CN208780379U - 一种压电式井筒环空压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种压电式井筒环空压力传感器，包括外壳、与外壳连接的底座、与底座连接的电池舱和电路舱；外壳的内部设有下垫、设于下垫上的压电陶瓷，井筒环空压力造成所述外壳变形而使其内部的所述压电陶瓷受压力产生变形，通过压电陶瓷输出的电压信号反映井筒环空压力；底座的下面设有上垫，底座的上面连接有电池舱和电路舱，通过上垫和下垫将压电陶瓷固定；电池舱内设有电池和用于固定电池的弹簧，电池用于供电；电路舱内设有固定座、安装在固定座上的电路板，电路板与压电陶瓷连接，用于处理和存储压电陶瓷的电压信号，并基于电压信号计算井筒环空压力值。本实用新型采用压电陶瓷原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。

Description

一种压电式井筒环空压力传感器

技术领域

本实用新型涉及地质钻井及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种压电式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。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种压电式井筒环空压力传感器，采用压电陶瓷原理测量压力，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，本实用新型采用了一种技术方案：一种压电式井筒环空压力传感器，所述压电式井筒环空压力传感器包括外壳、与所述外壳连接的底座、与所述底座连接的电池舱和电路舱；

所述外壳的内部设有下垫、设于所述下垫上的压电陶瓷，井筒环空压力造成所述外壳变形而使其内部的所述压电陶瓷受压力产生变形，通过所述压电陶瓷受压力产生变形并输出的电压信号反映井筒环空压力；

所述底座的下面设有上垫，所述底座的上面连接有所述电池舱和电路舱，通过所述上垫和下垫将所述压电陶瓷固定；

所述电池舱内设有电池和用于固定所述电池的弹簧，所述电池用于供电；所述电路舱内设有固定座、安装在所述固定座上的电路板，所述电路板与压电陶瓷连接，用于处理和存储所述压电陶瓷的电压信号，并基于电压信号计算井筒环空压力值。

进一步地，所述外壳的内部设有阶梯凹槽，在所述外壳的阶梯凹槽的第一阶内放置垫片，在所述外壳的阶梯凹槽的第二阶内放置所述下垫。

进一步地，所述底座上还设有第一通孔，所述外壳设有第二通孔，第一螺钉穿过所述底座的第一通孔后旋入所述外壳的第二通孔，将所述底座与外壳相连接的同时将所述垫片压紧进行密封，同时还通过所述上垫将所述压电陶瓷压紧，将所述压电陶瓷固定。

进一步地，所述底座的上面、下面分别对应设有上凹槽、下凹槽，所述上垫设于所述底座的下凹槽内，所述电路舱和电池舱分别通过所述底座的上凹槽与所述底座连接。

进一步地，所述底座的上凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述电路舱通过所述第一凹槽与底座相连接，所述电池舱通过所述第二凹槽与底座相连接。

进一步地，在所述底座的第一凹槽内放置第一垫圈，所述电路舱通过所述第一凹槽与底座相连接的同时将所述第一垫圈压紧进行密封。

进一步地，在所述底座的第二凹槽内放置第二垫圈，所述电池舱通过所述第二凹槽与底座相连接的同时将所述第二垫圈压紧进行密封。

进一步地，所述电路舱上设有第三通孔，所述固定座安装在所述电路舱的第三通孔内。

进一步地，所述固定座上设有第四通孔，所述电路板上设有第五通孔，所述电路板放置在所述固定座上，第二螺钉穿过所述电路板的第五通孔后旋入所述固定座上的第四通孔内，将所述电路板固定。

进一步地，所述电池舱的内部设有第六通孔，在所述电池舱的第六通孔内安装两个弹簧和置于两个弹簧之间的电池，两个弹簧将放置在其之间的所述电池夹紧进行固定。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用压电陶瓷原理进行设计，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。

