CN110318739B - 一种防爆型井壁直径测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防爆型井壁直径测量装置，包括管壳，以及同轴设置在管壳内的扶正器、测量组件、伸缩装置和下部连接杆，其中，测量组件包括端部穿过管壳且能够始终与待测井壁相接触的测量臂；测量组件上端通过伸缩装置连接气压缸，气压缸内安装压力传感器，测量组件下端通过下部连接杆与管壳固定相连。本发明通过扶正器对正，通过测量组件和伸缩装置等的相互配合，将测量臂横向的位移转化为竖向的液压缸活塞的位移，将井壁直径的变化转化为气压缸内压力的变化，仅通过压力传感器来传输信号，由于不存在较多电子器件以及裸露的电子线路部分，该装置在一些存在易燃易爆气体的工况下具有较高的安全性能。

Description

一种防爆型井壁直径测量装置

技术领域

本发明涉及井径测量领域，具体涉及一种防爆型井壁直径测量装置。

背景技术

钻孔救援作为近年来矿难应急救援领域逐渐发展起来的一种新型救援方式，已在全世界范围内多次成功运用。为了保证救援过程的顺利进行，需要实时监测救援井井径的变化，并及时的对救援方案作出调整，但对于一些特殊状况下(如矿井内瓦斯泄漏)，现有的井径测量装置不满足防爆标准，具有安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种防爆型井壁直径测量装置，能够在易燃易爆气体存在的情况下完成井壁直径测量。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

包括管壳，以及同轴设置在管壳内的扶正器、测量组件、伸缩装置和下部连接杆，其中，测量组件包括端部穿过管壳且能够始终与待测井壁相接触的测量臂；测量组件上端通过伸缩装置连接气压缸，气压缸内安装压力传感器，测量组件下端通过下部连接杆与管壳固定相连。

进一步地，扶正器包括相对设置的上扶正器和下扶正器，上扶正器安装在气压缸上端，下扶正器套接在下部连接杆上。

进一步地，上扶正器包括扶正器上部支座、扶正器下部支座、第一压缩弹簧、扶正器一级臂和扶正器二级臂，其中，扶正器一级臂上端和扶正器上部支座相铰接，扶正器二级臂的下端与扶正器下部支座相铰接，扶正器二级臂的上端铰接在扶正器一级臂上部；扶正器上部支座和扶正器下部支座之间设置始终处于压缩状态的第一压缩弹簧。

进一步地，伸缩装置包括与气压缸相连的活塞，活塞和测量组件上端相连。

进一步地，气压缸内填充惰性气体；压力传感器采用本安型压力传感器。

进一步地，测量臂为四组，且均匀分布在管壳的四周。

进一步地，测量组件包括测量组件上部支座、上测量臂、第二压缩弹簧、测量组件下部支座和下测量臂；

其中，测量组件上部支座与上测量臂的上端相铰接，上测量臂的下端通过中心轴铰接下测量臂的上端；下测量臂的下端与测量组件下部支座相铰接；第二压缩弹簧始终处于压缩状态且一端连接在管壳上，另一端连接在中心轴上。

进一步地，中心轴上安装有用于限制测量臂相对位置的卡簧。

进一步地，中心轴外端部均连接滚轮。

进一步地，下部连接杆的下端设置底座，底座固定在管壳内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明井壁直径测量装置中，通过扶正器对正，通过测量组件和伸缩装置等的相互配合，将测量臂横向的位移转化为竖向的液压缸活塞的位移，将井壁直径的变化转化为气压缸内压力的变化，仅通过压力传感器来传输信号，由于不存在较多电子器件以及裸露的电子线路部分，该装置在一些存在易燃易爆气体的工况下具有较高的安全性能。本发明通过压力传感器监测密封的气压缸内压力的变化就能完成对井径的测量，装置绝大部分采用机械传动的方式，结构简单，安全可靠，有效的保证了救援过程的顺利进行。

进一步地，本发明压力传感器一端密封在充满惰性气体的气压缸中，在一些特殊工况下(存在易燃易爆气体)也能安全准确的测量。同时，本发明采用的本安型压力传感器本身具有防爆功能，该传感器可以连续自动的将井下差压转换成标准电信号输送给配接设备。

