CN114046143B - 一种油井运行监控用压力变送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种油井运行监控用压力变送器。一种油井运行监控用压力变送器，包括有进压组件、压力保护组件和压力测量组件等，进压组件左右两表面分别固定连接有压力保护组件，进压组件上表面固接有压力测量组件。本发明通过进压组件、压力保护组件和压力测量组件的配合工作，使油气进入压力保护组件后完成一个缓冲，同样外界压力过载后停止油气进入压力保护组件，完成压力的转换、传递和测量，最终实现工作环境发生压力过载时，本仪器保护内部传感器，避免其测量精度和使用寿命受到影响。

Description

一种油井运行监控用压力变送器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种油井运行监控用压力变送器。

背景技术

压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，比如油井生产运行过程中需要采集大量的数据进行实时监控，为了准确测量井口的压力这一基本的生产参数，需要安装压力变送器，来实现井口压力的在线测量和远程传输，以便后台管理人员能够实时查看压力数据，用作油井工况监测和地质分析。压力变送器的选型规则包含有根据要测量压力的类型、根据被测压力量程、根据被测介质和根据系统的最大过载等，虽然根据被测压力量程和系统的最大过载选出的压力变送器适用于其工作领域，但是实际的工况却又不像理想中那样稳定，尽管在选型过程中压力变送器留有压力过载的承受范围，但是实际使用中又很容易发生意外致使压力变送器直接损坏，或者降低其测量精度和减少其使用寿命。

针对上述技术问题，我们研发一种增加压力缓冲、便于保护仪器的具有压力过载保护功能的压力变送器。

发明内容

为了克服现有的压力变送器对于超压工作环境保护较差的缺点，要解决的技术问题是：提供一种增加压力缓冲、便于保护仪器的具有压力过载保护功能的压力变送器。

本发明的技术方案为：一种油井运行监控用压力变送器，包括有进压组件、压力保护组件、压力测量组件、显示器和电磁阀，进压组件左右两表面分别固定连接有压力保护组件，压力保护组件为耳形设计，两个压力保护组件上下部均与进压组件连通，进压组件上表面固接有压力测量组件，压力测量组件上表面固接有显示器，电磁阀设置有两个，两个电磁阀分别固定连接在两个压力保护组件下部。

进一步的，进压组件包括有进压腔、分流挡块、第一挡板和第二挡板，进压腔通过法兰固定连接在外部测量管道上，进压腔上表面开设有两个第一通气孔，进压腔下部固接有分流挡块，分流挡块设置在进压腔下部连通处上侧，进压腔上部固接有第一挡板，第一挡板设置在进压腔上部连通处下侧，进压腔和第一挡板之间固接有第二挡板，第一挡板和第二挡板将进压腔上部均匀隔离出两个隔离腔，两个进压腔的隔离腔分别与两个第一通气孔连通，进压腔的隔离腔内为空气环境。

进一步的，分流挡块为三棱柱形，用于将进入进压腔的被测物质沿左右两斜面分流，进压腔上部的隔离腔腔体体积设为定值，隔离腔腔体大小与压力保护组件配合用于设定测量压力最大值。

进一步的，压力保护组件包括有缓冲腔、缓冲套管、限位挡块、电磁开关和缓冲部件，缓冲腔设置有两个，两个缓冲腔上下部均与进压腔连通，缓冲腔中部嵌有缓冲套管，缓冲套管上部固接有限位挡块，限位挡块与缓冲套管上表面紧密配合，限位挡块为环形，限位挡块下部滑动连接有电磁开关，缓冲套管内表面滑动连接有缓冲部件，缓冲部件下表面与缓冲套管下表面处于同一水平位置，缓冲部件与缓冲套管内表面紧密配合，缓冲部件将缓冲腔上下隔开分为两个腔体，缓冲腔的上部腔体为气体环境，缓冲腔上部腔体与进压腔上部的隔离腔连通，缓冲腔下部腔体与进压腔下部连通。

进一步的，缓冲套管为陶瓷材质。

进一步的，缓冲部件包括有活塞、第一密封圈、密封环和第二密封圈，活塞滑动设置在缓冲套管内，活塞上中下部分别开有三个安置槽，活塞下部的安置槽内套有第一密封圈，密封环和第二密封圈分别设置有两个，两个密封环分别套设在活塞上部和中部的安置槽内，两个密封环上分别开设有U形滑槽，两个第二密封圈套设在两个密封环的U形滑槽内。

