WO2015106590A1 - 潜油井下测温测压装置 - Google Patents
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Abstract
一种潜油井下测温测压装置，包括：机械单元、传感器单元、密封单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体（12），在主壳体内部设有控制单元和传感单元，主壳体的前端通过联接套筒（6）与密封单元连接，后端通过圆形堵盖（13）与底部接头连接，密封单元包括：通过密封圈（2）与密封壳体（3）连接的绝缘密封组件（1），控制单元包括：主控板（9），所述主控板包括：主控单元（91）和通信单元（96）；主控单元对根据所述传感器单元输出的传感信号进行数字量转换并对数字量进行数据处理，计算得出检测值，并将该检测值通过所述通信单元传输到地面；通信单元包括用于与地面远距离数据传输的CAN通信接口模块（961）；所述主控单元通过CAN通信接口模块与地面进行远距离信息交互。该潜油井下测温测压装置，能提供精确的井下检测数据，能提高与井下系统的通信及控制效率。
Description
本实用新型属于石油开采设备控制领域，涉及一种潜油井下测温测压装置。
目前我国和世界其他产油国家，油田上都广泛使用潜油电机来驱动潜油电泵来汲取原油，传统的潜油电泵系统中并没有设置专门的井下测温测压装置，导致在未知井下温度和压力的状态下进行工作，从而采油效率低，甚至会产生烧电机和烧泵现象。
而现有的井下检测装置又存在如下问题：
一、现有的井下检测装置是仅仅将温度传感器或压力传感器本体放入井下，在地面接收传感器输出的电信号(通常为模拟电压信号)，由于距离过长而导致信号衰减，直接影响检测精度。
二、现有的井下检测装置不具有远距离数据通信模块，不支持井下2000多米远距离数据通信，导致各项检测数据传送不稳定不精确，不可实现实时监控井下的温度和压力状态。
三、现有的井下检测装置并未设置专用的绝缘密封组件，信号线连接或机械连接处存在绝缘失效或密封失效的隐患。
综上所述，油田数据检测中涉及众多因素或参数的控制，这些因素或参数的监测与控制也是油田控制系统中重要的一环。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种潜油井下测温测压装置，将对各项数据信号转换为数字量，并通过CAN通信接口模块实现远距离通信，可提高与井下系统的通信及控制效率。
本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种潜油井下测温测压装置，包括：机械单元、传感器单元、密封单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，在主壳体内部设有控制单元和传感单元，主壳体的前端通过联接套筒与密封单元连接，后端通过圆形堵盖与底部接头连接，所述密封单元包括：通过密封圈与密封壳体连接的绝缘密封组件，所述控制单元包括：主控板，所述主控板包括：主控单元和通信单元；
主控单元对根据所述传感器单元输出的传感信号进行数字量转换并对数字量进行
数据处理，计算得出检测值，并将该检测值通过所述通信单元传输到地面；
通信单元包括用于与地面远距离数据传输的CAN通信接口模块；
所述主控单元通过CAN通信接口模块与地面进行远距离信息交互。
为了更加稳固控制单元，所述控制单元通过钣金支架固定设置在所述主壳体内，所述钣金支架的前端通过过度联接块与所述联接套筒相连。
所述主控板还包括：电源输入单元、传感器检测输入单元、输入输出单元和存储单元；
电源输入单元为主控单元及周围信号电路供电，所述周围信号电路包括光耦电路、滤波电路、运放电路；
传感器检测输入单元包括：温度检测输入模块和压力检测输入模块，所述温度检测输入模块和压力检测输入模块将采集的各种温度检测信号和压力检测信号转换为模拟电压信号，并发送到主控单元中；
输入输出单元包括用于所述潜油井下测温测压装置功能扩展的输入信号预留接口和输出信号预留接口；
存储单元存储所述主控单元的数据信息。
