CN114199429A - 一种扭力冲击器工作状态的监测装置 - Google Patents

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张涛
查春青
李玉梅
刘奕呈
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Abstract

本发明提出一种扭力冲击器工作状态的监测装置，该监测装置包括壳体、电路板、电池组和至少一个应变片组，电池组和应变片组分别与电路板电连接，壳体上开设有至少一个容置槽，应变片组设于容置槽的侧壁或底面上，电路板外套设有电路板绝缘壳，电池组外套设有电池组绝缘壳，电路板绝缘壳和电池组绝缘壳分别设于容置槽内，容置槽的槽口处盖设有用于封闭容置槽的容置槽盖板，容置槽盖板与壳体能拆卸地连接。本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置能够准确、平稳地监测扭力冲击器的工作状态。

Description

一种扭力冲击器工作状态的监测装置
技术领域
本发明涉及石油勘探技术领域，特别涉及一种扭力冲击器工作状态的监测装置。
背景技术
在油气资源勘探开发过程中，常常会遇到岩石硬度高、岩石可钻性极值高、岩石研磨性高的情况。针对上述“三高地层”一般采用扭转冲击钻井技术进行钻探开发。
扭转冲击钻进工具在井下运行时，需要对其工作状态进行监测。以使钻井人员利用井下监测参数对扭力冲击器的工作效能进行评价，使其发挥出最优效能，最大化的提升钻井机械钻速；另外，设计人员也需要利用井下参数对扭力冲击器的工作状态进行分析，从而进行优化改进。
现有专利CN207363653U，介绍了一种井下工程参数测量仪器，该仪器可以测量钻压、扭矩、弯曲应力、钻柱内压力、环空压力及振动等近钻头工程参数。但其缺点是钻铤壁开槽较多，导致钻铤可承受屈服应力较小；其用来测量钻压、扭矩的应变片组采用单一电桥，测量数据精准度较差。
现有专利CN107448187A，介绍了一种井下测量装置，该装置可以测量钻压、扭矩、弯矩、轴向振动、横向振动、压力、温度等近钻头工程参数。但其缺点是结构复杂，钻铤本体较长，导致测量数据不准确以及信号的衰减，同时使用便捷性大为降低。
有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复试验设计出一种扭力冲击器工作状态的监测装置，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扭力冲击器工作状态的监测装置，能够准确、平稳地监测扭力冲击器的工作状态。
为达到上述目的，本发明提出一种扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述监测装置包括壳体、电路板、电池组和至少一个应变片组，所述电池组和所述应变片组分别与所述电路板电连接，所述壳体上开设有至少一个容置槽，所述应变片组设于所述容置槽的侧壁或底面上，所述电路板外套设有电路板绝缘壳，所述电池组外套设有电池组绝缘壳，所述电路板绝缘壳和所述电池组绝缘壳分别设于所述容置槽内，所述容置槽的槽口处盖设有用于封闭所述容置槽的容置槽盖板，所述容置槽盖板与所述壳体能拆卸地连接。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述壳体上开设有至少两个所述容置槽，两个所述容置槽分别为第一容置槽和第二容置槽，所述第一容置槽内安装有所述应变片组、所述电路板和所述电路板绝缘壳，所述第二容置槽内安装有所述应变片组、所述电池组和所述电池组绝缘壳。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述壳体呈筒状，所述壳体一端的外壁上开设有一个所述第一容置槽和一个所述第二容置槽，且所述第一容置槽和所述第二容置槽沿所述壳体的径向对称设置。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述壳体呈筒状，所述壳体一端的外壁上开设有一个所述第一容置槽和两个所述第二容置槽，所述第一容置槽和两个第二容置槽沿所述壳体的周向均布。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，两个所述第二容置槽内的所述电池组并联连接。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述电路板和所述电池组之间、所述电路板和所述应变片组之间分别通过导线电连接，所述壳体内对应开设有用于穿设各所述导线的长孔。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述电路板绝缘壳内还有连接组件，所述连接组件包括公接头、母接头和保护套，所述母接头分别与所述电路板和所述公接头电连接，所述保护套与所述电路板绝缘壳固定连接，所述公接头和所述母接头分别设于所述保护套内。