进一步的，活塞上下表面均为由外向内的凹陷设计，凹陷形状为圆台形。

进一步的，压力测量组件包括有压力转换腔、测压腔、隔离膜片、压力传感器和数据处理器，压力转换腔下表面固定连接在进压腔上表面，压力转换腔上部开设有空腔，压力转换腔下部开设有两个测压腔，两个测压腔下表面中心分别开有第二通气孔，上下相邻的第二通气孔和第一通气孔连通，两个测压腔内表面下部分别固接有隔离膜片，隔离膜片下表面与测压腔下表面接触配合，测压腔与隔离膜片之间充斥用于压力传递的液体，压力传感器设有两个，两个压力传感器分别嵌在测压腔上表面，数据处理器设有两个，两个数据处理器均固接在压力转换腔上部空腔的下表面，上下相邻的压力传感器与数据处理器电连接，两个数据处理器分别与显示器电连接。

进一步的，隔离膜片中间加厚呈陀螺形，上下表面中心均向外突出。

有益效果：本发明通过进压组件和压力保护组件的配合工作，使油气进入压力保护组件后完成一个缓冲，当油气压力过载时，压力保护组件缓冲距离达到最大值后断开油气进入压力保护组件，后续进压组件、压力保护组件和压力测量组件的配合，完成压力的转换、传递和测量，最终实现在压力保护范围内，当工作环境发生压力过载时，本仪器保护内部传感器，避免其测量精度和使用寿命受到影响。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的剖面立体结构示意图。

图3为本发明的剖面结构示意图。

图4为本发明的A处放大结构示意图。

图5为本发明的第一部分放大立体结构示意图。

图6为本发明的第二部分放大立体结构示意图。

图7为本发明的缓冲部件爆炸立体结构示意图。

图中标记为：1-进压腔，101-第一通气孔，2-缓冲腔，3-压力转换腔，301-测压腔，302-第二通气孔，4-显示器，5-电磁阀，6-分流挡块，7-第一挡板，8-第二挡板，9-缓冲套管，10-限位挡块，1001-电磁开关，11-活塞，1101-第一密封圈，1102-密封环，1103-第二密封圈，12-隔离膜片，13-压力传感器，14-数据处理器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

一种油井运行监控用压力变送器，如图1-3所示，包括有进压组件、压力保护组件、压力测量组件、显示器4和电磁阀5，进压组件左右两表面分别固定连接有用于缓冲和压力过载保护的压力保护组件，压力保护组件为耳形设计，两个压力保护组件上下部均与进压组件连通，进压组件上表面固接有用于压力类型转换并测量的压力测量组件，压力测量组件上表面固接有用于显示压力值的显示器4，电磁阀5设置有两个，两个电磁阀5分别固定连接在两个压力保护组件下部，电磁阀5具有关闭后自动定时开启功能。

本装置通过法兰连接在测量管道上，当需要使用本仪器开始测量时，打开电磁阀5，使进压组件和压力保护组件连通，被测物质经进压组件下部分流后分别进入两侧的压力保护组件内，压力保护组件将被测物质的压力转换为气压，转换为气压的目的是在发生压力突变时或者压力过载时，气体具有更好的体积变化参数，以起到更好的缓冲效果配合保护仪器，压力保护组件与进压组件上部连通，使压力得以传递至压力测量组件，压力测量组件将气压转换为液压并测量数据，此处转换为液压的目的是液体具有更小的形变量，在不同的温度和压力环境下，经压力测量组件测量的压力数据误差更小，最后将压力数值通过显示器4显示。