更好地，所述温度检测信号包括：井液温度检测信号、电机温度检测信号和预留温度检测信号；所述压力检测信号包括：油井压力检测信号和预留压力检测信号。
另外，所述通信单元还包括：SPI通信接口模块和串行数据通信接口模块；
SPI通信接口模块与所述存储单元实时数据交互；
串行数据通信接口模块与上位机或PC机通信，所述串行数据通信接口模块包括：RS485通信或RS232通信。
所述控制单元还包括：电源板，所述电源板通过所述电源输入单元为主控板分别提供12V和5V电源。
更好地，所述绝缘密封组件包括至少6组绝缘导体，分别将电源线、传感器信号线和地面通信线接入所述潜油井下测温测压装置内。
为了能检测潜油井下测温测压装置的内部压力，所述潜油井下测温测压装置还包括，位于主壳体内的用于检测所述油井压力的压力传感器。
本实用新型提供的潜油井下测温测压装置，可提供精确的井下检测数据，提高了与井下系统的通信及控制效率，并且该装置结构简单可以根据需要灵活设计。此外，本实用新型的井下测温测压装置在井下实时检测各项温度和压力参数，并通过与地面的远距离通信，实时上传到地面。本实用新型的井下测温测压装置适用于所有井下测温测压的场合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细地说明。
图1为本实用新型潜油井下测温测压装置结构爆炸图；
图2A-图2B为本实用新型潜油井下测温测压装置外部结构图；
图3A-图3B为本实用新型密封壳体外部结构图；
图3C为本实用新型密封壳体剖视图；
图4为本实用新型绝缘密封组件中绝缘导体的结构示意图；
图5A-图5B为本实用新型联接套筒外部结构图；
图5C本实用新型联接套筒剖视图；
图6为本实用新型过渡联接块结构示意图；
图7A-图7B为本实用新型钣金支架结构示意图；
图8为本实用新型圆形堵盖结构示意图；
图9A-图9B为本实用新型底部接头外部结构图；
图9C为本实用新型底部接头剖视图；
图10为本实用新型主控板结构示意图。
图1为本实用新型潜油井下测温测压装置结构爆炸图，图2A-图2B为本实用新型潜油井下测温测压装置外部结构图，如图1并参考图2A-图2B所示，本实用新型提供一种潜油井下测温测压装置，包括：机械单元、传感器单元、密封单元和控制单元。
所述机械单元包括：联接套筒6、过度联接块8、钣金支架11、主壳体12、圆形堵盖13和底部接头15，在主壳体12内部设有控制单元和传感器单元，该主壳体12的前端通过联接套筒6与密封单元连接，后端通过圆形堵盖13与底部接头15连接，所述控制单元通过钣金支架11固定设置在所述主壳体12内，所述钣金支架11的前端通过过度联接块8与所述联接套筒6相连。
所述密封单元包括：绝缘密封组件1、密封圈2、密封壳体3、第一密封圈组4、第二密封圈组7和第三密封圈组14，所述绝缘密封组件1通过密封圈2与所述密封壳体3连接，该绝缘密封组件1包括6组绝缘导体，分别将电源线、传感器信号线、地面通信线等接入井下测温测压装内。电源线包括正极电源线和地线；传感器信号线包括电机温度传感器信号线、井液温度传感器信号线；地面通信线包括CAN通信线、
SPI通信线。
传感器单元包括：温度传感器(图中未示出)和压力传感器5。温度传感器可设置在电机上，检测电机温度；可以设置在井液里，检测井液温度。
控制单元包括：主控板9和电源板10，所述电源板10为主控板9分别提供12V和5V电源。
另外，所述潜油井下测温测压装置还包括，位于主壳体12内的用于检测所述油井压力的压力传感器5。当然压力传感器5也可以设置在所述潜油井下测温测压装置的外部，本领域普通技术人员可根据需要自行设定。
图3A-图3B为本实用新型密封壳体外部结构图，图3C为本实用新型密封壳体剖视图，如图3C并参考图3A-图3B所示，密封壳体3包括管螺纹31、凹槽32和312、扩孔33、凹槽34、通孔35和310、输出孔36和38、中心细孔37、管螺纹39、安装孔311和中心大孔313。所述管螺纹31用于与联接套筒6连接；凹槽32和312用于安装第一密封圈组4；扩孔33和安装孔311用于安装内部压力传感器5；凹槽34用于安装外部部件连接的密封圈2；通孔35、310和输出孔36、38共同用于安装绝缘密封组件1；中心细孔37用于流进井液；管螺纹39用于与外部部件连接；中心大孔313用于扩大内部空间。
