密封。
所述电路舱3的内部设有卡槽21(图中未画出卡槽21)，在所述电路舱3的卡槽21内放置电路板13并将其进行固定，例如，通过胶水进行粘贴固定。所述电路舱3的端部设有阶梯孔22(图中未画出阶梯孔22)，所述电缆防水接头2通过所述阶梯孔22与电路舱3连接。优选的，所述所述电路舱3的阶梯孔22为阶梯螺纹孔，所述电缆防水接头2通过螺纹连接的方式旋入所述电路舱3的阶梯螺纹孔中。所述电路舱3的阶梯孔22中还设有第三垫片14，所述电缆防水接头2与电路舱3连接的同时将所述第三垫片14压紧进行密封，同时也将所述铠装电缆1抱紧进行密封。
本发明的传感器工作原理为：所述发光管11及相机10均通过导线23(图中未画出连接的导线23)与所述电路板13相连接，所述电路板13为所述发光管11及相机10提供电源，所述发光管11用于提供光源。当所述传感器放置在井筒环空内时，液体将给所述变形舱8施加压力，导致所述变形舱8产生变形，此时所述变形舱8内的所述第一位移板9及第二位移板15之间的位移(所述第一位移板9及第二位移板15之间的位移可通过其上的两个凸台24之间的位移计算)将减小，压力越大则所述第一位移板9及第二位移板15之间的位移越小，压力与所述第一位移板9及第二位移板15的两个凸台24之间的位移成正比例关系，此时所述发光管11提供光源照亮两个凸台24，并由所述相机10拍摄所述第一位移板9及第二位移板15的两个凸台24移动前后的照片。所述相机10拍摄的照片通过导线23(图中未画出连接的导线23)输入所述电路板13，所述电路板13对照片数据进行处理，得到两个凸台24之间的位移，进而根据位移与压力之间的关系得到井筒环空压力值。所述电路板3与铠装电缆1通过导线23相连接(图中未画出连接的导线23)，所述电路板13将计算得到的井筒压力值经所述铠装电缆1实时发送出去。例如，井筒环空压力值可根据公式(1)计算：
F＝kL (1)
其中，F为井筒环空压力；k为标定系数，为常量；L为所述第一位移板9和第二位移板15之间的距离变化量。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用机器视觉原理进行设计，减少了传感器零部件个数，有效减少了传感器的径向空间，节省了径向空间，径向尺寸较小，完全满足井筒环空径向小尺寸空间的安全要求；(2)传统的传感器均为螺纹安装，螺纹安装方式需在径向有较大的空间，这与井筒环空径向小尺寸空间相矛盾，而本传感器采用径向螺钉固定安装，有效缩短了径向空间；(3)采用视觉原理进行压力测量，精度较高。
值得说明的是：在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (7)

1.一种基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述基于机器视觉的井筒环空压力传感器包括变形舱、与所述变形舱连接的密封盖、与所述密封盖连接的电路舱、与所述电路舱连接的电缆防水接头、穿过所述电缆防水接头和电路舱的铠装电缆；
所述变形舱的内部设有第一位移板、第二位移板、固定座、固定在所述固定座上的相机和发光管，在所述固定座的上方放置第一垫片，所述密封盖放置在所述第一垫片的上方，所述密封盖上设有穿孔，所述变形舱上设有第一通孔，螺钉穿过所述密封盖的穿孔后旋入所述变形舱的第一通孔，从而将所述密封盖固定在所述变形舱上，同时也将所述第一垫片压紧进行密封，此外还将所述固定座压紧进行固定，所述密封盖的端部设有阶梯通孔，在所述阶梯通孔内放置第二垫片，所述电路舱通过所述密封盖的阶梯通孔与密封盖连接，并将所述第二垫片压紧进行密封，井筒环空压力造成所述变形舱变形而带动其内部的所述第一位移板和第二位移板移动，由所述发光管照亮所述第一位移板及第二位移板，并由所述相机拍摄所述第一位移板及第二位移板移动前后的照片，由所述第一位移板和第二位移板的位移反映井筒环空压力；
所述电路舱的内部设有电路板，所述电路板与铠装电缆、相机、发光管连接，所述电路板对所述相机的照片进行处理，得到所述第一位移板及第二位移板移动的位移，并基于位移计算井筒环空压力值，再通过所述铠装电缆实时发送井筒环空压力值。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述变形舱的内部设有两个凹槽，所述第一位移板、第二位移板分别设于所述变形舱的两个凹槽上。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述变形舱的内部设有阶梯，所述固定座放置在所述变形舱的阶梯上。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述固定座上设有多个第二通孔，所述相机和发光管分别通过所述固定座不同的第二通孔进行固定。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱的内部设有卡槽，所述电路板放置在所述电路舱的卡槽内并进行固定。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱的端部设有阶梯孔，所述电路舱的阶梯孔中设有第三垫片，所述电缆防水接头通过所述电路舱的阶梯孔与电路舱连接的同时将所述第三垫片压紧进行密封，同时也将所述铠装电缆抱紧进行密封。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的井筒环空压力传感器，其特征在于：所述第一位移板、第二位移板上均设有凸台，基于两个凸台之间的位移测量所述第一位移板、第二位移板的位移。
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