进一步地，本发明通过安装滚轮，能够有效的避免由于井筒变形造成的测量臂卡滞。

进一步地，本发明通过安装卡簧，以此来限制测量臂在中心轴轴向的运动。

附图说明

图1是本发明内部结构示意图；

图2是本发明内部结构剖视图；

图3是本发明内部结构俯视图；

图4是本发明扶正器结构示意图；

图5是本发明扶正器上支座结构示意图；

图6是本发明扶正器下支座结构示意图；

图7是本发明扶正器俯视图；

图8是本发明扶正器B-B向剖视图；

图9是本发明测量组件结构示意图；

图10是本发明测量组件俯视图；

图11是图10中C处的局部放大图；

图12是本发明气压缸内部示意图；

图13是本发明管壳结构示意图；

图14是本发明装配结构示意图。

图中的附图标记：1-上扶正器，2-气压缸，3-活塞，4-测量组件，5-下部连接杆，6-下扶正器，7-底座，8-管壳，9-压力传感器。

其中：101-扶正器上部支座，102-第一螺栓，103-第一螺帽，104-扶正器一级臂，105-第二螺帽，106-第二螺栓，107-扶正器二级臂，108-第三螺栓，109-第一压缩弹簧，110-第三螺帽，111-扶正器下部支座。

其中：401-测量组件上部支座，402-第四螺栓，403-第四螺帽，404-上测量臂，405-滚轮，406-第二压缩弹簧，407-卡簧，408-第五螺栓，409-测量组件下部支座，410-第五螺帽，411-下测量臂。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图13和图14所示，一种防爆型井壁直径测量装置，包括扶正器、测量组件4以及管壳8。具体包括上扶正器1，下扶正器6，气压缸2，活塞3，测量组件4，下部连接杆5，底座7，管壳8以及压力传感器9。其中，上扶正器1、气压缸2、活塞3、测量组件4、下部连接杆5、下扶正器6和底座7从上往下依次同轴相连。

参见图2、图4至图8，上扶正器1和下扶正器6上下相对同轴设置，上下两个扶正器能保证测量装置的对中性，保证测量精确性，,主要包括扶正器上部支座101，扶正器下部支座111，第一压缩弹簧109，扶正器一级臂104，扶正器二级臂107。其中，扶正器一级臂104上端和扶正器上部支座101通过配合的第一螺栓102和第一螺帽103相铰接，扶正器二级臂107的下端与扶正器下部支座111通过配合的第三螺栓108和第三螺帽110相铰接，扶正器二级臂107的上端通过配合的第二螺帽105和第二螺栓106铰接在扶正器一级臂104上部；扶正器上部支座101和扶正器下部支座111之间设置有始终处于压缩状态的第一压缩弹簧109。

其中，扶正器臂与扶正器支座相互之间用螺栓铰接，保证其之间的转动。第一压缩弹簧109处于压缩状态，靠自身弹力与上下扶正器支座紧贴在一起，扶正器一级臂104的下端与测量井壁始终接触，当外界井壁发生变形，扶正器一级臂104会压缩或者拉伸第一压缩弹簧109。本发明扶正器选用可拆卸的铰链连接，对于不同的井下环境，可随之更换压缩力更大的第一压缩弹簧109，更换长度适合的扶正器一级臂104，能够满足多数的测量环境。

气压缸2内填充惰性气体，并完全密封，固定在管壳8上。

参见图3、图9至图11，测量组件4包括测量组件上部支座401、上测量臂404、滚轮405、第二压缩弹簧406、卡簧407、测量组件下部支座409。

测量组件上部支座401通过配合的第四螺栓402和第四螺帽403与上测量臂404的上端相铰接，上测量臂404的下端通过中心轴铰接下测量臂411的上端，中心轴上安装有用于限制测量臂相对位置的卡簧407；中心轴外端部均连接滚轮405；下测量臂411的下端通过第五螺栓408和第五螺帽410与测量组件下部支座409相铰接。

其中四组测量臂互成90°布置在管壳8的四周，测量组件上部支座401和测量组件下部支座409分别与活塞3、下部连接杆5采用过盈配合，保证其相对位置。测量臂与上下底座使用螺栓铰接的，上测量臂404与下测量臂411之间是轴孔配合，用轴用挡圈固定相对位置。

第二压缩弹簧406为挂钩弹簧，一端挂在管壳8上，另一端挂在中心轴上，在第二压缩弹簧406的作用下，滚轮405始终与井壁接触，遇到变形的井壁，滚轮405和测量臂会推动活塞3运动，改变气压缸2内的压力，压力传感器9将这种变化转化为电信号并传输至电脑终端进行处理显示。压力传感器9采用本安型压力传感器。

在测量过程中，测量臂在第二压缩弹簧的作用下始终紧贴在井壁上，若井壁变形导致井径变化，测量臂会压缩或拉伸活塞，改变气压缸内压力/压强，此时本安型压力传感器会将这种变化转化为电信号，做到对井壁直径的实时监测。