图4为本实用新型绝缘密封组件中绝缘导体的结构示意图，如图4所示，如上述绝缘密封组件1包括至少6组绝缘导体，所述绝缘导体包括：输出端导体110、输出端绝缘套管120、导体联接件130、套管140、输出端绝缘体150、里端绝缘体160、压紧螺栓170、里端绝缘套管180和里端导体190。所述绝缘导体的数量为至少6组，本领域普通技术人员可根据需要，变换绝缘导体的数量。
图5A-图5B为本实用新型联接套筒外部结构图，图5C本实用新型联接套筒剖视图，如图5C并参考图5A-图5B所示，联接套筒6包括：联接圆柱孔61、中间圆柱孔62、内侧圆柱孔63、环形凹槽64、外螺纹65、圆柱孔66和侧面联接孔67。所述联接圆柱孔61用于与第一密封组件4连接，中间圆柱孔62和内侧圆柱孔63用于扩大联接套筒6的内部空间，环形凹槽64用于安装第二密封圈组7，外螺纹65用于与主壳体12连接，圆柱孔66用于井下控制装置内部的气流流通，侧面联接孔67用于与过度联接块8连接。
图6为本实用新型过渡联接块结构示意图，如图6所示，过度联接块8包括前端侧面孔81和后端侧面孔82。所述前端侧面孔81用于与钣金支架11连接，后端侧面孔82用于与联接套筒6连接。
图7A-图7B为本实用新型钣金支架结构示意图，如图7A-图7B所示，钣金支架11上设有侧面联接孔111、侧面开孔112、底部联接柱113和端面联接孔114。其中，所述侧面联接孔111用于与过度联接块8连接；侧面开孔112用于减轻钣金支架11的重量；底部联接柱113用于安装电源板10和主控板9；端面联接孔114用于与圆形堵盖13连接。
图8为本实用新型圆形堵盖结构示意图，如图8所示，圆形堵盖13上设有外螺纹131、通孔组合132和方形孔133。所述外螺纹131用于与主壳体12连接，通孔组合132用于与钣金支架11连接，方形孔133用于井下测温测压装置内部的气流流通。
图9A-图9B为本实用新型底部接头外部结构图，图9C为本实用新型底部接头剖视图，如图9C并参考图9A和图9B所示，底部接头15上设有圆柱孔151、外螺纹152和环形凹槽153。其中，外螺纹152用于与主壳体12连接，环形凹槽153用于安装第三密封圈组14。
图10为本实用新型主控板结构示意图，如图10所示，本实用新型的主控板9包括：主控单元91、电源输入单元92、传感器检测输入单元93、输入输出单元94、存储单元95和通信单元96；
电源输入单元92为主控单元91及周围信号电路供电，所述周围信号电路包括光耦电路、滤波电路、运放电路，换句话说，所述电源输入单元92将来自电源板10的12V和5V供电作为主控板9的输入电源。其中，12V电源用于光耦隔离后的外部接口信号供电；5V电源经过DC/DC模块97转化为3.3V电源给主控单元91及其周围信号电路供电。
传感器检测输入单元93包括：温度检测输入模块(图中未示出)和压力检测输入模块(图中未示出)，所述温度检测输入模块和压力检测输入模块将采集的各种温度检测信号和压力检测信号转换为模拟电压信号，并发送到主控单元的AD采样端口，转换为数字量。其中，所述温度检测信号包括：井液温度检测信号、电机温度检测信号和预留温度检测信号；所述压力检测信号包括：油井压力检测信号和预留压力检测信号。
输入输出单元94包括用于所述潜油井下测温测压装置功能扩展的输入信号预留接口941和输出信号预留接口942。
存储单元95(如EEPROM)通过软件采用IIC通信或模拟SPI通信方式与主控单元91进行通信，将各项参数和各种状态进行实时存储，从而实现井下控制装置的智能化记忆功能。
通信单元96包括：CAN通信接口模块961、SPI通信接口模块962和串行数据通信接口模块963；
SPI通信接口模块962用于与存储单元95的实时数据交互；
CAN通信接口模块961用于与地面的实时信息交互；
串行数据通信接口模块963用于转换成RS485或RS232接口通信，从而实现与上位机或PC机进行信息交互。
