CN210738551U - 一种注水管柱实时测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于油气田井下工具检测的注水管柱实时测量装置，该注水管柱实时测量装置包括井下检测短节、数据提取短节和地面接收装置，该井下检测短节包括上接头，下接头，两道第三O型密封圈，两道第四O型密封圈，内中心管和外中心管，该井下检测短节通过该上接头和该下接头与油管相连，该外中心管通过螺纹分别与该上接头和该下接头连接固定在一起，该外中心管与该下接头之间固定安装有所述两道第四O型密封圈，该内中心管与该外中心管之间通过螺纹连接固定在一起，而且两者之间装有所述两道第三O型密封圈。

Description

一种注水管柱实时测量装置

技术领域

本实用新型涉及油气田井下工具检测装置技术领域，特别是涉及到一种注水管柱实时测量装置。

背景技术

注水管柱在井下受多种载荷影响，同时在工作过程中受活塞效应、鼓胀效应、弯曲效应、温度效应的影响，受力状况十分复杂，对管柱的可靠性提出了较高的要求。同时，由于压力、温度等井况条件的变化，易造成封隔器蠕动，在海上的注水排量、井下温度等变化更大，影响注水管柱使用效果和寿命。在分层注水施工和生产过程中，注水压力高，井下管柱受力、蠕动状况复杂，通常采用理论计算方法，但由于井况、参数不同，计算误差较大，管柱受力、蠕动状况难以准确掌握，所以需要设计一种注水管柱实时测量装置，较准确掌握井下管柱的轴向力与变形情况，定量检测井下注水管柱受力情况，为管柱设计、管柱受力分析提供直接的数据依据，但是目前测量试验装置主要是将短节置于井下，待作业结束后起出管柱，将测量短节与上位机相连，借助相应的软件读取、处理并显示储存在测量短节中的数据。为此我们发明了一种新的注水管柱实时测量装置，解决了以上技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种检测井下受力情况的注水管柱实时测量装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有装置无法实时监测井下管柱工作参数的问题。

本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：

该注水管柱实时测量装置包括井下检测短节、数据提取短节和地面接收装置，该井下检测短节安装在油管上，并随油管下入到井下(2000米以内)，检测井下数据信号，并将井下数据信号传输给该数据提取短节，该数据提取短节通过电缆下放，靠近于该井下检测短节，利用无线短传技术提取井下数据信号，并进行数据存储，将该数据提取短节取出，该地面接收装置连接于该数据提取短节，读取、处理及显示传输过来的井下数据信号。

本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：

该井下检测短节包括上接头，下接头，两道第三O型密封圈，两道第四O型密封圈，内中心管和外中心管，该井下检测短节通过该上接头和该下接头与油管相连，该外中心管通过螺纹分别与该上接头和该下接头连接固定在一起，该外中心管与该下接头之间固定安装有所述两道第四O型密封圈，该内中心管与该外中心管之间通过螺纹连接固定在一起，而且两者之间装有所述两道第三O型密封圈。

该井下检测短节还包括两道第一O型密封圈，两道第二O型密封圈和密封块，该内中心管与该上接头之间的连接靠该上接头的过盈配合，该密封块靠近该上接头，通过该上接头的旋进，挤压该密封块，完成该内中心管与该上接头之间的密封，该密封块与该内中心管之间有所述两道第一O型密封圈，该密封块与该外中心管之间有所述两道第二O型密封圈，构成一个完整的密封空间。

该井下检测短节还包括电源、电路板、温度传感器、内、外压传感器、应变片、引线孔、内压引压孔和外压引压孔，该电源、该电路板、该温度传感器、该内、外压传感器和该应变片均位于该密封空间内，该电源和该电路板固定安装在该密封空间上端的内壁上，该电源连接于该电路板,以进行供电,该应变片安装在该密封空间上端的外壁上，该内、外压传感器固定安装在该密封空间下端的右侧内壁，该温度传感器固定安装在该密封空间下端的左侧内壁，在该内中心管的右侧内有连通该密封空间与该井下检测短节内部的该引线孔以及在该内中心管的左侧内有连通该密封空间与该井下检测短节内部的该内压引压孔，在该外中心管的右侧内有连通该密封空间与该井下检测短节外部的该外压引压孔。