如图2和图3所示，进压组件包括有进压腔1、分流挡块6、第一挡板7和第二挡板8，进压腔1通过法兰固定连接在外部测量管道上，进压腔1上表面开设有两个第一通气孔101，进压腔1下部固接有分流挡块6，分流挡块6设置在进压腔1下部连通处上侧，分流挡块6用于被测物质均匀分为两部分各进入两侧缓冲腔2内，分流挡块6为三棱柱形，用于更好的将进入进压腔1的被测物质沿左右两斜面分流，进压腔1上部的隔离腔腔体体积设为定值，隔离腔腔体大小与压力保护组件配合用于设定测量压力最大值，进压腔1上部固接有第一挡板7，第一挡板7设置在进压腔1上部连通处下侧，进压腔1内部上表面和第一挡板7上表面中部之间固接有第二挡板8，第一挡板7和第二挡板8将进压腔1上部均匀隔离出两个隔离腔，两个进压腔1的隔离腔分别与两个第一通气孔101连通，进压腔1的隔离腔内为空气环境，由于进压腔1上部的隔离腔与缓冲腔2连通，所以两者内气压始终相同。

如图2-7所示，压力保护组件包括有缓冲腔2、缓冲套管9、限位挡块10、电磁开关1001和缓冲部件，缓冲腔2设置有两个，两个缓冲腔2上下部均与进压腔1连通，两个缓冲腔2为左右对称设置，缓冲腔2中部嵌有缓冲套管9，缓冲套管9使用陶瓷材质，与其它材质相比，陶瓷材质有吸水率低、超强耐热、耐磨和耐腐蚀的综合特性，陶瓷材质的缓冲套管9防止被测物质对其腐蚀，使缓冲部件能在缓冲套管9内平滑上下移动，增长本仪器的压力保护组件的使用寿命，缓冲套管9上部固接有限位挡块10，限位挡块10与缓冲套管9上表面紧密配合，限位挡块10为环形，限位挡块10下部滑动连接有电磁开关1001，电磁开关1001用于控制同侧的电磁阀5开关，当测量管道中的压力超过本仪器的最大测量值时，电磁阀5断开进压腔1下部与缓冲腔2的连通，使后续被测物质不再继续进入缓冲腔2，实现了压力过载后的保护功能，缓冲套管9内表面滑动连接有缓冲部件，缓冲部件下表面与缓冲套管9下表面处于同一水平位置，缓冲部件与缓冲套管9内表面紧密配合，缓冲部件将缓冲腔2上下隔开分为两个腔体，缓冲腔2的上部腔体为气体环境，缓冲腔2上部腔体与进压腔1上部的隔离腔连通，缓冲腔2下部腔体与进压腔1下部连通。

如图5-7所示，缓冲部件包括有活塞11、第一密封圈1101、密封环1102和第二密封圈1103，活塞11滑动设置在缓冲套管9内，活塞11上中下部分别开有三个安置槽，活塞11下部的安置槽内套有第一密封圈1101，密封环1102和第二密封圈1103分别设置有两个，两个密封环1102分别套设在活塞11上部和中部的安置槽内，两个密封环1102上分别开设有U形滑槽，两个第二密封圈1103套设在两个密封环1102的U形滑槽内，第一密封圈1101和第二密封圈1103均为橡胶材质，密封环1102的纵向截面为具有较大向外扩张变形的金属弹性U形环，活塞11下部安置槽内的第一密封圈1101起到密封液体的作用，密封环1102上套设第二密封圈1103形成组合式密封环1102，组合式密封环1102抵紧在缓冲套管9的内壁上，依靠被测物质给活塞11上下端制造的压力差，在组合式密封环1102外圆面和缓冲套管9，以及组合式密封环1102和安置槽的一个侧面之间形成密封，由于活塞11上下表面均为由外向内的凹陷设计，凹陷形状为圆台形，气体向上推动活塞11，活塞11上下表面的受力将沿凹陷的斜边分散开，将受到的竖直上下的力向活塞11外表面分散，活塞11外表面受力有向外扩张的趋势，使活塞11更好的和密封环1102紧密配合，第一密封圈1101和密封环1102上的第二密封圈1103，促使缓冲部件与缓冲套管9之间更加紧密配合，达到更好的分隔效果，当活塞11向上移动到缓冲套管9内的最高位置时，活塞11向上移动的距离会挤压缓冲套管9上部的气体，进而通过缓冲套管9上部的气体推动压力测量组件，进压腔1的隔离腔和缓冲腔2内气压变化达到最大值，进压腔1的隔离腔与缓冲腔2连通的腔体总体积为气体总体积，缓冲套管9的管内体积为气体体积变化量，当气体体积变化量固定时，气体总体积越大则气压变化越小，缓冲腔2的上部腔体大小固定，故此通过设定进压腔1的隔离腔体积，实现仪器对压力测量最大值的设定。