主控单元91是整个主控板9的核心。主控单元91通过ADC模块(图中未示出)将传感器检测输入单元93输入的模拟电压信号转换成数字量；通过IIC模块(图中未示出)或SPI通信接口模块962与存储单元95(如EEPROM)进行数据和状态写入或读取；通过JTAG模块(图中未示出)与仿真器98连接，实现程序代码烧录；通过CAN通信接口模块961与地面进行远距离(2000多米)信息交互；通过串行数据通信接口模块963转化成RS485或RS232通信，与上位机或PC机进行信息交互；通过GPIO模块(图中未示出)实现开关控制信号的输入和输出。
综上所述，本实用新型采用井下测温测压装置在井下直接检测温度和压力的方式，克服了现有技术中的缺陷，使得在地面可以实时监控井下的温度和压力状态。该井下测温测压装置采用模块化设计，提高了可靠性，结构简单且可以根据需要灵活设计。此外，本实用新型的井下测温测压装置在井下实时检测各项温度和压力参数，并通过与地面的远距离通信，实时上传到地面。本实用新型的井下测温测压装置适用于所有井下测温测压的场合。
Claims (8)
- 一种潜油井下测温测压装置，包括：机械单元、传感器单元、密封单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，在主壳体内部设有控制单元和传感单元，主壳体的前端通过联接套筒与密封单元连接，后端通过圆形堵盖与底部接头连接，其特征在于，所述密封单元包括：通过密封圈与密封壳体连接的绝缘密封组件，所述控制单元包括：主控板，所述主控板包括：主控单元和通信单元；主控单元对根据所述传感器单元输出的传感信号进行数字量转换并对数字量进行数据处理，计算得出检测值，并将该检测值通过所述通信单元传输到地面；通信单元包括用于与地面远距离数据传输的CAN通信接口模块；所述主控单元通过CAN通信接口模块与地面进行远距离信息交互。
- 如权利要求1所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述控制单元通过钣金支架固定设置在所述主壳体内，所述钣金支架的前端通过过度联接块与所述联接套筒相连。
- 如权利要求2所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述主控板还包括：电源输入单元、传感器检测输入单元、输入输出单元和存储单元；电源输入单元为主控单元及周围信号电路供电，所述周围信号电路包括光耦电路、滤波电路、运放电路；传感器检测输入单元包括：温度检测输入模块和压力检测输入模块，所述温度检测输入模块和压力检测输入模块将采集的各种温度检测信号和压力检测信号转换为模拟电压信号，并发送到主控单元中；输入输出单元包括用于所述潜油井下测温测压装置功能扩展的输入信号预留接口和输出信号预留接口；存储单元存储所述主控单元的数据信息。
- 如权利要求3所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述温度检测信号包括：井液温度检测信号、电机温度检测信号和预留温度检测信号；所述压力检测信号包括：油井压力检测信号和预留压力检测信号。
- 如权利要求3所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述通信单元还包 括：SPI通信接口模块和串行数据通信接口模块；SPI通信接口模块与所述存储单元实时数据交互；串行数据通信接口模块与上位机或PC机通信，所述串行数据通信接口模块包括：RS485通信或RS232通信。
- 如权利要求1所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述控制单元还包括：电源板，所述电源板通过所述电源输入单元为主控板分别提供12V和5V电源。
- 如权利要求1所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述绝缘密封组件包括至少6组绝缘导体，分别将电源线、传感器信号线和地面通信线接入所述潜油井下测温测压装置内。
- 如权利要求1-7任一项所述的潜油井下测温测压装置，其特征在于，所述潜油井下测温测压装置还包括，位于主壳体内的用于检测所述油井压力的压力传感器。
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