CN214836307U - 一种液压式井下张力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压式井下张力装置，包括缸体、活塞杆、平衡活塞和压力传感器，活塞杆具有杆体和活塞体，缸体包括上缸筒和下缸筒，上缸筒内腔的位于杆体上方的空间形成上油腔，下缸筒内腔的位于该活塞体下方的空间形成下油腔；平衡活塞滑动套接在杆体的外侧；下缸筒的内壁具有环形凸起，环形凸起与该活塞体之间的空间形成压力腔，环形凸起与平衡活塞之间的空间形成井液容纳腔；压力传感器安装在所述活塞体上，压力传感器的一端伸入压力腔而另一端伸入下油腔。本实用新型通过压力传感器测量液压油的压力和结构中设计好的压力面来计算得到井下张力装置受到的张力，测量精度更高，性能稳定可靠。

Description

一种液压式井下张力装置

技术领域

本实用新型属于井下测量装备领域，更具体地，涉及一种液压式井下张力装置。

背景技术

实际石油测井过程中，需要实时观察井口电缆和井下电缆头的受力情况，以便区分是电缆遇卡还是仪器遇卡。如果判断错误而采取不当的措施，就会造成电缆被拉断或仪器掉入井内，照成重大损失。

目前的张力短节一般都采用测力传感器来获取井下张力数据，井下张力数据变化较大，正常测井时一般是几百公斤不超过一吨，卡井后可能会有几吨的拉力，而测力传感器的精度与量程呈反比。为了防止测力传感器超量程损坏，一般选用量程超过5吨的测力传感器，导致测量精度较低。测力传感器在井下150℃高温多次受力后会产生蠕变，导致输出灵敏度变化，需要返厂重新校核，影响仪器使用。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种液压式井下张力装置，其结构简单，性能稳定可靠，适用于各种井下作业的张力测量。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种液压式井下张力装置，其特征在于，包括缸体、活塞杆、平衡活塞和压力传感器，其中：

所述活塞杆位于所述缸体内并且竖直设置，所述活塞杆具有从上至下依次设置的杆体和活塞体，所述缸体包括上缸筒和下缸筒，所述上缸筒的下端伸入所述下缸筒的内腔，所述上缸筒与下缸筒滑动连接并且两者密封连接，所述上缸筒的内壁固定连接所述杆体的上端并且所述上缸筒与所述杆体密封连接，该上缸筒内腔的位于所述杆体上方的空间形成上油腔，所述下缸筒与所述活塞体滑动连接并且两者密封连接，所述下缸筒内腔的位于该活塞体下方的空间形成下油腔，沿该活塞杆的轴向设置有用于连通上油腔和下油腔的轴向贯穿孔，沿该活塞杆的侧壁设置有与该轴向贯穿孔连通的径向通孔；

所述平衡活塞滑动套接在所述杆体的外侧，所述杆体和所述下缸筒分别与所述平衡活塞密封连接，所述平衡活塞与所述上缸筒下端之间的空间形成平衡腔，所述平衡腔与所述径向通孔连通；

所述下缸筒的内壁具有环形凸起，所述杆体与所述环形凸起滑动连接并且两者密封连接，该环形凸起与该活塞体之间的空间形成压力腔，该环形凸起与该平衡活塞之间的空间形成井液容纳腔；

所述压力传感器安装在所述活塞体上，该压力传感器的一端伸入该压力腔而另一端伸入该下油腔，以用于测量压力腔和下油腔的油压差；

所述下缸筒上设置有与所述压力腔连通的第一注油孔，所述缸体上设置有与所述下油腔连通的第二注油孔，所述下缸筒上设置有用于向所述井液容纳腔引入外部井液的第三注油孔。

优选地，所述上缸筒的外壁设置有用于限制所述下缸筒向上的移动行程的限位台阶。

优选地，所述压力传感器为差压传感器。

优选地，所述上缸筒的内壁与所述杆体的上端通过螺纹连接。

优选地，所述上缸筒与下缸筒通过密封圈实现密封连接。

优选地，所述下缸筒与所述活塞体通过密封圈实现密封连接。

优选地，所述杆体和所述下缸筒分别通过密封圈与所述平衡活塞密封连接。

优选地，所述杆体与所述环形凸起通过密封圈实现密封连接。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本实用新型采用缸体、活塞杆、平衡活塞和压力传感器的配合，将井下张力装置受到的拉力或压力转换为缸体内部液压油的压力变化，然后通过压力传感器测量液压油的压力和结构中设计好的压力面来计算得到井下张力装置受到的张力，用压力传感器代替测拉力传感器来取得张力数据，张力的测量精度更高，而且本实用新型结构简单，性能稳定可靠，适用于各种井下作业的张力测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种液压式井下张力装置，包括缸体2、活塞杆4、平衡活塞3和压力传感器7，缸体2的上下两端均封闭，其中：