如图3和图4所示，压力测量组件包括有压力转换腔3、测压腔301、隔离膜片12、压力传感器13和数据处理器14，压力转换腔3下表面固定连接在进压腔1上表面，压力转换腔3上部开设有空腔，压力转换腔3下部开设有两个测压腔301，两个测压腔301下表面中心分别开有第二通气孔302，上下相邻的第二通气孔302和第一通气孔101连通，两个测压腔301内表面下部分别固接有隔离膜片12，隔离膜片12中间加厚呈陀螺形，上下表面中心均向外突出，将其受到的力向外分散，实现隔离膜片12使用寿命的延长，隔离膜片12下表面与测压腔301下表面接触配合，测压腔301与隔离膜片12之间充斥用于压力传递的液体，压力传感器13设有两个，两个压力传感器13分别嵌在测压腔301上表面，数据处理器14设有两个，两个数据处理器14均固接在压力转换腔3上部空腔的下表面，上下相邻的压力传感器13与数据处理器14电连接，两个数据处理器14分别与显示器4电连接，以实现一侧的压力保护组件或压力测量组件损坏后，本仪器仍继续保持压力数据的测量工作。

进一步阐述本仪器的测量过程，被测物质比如油气从进压腔1下端进入进压腔1内，在分流挡块6的作用下，被测物质均匀分为两部分分别进入两侧缓冲腔2内，在被测物质进入缓冲腔2内后，会推动活塞11沿缓冲套管9向上移动，缓冲腔2中的空气受到活塞11的压紧后，缓冲腔2内气压上升至与测量管道中的压力相等，此时活塞11会停止活动，当被测物质的压力发生改变时，活塞11会跟随测量管道中的压力的变化上下滑动，实现缓冲腔2内气压和测量管道中的压力始终保持一致，当测量管道中的压力超过本仪器的最大测量值时，活塞11上表面与限位挡块10下表面接触，此时活塞11向上移动至最高处，活塞11继续向上移动会推动电磁开关1001，电磁开关1001随之将同侧的电磁阀5关闭，断开进压腔1下部与缓冲腔2的连通，使后续被测物质不再继续进入缓冲腔2，实现了压力过载后的保护功能，电磁阀5关闭后经一段时间自动开启，进压腔1下部与缓冲腔2重新连通，当测量管道中压力还处于压力过载的情况时，电磁开关1001与活塞11持续接触，随之电磁开关1001控制同侧的电磁阀5再次关闭，电磁阀5重复关闭后重启直至测量管道中压力降低至小于本仪器的最大测量值，当测量管道中压力已经降低至小于本仪器的最大测量值时，电磁阀5自动开启后，电磁开关1001与活塞11失去接触，活塞11向下移动，压力变送器将继续工作，通过电磁阀5关闭后的定时自动开启，使压力变送器在完成压力过载保护后实现自行启动工作。

当进压腔1的隔离腔和缓冲腔2内气压发生变化后，气压变化会通过第一通气孔101和第二通气孔302作用到隔离膜片12上，隔离膜片12在压力的推动下有向上鼓动的趋势，从而带来测压腔301中充斥的不可压缩液体液压变化，（此处说明：流体都是可压缩的，本申请中涉及的不可压缩流体指代的是液体压缩系数很小，在相当大的压强变化范围内密度几乎不变的流体介质），压力传感器13感应到液压的变化后，将压力数据传递至数据处理器14，经数据处理器14的数据测算后将压力值显示在显示器4上，显示器4上显示两侧的压力数据，压力测量组件中测压腔301、隔离膜片12、压力传感器13和数据处理器14均设置有两个，以实现一侧的压力保护组件或压力测量组件损坏后，本仪器仍继续保持压力数据的测量工作。

尽管已经仅相对于有限数量的实施方式描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计各种其他实施方式。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限制。

Claims (5)

1.一种油井运行监控用压力变送器，包括有进压组件、压力保护组件、压力测量组件、显示器（4）和电磁阀（5），其特征是，进压组件左右两表面分别固定连接有压力保护组件，压力保护组件为耳形设计，两个压力保护组件上下部均与进压组件连通，进压组件上表面固接有压力测量组件，压力测量组件上表面固接有显示器（4），电磁阀（5）设置有两个，两个电磁阀（5）分别固定连接在两个压力保护组件下部；