附图说明

图1是本实用新型的压电式井筒环空压力传感器的主视图；

图2是本实用新型的压电式井筒环空压力传感器的俯视图；

图3是本实用新型的压电式井筒环空压力传感器的右视图；

图4是本实用新型的压电式井筒环空压力传感器的组成示意图。

图中：1-电路舱，2-电路板，3-第二螺钉，4-第一垫圈，5-上垫，6-压电陶瓷，7-外壳， 8-下垫，9-垫片，10-第二垫圈，11-底座，12-电池舱，13-电池，14-弹簧，15-固定座，16-第一螺钉，17-阶梯凹槽，18-上凹槽，19-下凹槽，20-第一凹槽，21-第二凹槽，22-第一通孔，23-第二通孔，24-第三通孔，25-第四通孔，26-第五通孔，27-第六通孔，28-导线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

如图1-4所示，本实用新型的实施例公开了一种压电式井筒环空压力传感器，包括外壳7、与所述外壳7连接的底座11、与所述底座11连接的电池舱12和电路舱1。

所述外壳7的内部设有阶梯凹槽17，在所述外壳7的阶梯凹槽17内设有下垫8、压电陶瓷6和垫片9。优选的，在所述外壳7的阶梯凹槽17的第一阶内放置垫片9，在所述外壳7 的阶梯凹槽17的第二阶内放置所述下垫8，在所述下垫8上放置压电陶瓷6。

所述底座11的上面、下面分别对应设有上凹槽18、下凹槽19(图中未画出所述上凹槽 18、下凹槽19)，在所述底座11的下凹槽19内设有上垫5，例如，所述上垫5粘贴在所述底座11的下凹槽19内，所述底座11的上凹槽18内连接有所述电路舱1和电池舱12。优选的，所述上垫5和下垫8均是橡胶垫。其中，所述底座11的上凹槽18包括第一凹槽20(图中以左边为例)和第二凹槽21(图中以右边为例)，在所述底座11的第一凹槽20和第二凹槽21内分别对应放置第一垫圈4和第二垫圈10，所述电路舱1通过所述第一凹槽20与底座 11相连接的同时将所述第一垫圈4压紧进行密封，所述电池舱12通过所述第二凹槽21与底座11相连接的同时将所述第二垫圈10压紧进行密封。优选的，所述第一凹槽21和第二凹槽 21均为螺纹凹槽，所述电路舱1和电池舱12均通过螺纹与所述底座11相连接。优选的，所述第一垫圈4和第二垫圈10的外形均设计为O型圈。

所述底座11上还设有第一通孔22(图中未画出所述第一通孔22)，所述外壳7设有第二通孔23(图中未画出下所述第二通孔23)，第一螺钉16穿过所述底座11上的第一通孔22后旋入所述外壳7的第二通孔23，将所述底座11与外壳7相连接的同时将所述垫片9压紧进行密封，同时还通过所述上垫5将所述压电陶瓷6压紧，将所述压电陶瓷6固定。优选的，所述第一通孔22和第二通孔23均为螺纹孔。

所述电路舱1的底部设有第三通孔24，在所述电路舱1的第三通孔24内安装固定座15，优选的，所述电路舱1的第三通孔24为螺纹孔，所述固定座15通过螺纹旋入所述电路舱1的螺纹孔内。所述固定座15上设有第四通孔25(图中未画出下所述第四通孔25)，所述电路板2上设有第五通孔26(图中未画出下所述第五通孔26)，所述电路板2放置在所述固定座15上，第二螺钉3穿过所述电路板2的第五通孔26后旋入所述固定座15上的第四通孔 25内，将所述电路板2固定。优选的，所述第四通孔25、第五通孔26均为螺纹孔。

所述电池舱12的内部设有第六通孔27，在所述电池舱12的第六通孔27内安装有弹簧 14、电池13，优选的，所述弹簧14的数量为两个，所述电池13放置在两个弹簧14之间。当所述电池舱12通过螺纹与所述底座11相连接的同时，两个弹簧14将所述电池13夹紧进行固定。所述电池13用于供电，例如，为所述电路板2、压电陶瓷6等供电。优选的，所述电池13的外形设计为柱状。