所述活塞杆4位于所述缸体2内并且竖直设置，所述活塞杆4具有从上至下依次设置的杆体17和活塞体18，所述缸体2包括上缸筒1和下缸筒8，所述上缸筒1的下端伸入所述下缸筒8的内腔，所述上缸筒1与下缸筒8滑动连接并且两者密封连接，两者间隙配合，通过密封圈实现密封。所述上缸筒1的外壁设置有用于限制所述下缸筒8向上的移动行程的限位台阶14。所述上缸筒1的内壁固定连接所述杆体17的上端并且所述上缸筒1与所述杆体17密封连接，所述上缸筒1的内壁与所述杆体17的上端优选通过螺纹连接，上缸筒1的下端具有内螺纹，与活塞杆4上端的外螺纹连接。该上缸筒1内腔的位于所述杆体17上方的空间形成上油腔9，所述下缸筒8与所述活塞体18滑动连接并且两者密封连接，所述下缸筒8与所述活塞体18优选通过密封圈实现密封连接。所述下缸筒8内腔的位于该活塞体18下方的空间形成下油腔12，沿该活塞杆4的轴向设置有用于连通上油腔9和下油腔12的轴向贯穿孔15，沿该活塞杆4的侧壁设置有与该轴向贯穿孔15连通的径向通孔16。

所述平衡活塞3滑动套接在所述杆体17的外侧，所述杆体17和所述下缸筒8分别与所述平衡活塞3密封连接，优选分别通过密封圈与所述平衡活塞3密封连接。所述平衡活塞3与所述上缸筒1下端之间的空间形成平衡腔，所述平衡腔与所述径向通孔16连通。平衡活塞3位于下缸筒8上端内部与活塞杆4外部之间，可以在杆体17活动，平衡活塞3上有两道密封圈将张力内部油腔与外部井液隔开。

所述下缸筒8的内壁具有环形凸起13，所述杆体17与所述环形凸起13滑动连接并且两者密封连接，所述杆体17与所述环形凸起13优选通过密封圈实现密封连接。该环形凸起13与该活塞体18之间的空间形成压力腔6，该环形凸起13与该平衡活塞3之间的空间形成井液容纳腔11。井液容纳腔11和平衡油腔10通过平衡活塞3在杆体17上的滑动来保持压力平衡。

所述压力传感器7优选为差压传感器，所述压力传感器7安装在所述活塞体18上，该压力传感器7的一端伸入该压力腔6而另一端伸入该下油腔12，以用于测量压力腔6和下油腔12的油压差。

所述下缸筒8上设置有与所述压力腔6连通的第一注油孔5，所述缸体2上设置有与所述下油腔12连通的第二注油孔，第二注油孔可设置在上缸筒1和/或下缸筒8上，所述下缸筒8上设置有用于向所述井液容纳腔11引入外部井液的第三注油孔19。为了注油方便，一般通向同一个油腔的注油孔对称分布在油腔的两侧，参见图1，第一注油孔5和第三注油孔19都设置有两个，并各自对称分布，图中第二注油孔未示出。

张力装置下井前，先通过第一注油孔5和第二注油孔向压力腔6内部注入液压油，液压油会推动活塞体18带动上缸筒1移动，上缸筒1移动至上缸筒1的限位台阶14与下缸筒8的上端之间的距离为L，然后往下油腔12内注液压油，下油腔12内的液压油会经轴向贯穿孔15、径向通孔16至上油腔9和平衡油腔10，平衡油腔10内的液压油使平衡活塞3会移动到图1所示位置(注油缸体2内部的压力腔6、上油腔9、下油腔12、平衡油腔10等抽真空)。

下井后，张力装置的缸体2受井液压力，井液进入井液容纳腔11，平衡活塞3将井液与液压油隔开，但井液的压力通过平衡活塞3传递给平衡油腔10，平衡油腔10与上油腔9、下油腔12连通，压力保持一致。上油腔9和下油腔12内的液压油压力通过活塞杆4下部的活塞体18传递至压力腔6至压力腔6内部压力上升直至压力平衡，忽略摩擦力和重力的影响，此时压力腔6、上油腔9、下油腔12、平衡油腔10等腔内液压力与井液压力一样，压力传感器7的压力为0。