该电路板包括FLASH闪存模块、STM32单片机、稳压模块、信号转换模块、无线传输模块，该稳压模块连接于该电源,该电源输出的电信号通过该稳压模块的处理后，为该电路板中的各个模块进行供电,该应变片、该温度传感器和该内、外压传感器的接线端子分别与该电路板的输入端子电连接在一起，该电源的接线端子与该电路板的输入端子连接在一起，该无线传输模块的无线信号传输天线安装在该引线孔，方便传输无线信号；该信号转换模块连接于该温度传感器、该内、外压传感器以及该应变片,该温度传感器、该内、外压传感器和该应变片测得的温度、内外压、拉压力信号经过该信号转换模块进行降压后发送给该STM32单片机,该STM32单片机连接于该信号转换模块和该FLASH闪存模块,该STM32单片机将信号进行处理连同时间一同打包存储到该FLASH闪存模块中，并传输给该无线传输模块，该无线传输模块连接于该STM32单片机,通过该无线传输模块的发射线圈，向井下发送携带电能的无线信号。

该数据提取短节包括马笼头和数据提取短节本体，两者固定安装在一起，形成一个数据提取短节密封空间，该数据提取短节密封空间包含数据提取短节电路板和总线，该数据提取短节电路板包括第二FLASH闪存模块、第二STM32单片机和无线接收模块；该无线接收模块的接收线圈的输出端与该第二STM32单片机相连，该无线接收模块接收该无线传输模块发送的信号，并发送到该第二STM32单片机，该第二STM32单片机将信号进行处理并打包存储到该第二FLASH闪存模块中，该第二STM32单片机分别与该第二FLASH闪存模块和该总线相连，将该数据提取短节取出后与该地面接收装置相连，该地面接收装置给该第二STM32单片机发送信号，该第二STM32单片机接收到字符后，读取该第二FLASH闪存模块中的数据，沿相反路径将数据传回到该地面接收装置中，完成数据传输。

该数据提取短节本体的右侧有连通该密封空间与该数据提取短节外部的数据提取短节引线孔，该无线接收模块的无线信号接收天线安装在该数据提取短节引线孔，方便接收无线信号。

该数据提取短节本体的下端设计螺纹，可人为连接增重码块，便于下放装置下井。

本实用新型结构合理，通过井下检测短节、数据提取短节以及地面接收装置的配合使用，根据井下检测短节安装的位置(井下2000米以内)，下放数据提取短节通过无线短传技术提取井下检测短节测量的数据，通过握手协议实现信息交换，并将信号储存，待数据提取短节取出后与地面接收装置相连，读取、处理及显示传输过来的井下数据信号，可以实现实时监测井下注水管柱工作参数，不需要等待作业结束后起出管柱再读取数据，具有操作方便，节省作业时间以及成本、适用范围广等特点，不影响正常注水施工和工艺流程，并以此指导施工管柱的设计和分层注水工作参数的合理选择，可有效的避免发生管柱失效事故，对于提高管柱和工具设计的可靠性具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例中井下检测短节示意图；

图2为本实用新型实施例中数据提取短节示意图；

图3为本实用新型实施例中地面接收装置示意图；

图4为本实用新型实施例中数据采集电路板示意图；

图5为本实用新型实施例的结构示意图。

附图中的编码分别为：1上接头，2第一O形密封圈，3第二O形密封圈，4密封块，5应变片，6内中心管，7外中心管，8电源，9电路板，10温度传感器，11内、外压传感器，12密封空间，13引线孔，14内压引压孔，15外压引压孔，16第三O形密封圈，17第四O形密封圈，18下接头，19马笼头，20数据提取短节本体，21数据提取短节密封空间，22数据提取短节电路板，23数据提取短节引线孔，24计算机，25总线，9-1稳压模块，9-2信号转换模块，9-3 FLASH闪存模块，9-4 STM32单片机，9-5无线传输模块,100井下检测短节，200数据提取短节，300地面接收装置。