参见图12，两个压力传感器9固定在气压缸2底部，将缸内压力的变化转化为电信号完成检测。

测量组件4推动活塞3向上运动，能够忽略活塞3本身的重量对气压缸2压力的干扰。

测量臂与井筒通过滚轮405接触，滚轮405能够有效的避免由于井筒变形造成的测量臂卡滞。

滚轮405上安装有轴用卡簧407，以此来限制测量臂在滚轮轴向的运动。

本发明的工作过程及原理：

使用时将该装置下放到井眼中，在上扶正器1和下扶正器6的作用下，测量装置能保持很好的对中性，此时，第二压缩弹簧406将上测量臂404和下测量臂411张开，滚轮405紧贴在井壁上，其中上测量臂404和下测量臂411与滚轮405采用间隙配合，并采用轴用卡簧407限制轴向的移动。当井壁直径发生变化时，由于测量组件下部支座409所连接的下部连接杆5是固定不动的，所以上测量臂404和下测量臂411会受到力的作用压缩或拉长活塞3，改变气压缸2内的压力，此时压力传感器9会将压力的改变转化为电信号并最终传输至显示终端，达到实时监测井壁直径变化的目的。

最后需要说明的是，本发明布置了四组测量臂互成90°布置在管壳8的四周，实施检测，在实际测量过程中，为保证测量精度，也加装多组测量臂进行测量。

本发明测量装置是将井径的变化转化为气压缸内压力的变化，仅通过一组本安型压力传感器完成检测，结构简单，安全可靠；解决了现有测井装置在某些特殊工况下无法使用的问题；

本发明利用了测量臂与井壁的接触，将横向的位移转化为竖向的液压缸活塞的位移，通过气压缸内压力值的变化来检测井径的变化。整个装置用电部分都集中在气压缸内部，且使用了具有防爆功能的本安型压力传感器，在一些存在易燃易爆气体的井下，安全性更高。本发明尤其适用于存在易燃易爆气体等特殊工况的垂直井的井径测量。

Claims (7)

1.一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：包括管壳(8)，以及同轴设置在管壳(8)内的扶正器、测量组件(4)、伸缩装置和下部连接杆(5)，其中，测量组件(4)包括端部穿过管壳(8)且能够始终与待测井壁相接触的测量臂；测量组件(4)上端通过伸缩装置连接气压缸(2)，气压缸(2)内安装压力传感器(9)，测量组件(4)下端通过下部连接杆(5)与管壳(8)固定相连；

伸缩装置包括与气压缸(2)相连的活塞(3)，活塞(3)和测量组件(4)上端相连；气压缸(2)内填充惰性气体；压力传感器(9)采用本安型压力传感器；

测量组件(4)包括测量组件上部支座(401)、上测量臂(404)、第二压缩弹簧(406)、测量组件下部支座(409)和下测量臂(411)；

其中，测量组件上部支座(401)与上测量臂(404)的上端相铰接，上测量臂(404)的下端通过中心轴铰接下测量臂(411)的上端；下测量臂(411)的下端与测量组件下部支座(409)相铰接；第二压缩弹簧(406)始终处于压缩状态且一端连接在管壳(8)上，另一端连接在中心轴上。

2.根据权利要求1所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：扶正器包括相对设置的上扶正器(1)和下扶正器(6)，上扶正器(1)安装在气压缸(2)上端，下扶正器(6)套接在下部连接杆(5)上。

3.根据权利要求2所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：上扶正器(1)包括扶正器上部支座(101)、扶正器下部支座(111)、第一压缩弹簧(109)、扶正器一级臂(104)和扶正器二级臂(107)，其中，扶正器一级臂(104)上端和扶正器上部支座(101)相铰接，扶正器二级臂(107)的下端与扶正器下部支座(111)相铰接，扶正器二级臂(107)的上端铰接在扶正器一级臂(104)上部；扶正器上部支座(101)和扶正器下部支座(111)之间设置始终处于压缩状态的第一压缩弹簧(109)。

4.根据权利要求1所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：测量臂为四组，且均匀分布在管壳(8)的四周。

5.根据权利要求1所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：中心轴上安装有用于限制测量臂相对位置的卡簧(407)。

6.根据权利要求1所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：中心轴外端部均连接滚轮(405)。

7.根据权利要求1所述的一种防爆型井壁直径测量装置，其特征在于：下部连接杆(5)的下端设置底座(7)，底座(7)固定在管壳(8)内。