当井下张力装置受到拉力时，此时上缸筒1受到向上的拉力，下缸筒8受到向下的拉力，上缸筒1和下缸筒8分别向两端移动，活塞杆4与上缸筒1一起向上移动，下缸筒8向下移动，导致下油腔12体积增加，压力腔6体积减小。由于下油腔12体积增加，内部油压减小，与其连通的平衡油腔10压力同样减小，导致平衡活塞3上下压力不平衡而向上移动(此时平衡油腔10内的液压油会被挤到上油腔9、下油腔12)，直至平衡油腔10内的油压升至与井液压力相同，平衡活塞3重新恢复平衡。此过程中，压力腔6体积会减小，其内液压油压力增加，增加的压力对下缸筒8的环形凸起13产生向上的力，该向上的力与下缸筒8所受的向下拉力相同时达到力平衡，压力腔6的体积不再减小。此时压力传感器7压力为+P₁，已知压力腔6内液压油对下缸筒8的压力面积为S，可以计算得到井下张力装置受到的拉力F＝P₁S。

当井下张力装置受到压力时，与上文的受拉力情况受力相反，各构件的运动和各腔的大小调整情况可参考上文。压力传感器7压力为-P₂，可以计算得到井下张力装置受到的压力F＝P₂S。当井液压力为P₀时，由于压力传感器7可以测得的最大压差P₂≤P₀，即张力装置测得的压力值F＝P₂S≤P₀S。由于张力装置井下作业主要测量拉力，对此影响不大，压力传感器7测量压差范围在±100Mpa内可以达到很高的精度，下缸筒8与压力腔6的压力面积可以达到1000㎜²以上，拉力量程可以到10吨，在井下1000米深以上(压力超过10Mpa)，压力量程可超过1吨。

需要说明是的，本实用新型所提到的“连通”，可以是直接连通，也可以是通过其它流道间接连通。

需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液压式井下张力装置，其特征在于，包括缸体、活塞杆、平衡活塞和压力传感器，其中：

所述活塞杆位于所述缸体内并且竖直设置，所述活塞杆具有从上至下依次设置的杆体和活塞体，所述缸体包括上缸筒和下缸筒，所述上缸筒的下端伸入所述下缸筒的内腔，所述上缸筒与下缸筒滑动连接并且两者密封连接，所述上缸筒的内壁固定连接所述杆体的上端并且所述上缸筒与所述杆体密封连接，该上缸筒内腔的位于所述杆体上方的空间形成上油腔，所述下缸筒与所述活塞体滑动连接并且两者密封连接，所述下缸筒内腔的位于该活塞体下方的空间形成下油腔，沿该活塞杆的轴向设置有用于连通上油腔和下油腔的轴向贯穿孔，沿该活塞杆的侧壁设置有与该轴向贯穿孔连通的径向通孔；

所述平衡活塞滑动套接在所述杆体的外侧，所述杆体和所述下缸筒分别与所述平衡活塞密封连接，所述平衡活塞与所述上缸筒下端之间的空间形成平衡腔，所述平衡腔与所述径向通孔连通；

所述下缸筒的内壁具有环形凸起，所述杆体与所述环形凸起滑动连接并且两者密封连接，该环形凸起与该活塞体之间的空间形成压力腔，该环形凸起与该平衡活塞之间的空间形成井液容纳腔；

所述压力传感器安装在所述活塞体上，该压力传感器的一端伸入该压力腔而另一端伸入该下油腔，以用于测量压力腔和下油腔的油压差；

所述下缸筒上设置有与所述压力腔连通的第一注油孔，所述缸体上设置有与所述下油腔连通的第二注油孔，所述下缸筒上设置有用于向所述井液容纳腔引入外部井液的第三注油孔。

2.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述上缸筒的外壁设置有用于限制所述下缸筒向上的移动行程的限位台阶。

3.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述压力传感器为差压传感器。

4.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述上缸筒的内壁与所述杆体的上端通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述上缸筒与下缸筒通过密封圈实现密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述下缸筒与所述活塞体通过密封圈实现密封连接。

7.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述杆体和所述下缸筒分别通过密封圈与所述平衡活塞密封连接。

8.根据权利要求1所述的一种液压式井下张力装置，其特征在于，所述杆体与所述环形凸起通过密封圈实现密封连接。

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