具体实施方式

为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图5所示，图5为本实用新型的注水管柱实时测量装置的结构图。该注水管柱实时测量装置包括井下检测短节100、数据提取短节200和地面接收装置300。井下检测短节100安装在油管上，并随油管下入到井下(2000米以内)，检测井下数据信号，并将井下数据信号传输给该数据提取短节200。该数据提取短节200通过电缆下放，靠近于该井下检测短节100，利用无线短传技术提取井下数据信号，并进行数据存储，将该数据提取短节200取出，该地面接收装置300连接于该数据提取短节200，读取、处理及显示传输过来的井下数据信号。

如图1所示，图1为井下检测短节的结构图，通过上接头1和下接头18与油管相连，将短节安装在油管上，并随油管下入到井下(2000米以内)，在井下进行数据监测。通过外中心管7的螺纹分别与上接头1和下接头18连接固定在一起，外中心管7与下接头18之间的固定安装有两道密封圈(第四O型密封圈17)，内中心管6与外中心管7之间通过螺纹连接固定在一起，而且两者之间装有两道密封圈(第三O型密封圈16)，内中管6与上接头1之间的连接靠上接头1的过盈配合，为密封更紧密，在靠近上接头1附近安装密封块4，通过上接头1的旋进，挤压密封块4，完成密封，密封块4与内中心管6之间有两道密封圈(第一O型密封圈2)，密封块4与外中心管7之间有两道密封圈(第二O型密封圈3)，构成一个完整的密封空间12。该密封空间12包含电源8、电路板9、温度传感器10、内、外压传感器11、应变片5，电路板9包括稳压模块9-1、信号转换模块9-2、FLASH闪存模块9-3、STM32单片机9-4、无线传输模块9-5等。电源8和电路板9固定安装在密封空间12上端的内壁上，应变片5安装在密封空间12上端的外壁上，内、外压传感器11固定安装在密封空间12下端的右侧内壁，温度传感器10固定安装在密封空间12下端的左侧内壁，在内中心管6的右侧内有连通密封空间12与井下检测短节100内部的引线孔13以及在内中心管6的左侧内有连通密封空间12与井下检测短节100内部内压引压孔14，在外中心管7的右侧内有连通密封空间12与井下检测短节100外部的外压引压孔15。

应变片5、温度传感器10和内、外压传感器11的接线端子分别与电路板9的输入端子连接在一起，电源8的接线端子与电路板9的输入端子连接在一起，无线传输模块9-5的无线信号传输天线安装在引线孔13，方便传输无线信号；无线传输模块9-5的发射线圈，向井下发送携带电能的无线信号；所述FLASH闪存模块9-3是将应变片5测得的拉压力、温度传感器10测得的温度以及和内、外压传感器11测得的内外压等信号存储，既可以用下放数据提取短节的形式提取拉压力、温度、内外压等信号，也可以等井下作业完毕后起出管柱后再提取信号。

如图2所示，图2为数据提取短节的结构图，数据提取短节包括马笼头19，数据提取短节本体20，两者固定安装在一起，形成一个数据提取短节密封空间21，该数据提取短节密封空间21包含数据提取短节电路板22、总线25等，数据提取短节电路板22包括第二FLASH闪存模块、第二STM32单片机、无线接收模块等，无线接收模块的接收线圈的输出端与第二STM32单片机相连，无线接收模块将井下检测短节100的电路板9的无线传输模块9-5发送的信号接收，并发送到第二STM32单片机，第二STM32单片机将信号进行处理并打包存储到第二FLASH闪存模块中，第二STM32单片机与第二FLASH闪存模块和总线相连，将该数据提取短节200取出后与该地面接收装置300相连，当地面接收装置300给该第二STM32单片机发送信号，该第二STM32单片机接收到字符后，读取第二FLASH闪存模块中的数据，沿相反路径将数据传回到地面接收装置300中，完成数据传输。总线25提供数据提取短节的电源及数据通讯的线路。数据提取短节本体20右侧有连通密封空间21外部的数据提取短节引线孔23，无线接收模块的无线信号接收天线安装在数据提取短节引线孔23，方便接收无线信号。当该数据提取短节200接近井下检测短节100时，接收传输的检测信号，通过协议实现信息交换，并将信号储存，数据提取短节200的下端设计螺纹，可人为连接增重码块，便于下放装置下井。