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述电路板绝缘壳通过多个螺钉固定连接在所述第一容置槽的侧壁或底面上。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述电池组绝缘壳包括电池组绝缘壳体、电池组垫板、电池组盖板、第一电池帽、第二电池帽和电池帽盖板，所述电池组垫板放置于电池组绝缘壳体内，所述电池组放置在电池组垫板上，所述电池组盖板盖设在所述电池组上，所述第一电池帽和所述第二电池帽设置于所述电池组盖板上，所述第一电池帽和所述第二电池帽电连接，且所述第一电池帽和所述第二电池帽分别与所述电池组的正负极相连接，所述电池帽盖板盖设在所述第一电池帽和所述第二电池帽上并与所述电池组绝缘壳盖体能拆卸地连接。
如上所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其中，所述应变片组包括第一应变片组和第二应变片组，所述第一应变片设于所述容置槽的侧壁上，所述第二应变片组设于所述容置槽的底面上。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置，在电路板外设有电路板绝缘壳，在电池组外设有电池组绝缘壳，避免了电路板、电池组对于变片组内各应变片的电桥的干扰，使得电路板和/或电池组能够与应变片组设于同一容置槽内，减少了在壳体上所开设的容置槽的数量，提高了壳体可承受外力的强度，使得扭力冲击器工作状态的监测装置在高压地质条件下也能准确、平稳地监测扭力冲击器的工作状态。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置的结构示意图；
图2为本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置的外观图。
图3为本发明中电路板的安装示意图；
图4为本发明中电池组的安装示意图。
附图标记说明：
100、监测装置； 10、壳体；
11、第一容置槽； 12、第二容置槽；
13、长孔； 20、电路板；
30、电池组； 40、电路板绝缘壳；
41、连接组件； 411、公接头；
412、母接头； 413、保护套；
42、电路板绝缘壳盒体； 43、电路板绝缘壳盖板；
50、电池组绝缘壳； 51、电池组绝缘壳盒体；
52、电池组垫板； 53、电池组盖板；
54、第一电池帽； 55、第二电池帽；
56、电池帽盖板； 60、容置槽盖板。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1至图4所示，本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100包括壳体10、电路板20、电池组30和至少一个应变片组(图中未示出)，壳体10上开设有至少一个容置槽，壳体10上还能拆卸地连接有用于封闭容置槽的容置槽盖板60，应变片组设于容置槽的内侧壁或底面上，电路板20和电池组30设于容置槽内，且电路板20外套设有电路板绝缘壳40，电池组30外套设有电池组绝缘壳50，电池组30和应变片组分别与电路板20电连接。
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100，在电路板20外设有电路板绝缘壳40，在电池组30外设有电池组绝缘壳50，避免了电路板20、电池组30对于变片组内各应变片的电桥的干扰，使得电路板20和/或电池组30能够与应变片组设于同一容置槽内，减少了在壳体10上所开设的容置槽的数量，提高了壳体10可承受外力的强度，使得扭力冲击器工作状态的监测装置100在高压地质条件下也能准确、平稳地监测扭力冲击器的工作状态。
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100，其壳体10即可为扭力冲击器(例如钻铤)的外壳，采用上述结构，扭力冲击器本体即可通过壳体10传递正常钻井使用的钻压、扭矩载荷，应变片组形成的电桥便可以钻测量钻压、扭矩载荷，从而能够直接反映扭力冲击器的工作状况，还能降低数据传输造成的干扰，使数据更加可靠，准确性高。
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100，利用电路板绝缘壳40、电池组绝缘壳50对电路板20、电池组30进行密封和抗压保护，进一步提高了电路板20和电池组30的安全平稳运行。
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100结构简单，入井后工作可靠，使用寿命长。
在本发明一个可选的实施方式中，壳体10为无磁壳体，以保证电路板20、电池组30及应变片组的正常工作。
在本发明一个可选的实施方式中，壳体10上开设有至少两个容置槽，两个容置槽分别为第一容置槽11和第二容置槽12，第一容置槽11内安装有应变片组、电路板20和电路板绝缘壳40，第二容置槽12内安装有应变片组、电池组30和电池组绝缘壳50。