进压组件包括有进压腔（1）、分流挡块（6）、第一挡板（7）和第二挡板（8），进压腔（1）通过法兰固定连接在外部测量管道上，进压腔（1）上表面开设有两个第一通气孔（101），进压腔（1）下部固接有分流挡块（6），分流挡块（6）设置在进压腔（1）下部连通处上侧，进压腔（1）上部固接有第一挡板（7），第一挡板（7）设置在进压腔（1）上部连通处下侧，进压腔（1）和第一挡板（7）之间固接有第二挡板（8），第一挡板（7）和第二挡板（8）将进压腔（1）上部均匀隔离出两个隔离腔，两个进压腔（1）的隔离腔分别与两个第一通气孔（101）连通，进压腔（1）的隔离腔内为空气环境；

压力保护组件包括有缓冲腔（2）、缓冲套管（9）、限位挡块（10）、电磁开关（1001）和缓冲部件，缓冲腔（2）设置有两个，两个缓冲腔（2）上下部均与进压腔（1）连通，缓冲腔（2）中部嵌有缓冲套管（9），缓冲套管（9）上部固接有限位挡块（10），限位挡块（10）与缓冲套管（9）上表面紧密配合，限位挡块（10）为环形，限位挡块（10）下部滑动连接有电磁开关（1001），缓冲套管（9）内表面滑动连接有缓冲部件，缓冲部件下表面与缓冲套管（9）下表面处于同一水平位置，缓冲部件与缓冲套管（9）内表面紧密配合，缓冲部件将缓冲腔（2）上下隔开分为两个腔体，缓冲腔（2）的上部腔体为气体环境，缓冲腔（2）上部腔体与进压腔（1）上部的隔离腔连通，缓冲腔（2）下部腔体与进压腔（1）下部连通；

缓冲部件包括有活塞（11）、第一密封圈（1101）、密封环（1102）和第二密封圈（1103），活塞（11）滑动设置在缓冲套管（9）内，活塞（11）上中下部分别开有三个安置槽，活塞（11）下部的安置槽内套有第一密封圈（1101），密封环（1102）和第二密封圈（1103）分别设置有两个，两个密封环（1102）分别套设在活塞（11）上部和中部的安置槽内，两个密封环（1102）上分别开设有U形滑槽，两个第二密封圈（1103）套设在两个密封环（1102）的U形滑槽内；

压力测量组件包括有压力转换腔（3）、测压腔（301）、隔离膜片（12）、压力传感器（13）和数据处理器（14），压力转换腔（3）下表面固定连接在进压腔（1）上表面，压力转换腔（3）上部开设有空腔，压力转换腔（3）下部开设有两个测压腔（301），两个测压腔（301）下表面中心分别开有第二通气孔（302），上下相邻的第二通气孔（302）和第一通气孔（101）连通，两个测压腔（301）内表面下部分别固接有隔离膜片（12），隔离膜片（12）下表面与测压腔（301）下表面接触配合，测压腔（301）与隔离膜片（12）之间充斥用于压力传递的液体，压力传感器（13）设有两个，两个压力传感器（13）分别嵌在测压腔（301）上表面，数据处理器（14）设有两个，两个数据处理器（14）均固接在压力转换腔（3）上部空腔的下表面，上下相邻的压力传感器（13）与数据处理器（14）电连接，两个数据处理器（14）分别与显示器（4）电连接。

2.按照权利要求1所述的一种油井运行监控用压力变送器，其特征是，分流挡块（6）为三棱柱形，用于将进入进压腔（1）的被测物质沿左右两斜面分流，进压腔（1）上部的隔离腔腔体体积设为定值，隔离腔腔体大小与压力保护组件配合用于设定测量压力最大值。

3.按照权利要求1所述的一种油井运行监控用压力变送器，其特征是，缓冲套管（9）为陶瓷材质。

4.按照权利要求1所述的一种油井运行监控用压力变送器，其特征是，活塞（11）上下表面均为由外向内的凹陷设计，凹陷形状为圆台形。

5.按照权利要求1所述的一种油井运行监控用压力变送器，其特征是，隔离膜片（12）中间加厚呈陀螺形，上下表面中心均向外突出。

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