如图3所示，图3为地面接收装置的结构图，地面接收装置包括计算机24以及总线25，总线25提供数据提取短节的电源及数据通讯的线路，将接收的检测信号由总线25传入计算机24，借助相应的软件读取、处理并显示传输的检测数据。

如图4所示，图4为数据采集电路板的结构图，电路板9上包括稳压模块9-1、信号转换模块9-2、FLASH闪存模块9-3、STM32单片机9-4、无线传输模块9-5等。电源8和稳压模块9-1相连，电源8输出的电信号通过稳压模块9-1的处理后，给电路板9中的各个模块进行供电，信号转换模块9-2分别和应变片5、温度传感器10、内、外压传感器11、STM32单片机9-4相连，应变片5、温度传感器10和内、外压传感器11测得的拉压力、温度、内外压等信号经过信号转换模块9-2进行降压然后发送给STM32单片机9-4，STM32单片机9-4分别和FLASH闪存模块9-3以及无线传输模块9-5相连，STM32单片机9-4将信号进行处理连同时间一同打包存储到FLASH闪存模块9-3中，并传输给无线传输模块9-5，通过无线传输模块9-5的发射线圈，用于向井下无线接收模块发送携带电能的无线信号；相应的数据提取短节电路板22的无线接收模块的接收线圈接收无线传输模块9-5发送的信号，并将该信号发送到数据提取短节电路板22的第二STM32单片机，数据提取短节电路板22的第二STM32单片机与数据提取短节电路板22的第二FLASH闪存模块和总线相连，数据提取短节电路板22的第二STM32单片机将信号进行处理并打包存储到数据提取短节电路板22的第二FLASH闪存模块中，将数据提取短节200取出后与计算机24相连，当计算机24向数据提取短节电路板22的第二STM32单片机发送指定字符，信号通过总线25发送到数据提取短节电路板22的第二STM32单片机，数据提取短节电路板22的第二STM32单片机接收到字符后，读取数据提取短节电路板22的第二FLASH闪存模块中的数据，沿相反路径将数据传回到计算机24中，完成数据传输。

本实用新型中的注水管柱实时测量装置，包括位于井口下方2000米以内任意位置和上下油管相连接的井下检测短节、随电缆下放接收数据的数据提取短节、以及在井口上方的地面接收装置；井下检测短节内部安装有传感检测装置，应变片、电路板及电池等，电路板上有FLASH闪存模块、STM32单片机、信号转换模块、无线传输模块、稳压模块等，无线传输模块的无线信号发射线圈，将测得的信号发射出去；数据提取短节内部含有数据提取短节电路板、总线等；数据提取短节电路板有第二FLASH闪存模块、第二STM32单片机、无线接收模块等模块，无线接收模块有将无线传输模块发送的信号接收的接收线圈，将接收的数据存储，并将数据提取短节取出后地面接收装置相连；地面接收装置含有计算机、总线，具有数据处理、存储功能，将数据进行处理分析。当需要掌握井下注水管柱的受力时，只需要利用电缆将数据提取短节投放到合适的位置，接通电缆电源，数据提取短节接受井下检测短节检测的数据，将该数据提取短节取出后与该地面接收装置相连，通过地面接收装置，获得人们理解的数据，实时显示，绘制动态曲线并进行数据存储。该测试方式能够满足注水过程中、注水停止以及反洗等各种工况变化的受力测试，测试结果更加科学可靠，能够指导下步注水管柱的设计，达到延长注水管柱寿命的目的。

Claims (6)