本实用新型的传感器的工作原理为：当传感器放置在井筒环空内时，液体将给所述外壳 7施加压力，此时所述外壳7的变形力将压缩所述压电陶瓷6，所述压电陶瓷6受压力后产生变形并输出电压信号，压力的大小与所述压电陶瓷6输出的电压信号值大小成正比例关系，输出信号经导线28(图中未画出连接的导线28)输入所述电路板2，通过所述电路板2进行进一步的处理并计算出井筒环空压力值及存储。待仪器提出地表后，将所述电路舱1拧卸，通过专用软件便可读取所述电路板1内存储的压力数据。例如，井筒环空压力值可根据公式 (1)计算：

F＝kv+a (1)

其中，F为井筒环空压力；k为标定系数，为常量；v为所述电路板2输出的所述压电陶瓷6的电压值；a为常量。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本传感器采用压电陶瓷原理进行设计，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。

值得说明的是：在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

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。

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

Claims (10)

1.一种压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述压电式井筒环空压力传感器包括外壳、与所述外壳连接的底座、与所述底座连接的电池舱和电路舱；

所述外壳的内部设有下垫、设于所述下垫上的压电陶瓷，井筒环空压力造成所述外壳变形而使其内部的所述压电陶瓷受压力产生变形，通过所述压电陶瓷受压力产生变形并输出的电压信号反映井筒环空压力；

所述底座的下面设有上垫，所述底座的上面连接有所述电池舱和电路舱，通过所述上垫和下垫将所述压电陶瓷固定；

所述电池舱内设有电池和用于固定所述电池的弹簧，所述电池用于供电；所述电路舱内设有固定座、安装在所述固定座上的电路板，所述电路板与压电陶瓷连接，用于处理和存储所述压电陶瓷的电压信号，并基于电压信号计算井筒环空压力值。

2.根据权利要求1所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述外壳的内部设有阶梯凹槽，在所述外壳的阶梯凹槽的第一阶内放置垫片，在所述外壳的阶梯凹槽的第二阶内放置所述下垫。

3.根据权利要求2所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述底座上还设有第一通孔，所述外壳设有第二通孔，第一螺钉穿过所述底座的第一通孔后旋入所述外壳的第二通孔，将所述底座与外壳相连接的同时将所述垫片压紧进行密封，同时还通过所述上垫将所述压电陶瓷压紧，将所述压电陶瓷固定。

4.根据权利要求1所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述底座的上面、下面分别对应设有上凹槽、下凹槽，所述上垫设于所述底座的下凹槽内，所述电路舱和电池舱分别通过所述底座的上凹槽与所述底座连接。

5.根据权利要求4所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述底座的上凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述电路舱通过所述第一凹槽与底座相连接，所述电池舱通过所述第二凹槽与底座相连接。

6.根据权利要求5所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述底座的第一凹槽内放置第一垫圈，所述电路舱通过所述第一凹槽与底座相连接的同时将所述第一垫圈压紧进行密封。

7.根据权利要求5所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：在所述底座的第二凹槽内放置第二垫圈，所述电池舱通过所述第二凹槽与底座相连接的同时将所述第二垫圈压紧进行密封。

8.根据权利要求1所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电路舱上设有第三通孔，所述固定座安装在所述电路舱的第三通孔内。

9.根据权利要求1所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述固定座上设有第四通孔，所述电路板上设有第五通孔，所述电路板放置在所述固定座上，第二螺钉穿过所述电路板的第五通孔后旋入所述固定座上的第四通孔内，将所述电路板固定。

10.根据权利要求1所述的压电式井筒环空压力传感器，其特征在于：所述电池舱的内部设有第六通孔，在所述电池舱的第六通孔内安装两个弹簧和置于两个弹簧之间的电池，两个弹簧将放置在其之间的所述电池夹紧进行固定。