在该实施方式一个可选的例子中，壳体10呈筒状，壳体10一端的外壁上开设有一个第一容置槽11和一个第二容置槽12，且第一容置槽11和第二容置槽12径向对称设置。
在该实施方式另一个可选的例子中，壳体10呈筒状，壳体10一端的外壁上开设有一个第一容置槽11和两个第二容置槽12，第一容置槽11和两个第二容置槽12沿壳体10的周向均布。采用上述结构，利用两个电池组30为电路板20供电，能够有效延长扭力冲击器工作状态的监测装置100在井下的工作时间。
进一步的，两个第二容置槽12内的电池组30并联连接。即两个电池组30采用并联的方式为电路板20供电，以进一步保证电路板20的正常工作。
在本发明中，第一容置槽11和第二容置槽12可以设置于壳体10的同一端，大大降低了壳体10的长度，减少了由于长度导致的信号衰减，保证所测量数据的准确性，同时能有效的获取工程参数来反应钻进过程中扭力冲击器的工作状态和工作性能。
在该实施方式一个可选的例子中，第一容置槽11的槽口处、第二容置槽12的槽口处分别盖设有容置槽盖板60，各容置槽盖板60分别通过四个螺钉与壳体10能拆卸地连接。井下环境复杂，为保证工具的密封性，各容置槽盖板60的背面分别开设有放置密封圈的凹槽(图中未显示)，将容置槽盖板60放置完成后，使用四个螺钉将容置槽盖板60固定连接在壳体10上，并且螺钉需要用硅脂进行密封处理。
在本发明一个可选的实施方式中，电路板20和电池组30之间、电路板20和各应变片组之间分别通过导线电连接，壳体10内对应开设有用于穿设各导线的长孔13，电路板绝缘壳40和电池组绝缘壳50上分别开设有用于穿设对应导线的贯通孔(图中未示出)。
在本发明一个可选的实施方式中，电路板20至少包括微处理器、三轴加速度计、MEMS陀螺仪、温度传感器以及数据存储器。其中，微处理器用于数据读取、处理与运算，并且微处理器可配置为不同的采样模式；三轴加速度计用于测量振动数据，获取扭力冲击器的振动状态；MEMS陀螺仪用于测量转速；温度传感器用于温度的测量；数据存储器用于记录传感器所测得的工程数据。微处理器、三轴加速度计、MEMS陀螺仪、温度传感器以及数据存储器均可以采用现有技术，在此不进行赘述。
在本发明一个可选的实施方式中，电路板绝缘壳40还包括连接组件41，连接组件41包括公接头411、母接头412和保护套413，保护套413具有轴向贯通的容置腔，公接头411和母接头412分别穿设在保护套413的容置腔内，公接头411与母接头412电连接，保护套413与电路板绝缘壳40的内壁能拆卸地固定连接，母接头412与电路板20的数据传输端电连接。采用上述结构，电路板20既可以记录、存储数据，也可以通过实时模式与上位机相连，具体的，电路板20的数据传送端与母接头412电连接，当公接头411与母接头412电连接时，起到短路作用，电路板20即进入数据存储的工作模式(监测装置100默认进入存储模式)；当需要将数据传递给上位机时，将电路板绝缘壳40打开，并将公接头411和母接头412拔开，在母接头412上连接数据线，电路板20的工作模式为实时读取，可使用上位机软件对核心电路板的数据采样频率进行设置，并可以将数据存储模式下记录的数据读取到电脑上。
本发明提出的扭力冲击器工作状态的监测装置100在入井后记录并存储上述工程参数，在钻井完成后可以将所记录的数据读取出来，使钻井工程技术人员了解和掌握井下实际钻井过程中扭力冲击器的工作情况，该工具有利于对扭力冲击器的提速效能进行评估，从而发挥出扭力冲击器的最高工作效能。
在本发明一个可选的实施方式中，电路板绝缘壳40通过多个螺钉固定连接第一容置槽11的内侧壁或底面上。采用上述结构，电路板绝缘壳40在第一容置槽11内不会产生自移动，进一步提高了电路板20运行的稳定性，不但能够保证监测数据的准确性，还能提高电路板20的使用寿命。
在该实施方式一个可选的例子中，第一容置槽11的侧壁(或底面)上开设有与螺钉对位配合的螺纹孔，电路板绝缘壳40和第一容置槽11的侧壁(或底面)之间还设置有与螺钉对位配合的垫片，螺钉贯穿电路板绝缘壳40和垫片并螺设于螺纹孔中，垫片不仅能够增加螺钉的紧固强度，还能使电路板绝缘壳40和第一容置槽11的侧壁(或底面)之间具有一定的间隙，避免电路板绝缘壳40挤压到安装在第一容置槽11的侧壁(或底面)上的应变片组，以进一步保证监测数据的准确性。
在本发明一个可选的实施方式中，电路板20为呈正方形，电路板绝缘壳40为一内部中空的正立方体，电路板绝缘壳40包括电路板绝缘壳盒体42和电路板绝缘壳盖板43，电路板绝缘壳盒体42具有开口朝上的电路板安装腔，电路板20设于安装腔内，电路板绝缘壳盖板43盖设在电路板安装腔的开口处并通过螺钉与电路板绝缘壳盒体42能拆卸地连接。
在本发明一个可选的实施方式中，电池组绝缘壳50包括电池组绝缘壳盒体51、电池组垫板52、电池组盖板53、第一电池帽54、第二电池帽55和电池帽盖板56，电池组垫板52放置于电池组绝缘壳盒体51内，电池组30放置在电池组垫板52上，电池组盖板53盖设在电池组30上，第一电池帽54和第二电池帽55设置于电池组盖板53上，第一电池帽54和第二电池帽55电连接，且第一电池帽54和第二电池帽55分别与电池组30的正负极相连接，电池帽盖板56盖设在第一电池帽54和第二电池帽55上并与电池组绝缘壳盒体51能拆卸地连接，即电池帽盖板56将第一电池帽54、第二电池帽55、电池组盖板53、电池组30和电池组垫板52封闭在电池组绝缘壳盒体51内。