1.一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，该注水管柱实时测量装置包括井下检测短节、数据提取短节和地面接收装置，该井下检测短节包括上接头，下接头，两道第三O型密封圈，两道第四O型密封圈，内中心管和外中心管，该井下检测短节通过该上接头和该下接头与油管相连，该外中心管通过螺纹分别与该上接头和该下接头连接固定在一起，该外中心管与该下接头之间固定安装有所述两道第四O型密封圈，该内中心管与该外中心管之间通过螺纹连接固定在一起，而且两者之间装有所述两道第三O型密封圈；数据提取短节与马笼头固定安装在一起，形成一个数据提取短节密封空间，该数据提取短节密封空间包含数据提取短节电路板和总线，该数据提取短节电路板包括第二FLASH闪存模块、第二STM32单片机和无线接收模块；该无线接收模块的接收线圈的输出端与该第二STM32单片机相连，该无线接收模块接收该无线传输模块发送的信号，并发送到该第二STM32单片机，该第二STM32单片机将信号进行处理并打包存储到该第二FLASH闪存模块中，该第二STM32单片机分别与该第二FLASH闪存模块和总线相连，将数据提取短节取出后与地面接收装置相连，地面接收装置给该第二STM32单片机发送信号，该第二STM32单片机接收到字符后，读取该第二FLASH闪存模块中的数据，沿相反路径将数据传回到地面接收装置中，完成数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，该井下检测短节还包括两道第一O型密封圈，两道第二O型密封圈和密封块，该内中心管与该上接头之间的连接靠该上接头的过盈配合，该密封块靠近该上接头，通过该上接头的旋进，挤压该密封块，完成该内中心管与该上接头之间的密封，该密封块与该内中心管之间有所述两道第一O型密封圈，该密封块与该外中心管之间有所述两道第二O型密封圈，构成一个完整的密封空间。

3.根据权利要求2所述的一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，该井下检测短节还包括电源、电路板、温度传感器、内、外压传感器、应变片、引线孔、内压引压孔和外压引压孔，该电源、该电路板、该温度传感器、该内、外压传感器和该应变片均位于该密封空间内，该电源和该电路板固定安装在该密封空间上端的内壁上，该电源连接于该电路板,以进行供电,该应变片安装在该密封空间上端的外壁上，该内、外压传感器固定安装在该密封空间下端的右侧内壁，该温度传感器固定安装在该密封空间下端的左侧内壁，在该内中心管的右侧内有连通该密封空间与该井下检测短节内部的该引线孔以及在该内中心管的左侧内有连通该密封空间与该井下检测短节内部的内压引压孔，在该外中心管的右侧内有连通该密封空间与该井下检测短节外部的该外压引压孔。

4.根据权利要求3所述的一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，该电路板包括FLASH闪存模块、STM32单片机、稳压模块、信号转换模块、无线传输模块，该稳压模块连接于该电源,该电源输出的电信号通过该稳压模块的处理后，为该电路板中的各个模块进行供电,该应变片、该温度传感器和该内、外压传感器的接线端子分别与该电路板的输入端子电连接在一起，该电源的接线端子与该电路板的输入端子连接在一起，该无线传输模块的无线信号传输天线安装在该引线孔，方便传输无线信号；该信号转换模块连接于该温度传感器、内、外压传感器以及该应变片,该温度传感器，内、外压传感器和该应变片测得的温度、内外压、拉压力信号经过该信号转换模块进行降压后发送给该STM32单片机,该STM32单片机连接于该信号转换模块和该FLASH闪存模块,该STM32单片机将信号进行处理连同时间一同打包存储到该FLASH闪存模块中，并传输给该无线传输模块，该无线传输模块连接于该STM32单片机,通过该无线传输模块的发射线圈，向井下发送携带电能的无线信号。

5.根据权利要求1所述的一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，数据提取短节本体的右侧内有连通数据提取短节密封空间与数据提取短节外部的数据提取短节引线孔，无线接收模块的无线信号接收天线安装在该数据提取短节引线孔，方便接收无线信号。

6.根据权利要求1所述的一种注水管柱实时测量装置，其特征在于，该数据提取短节本体的下端设计螺纹，可人为连接增重码块，便于下放装置下井。

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