在一个可选的例子中，电池组绝缘壳50通过螺钉和垫片与第二容置槽12的侧壁(或底面)能拆卸地固定连接。
在本发明一个可选的实施方式中，各应变片组包括第一应变片组和第二应变片组，第一应变片组设于容置槽的侧壁上，第二应变片组设于容置槽的底面上，第一应变片组和第二应变片组分别与电路板20电连接。
在该实施方式一个可选的例子中的，第一应变片组包括四个第一应变片，四个第一应变片分别设于容置槽的侧壁上且两两相对设置，通过线路连接组成测量钻压参数的电桥；第二应变片组包括四个第二应变片，四个第二应变片均布于容置槽的底面上并两两相对设置，通过线路连接组成测量扭矩参数的电桥。
优选的，在壳体10一端的外壁上开设有一个第一容置槽11和两个第二容置槽12，第一容置槽11和两个第二容置槽12沿壳体10的周向均布，且第一容置槽11和两个第二容置槽12内分别设有第一应片组和第二应变片组。
在一个可选的例子中，容置槽(第一容置槽11和第二容置槽12)呈圆形，四个第一应片沿周向均布在容置槽的侧壁上。
在另一个可选的例子中，容置槽(第一容置槽11和第二容置槽12)呈矩形，四个第一应变片分别设于容置槽四面的侧壁上。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括壳体、电路板、电池组和至少一个应变片组，所述电池组和所述应变片组分别与所述电路板电连接，所述壳体上开设有至少一个容置槽，所述应变片组设于所述容置槽的侧壁或底面上，所述电路板外套设有电路板绝缘壳，所述电池组外套设有电池组绝缘壳，所述电路板绝缘壳和所述电池组绝缘壳分别设于所述容置槽内，所述容置槽的槽口处盖设有用于封闭所述容置槽的容置槽盖板，所述容置槽盖板与所述壳体能拆卸地连接。
2.如权利要求1所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述壳体上开设有至少两个所述容置槽，两个所述容置槽分别为第一容置槽和第二容置槽，所述第一容置槽内安装有所述应变片组、所述电路板和所述电路板绝缘壳，所述第二容置槽内安装有所述应变片组、所述电池组和所述电池组绝缘壳。
3.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述壳体呈筒状，所述壳体一端的外壁上开设有一个所述第一容置槽和一个所述第二容置槽，且所述第一容置槽和所述第二容置槽沿所述壳体的径向对称设置。
4.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述壳体呈筒状，所述壳体一端的外壁上开设有一个所述第一容置槽和两个所述第二容置槽，所述第一容置槽和两个第二容置槽沿所述壳体的周向均布。
5.如权利要求4所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，两个所述第二容置槽内的所述电池组并联连接。
6.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述电路板和所述电池组之间、所述电路板和所述应变片组之间分别通过导线电连接，所述壳体内对应开设有用于穿设各所述导线的长孔。
7.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述电路板绝缘壳内还有连接组件，所述连接组件包括公接头、母接头和保护套，所述母接头分别与所述电路板和所述公接头电连接，所述保护套与所述电路板绝缘壳固定连接，所述公接头和所述母接头分别设于所述保护套内。
8.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述电路板绝缘壳通过多个螺钉固定连接在所述第一容置槽的侧壁或底面上。
9.如权利要求2所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述电池组绝缘壳包括电池组绝缘壳体、电池组垫板、电池组盖板、第一电池帽、第二电池帽和电池帽盖板，所述电池组垫板放置于电池组绝缘壳体内，所述电池组放置在电池组垫板上，所述电池组盖板盖设在所述电池组上，所述第一电池帽和所述第二电池帽设置于所述电池组盖板上，所述第一电池帽和所述第二电池帽电连接，且所述第一电池帽和所述第二电池帽分别与所述电池组的正负极相连接，所述电池帽盖板盖设在所述第一电池帽和所述第二电池帽上并与所述电池组绝缘壳盖体能拆卸地连接。
10.如权利要求1所述的扭力冲击器工作状态的监测装置，其特征在于，所述应变片组包括第一应变片组和第二应变片组，所述第一应变片设于所述容置槽的侧壁上，所述第二应变片组设于所述容置槽的底面上。
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