一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，包括壓裂管柱基座，及套接在壓裂管柱基座上、下端的上接頭和下接頭，沿所述上接頭下端的壓裂管柱基座外壁套有耐壓外管，在相套接的耐壓外管與壓裂管柱基座之間至上而下依次設有相互連接的壓力探頭安裝座、壓力傳感器、電池組件和電路板；在所述耐壓外管下方，沿壓裂管柱基座圓周設有包括上臂和下臂的位移測量裝置；在下臂的下方依次設有撐臂裝置和收臂裝置；所述壓裂管柱基座內還設有讀取儀器測量數(shù)據(jù)的多芯插座和斷通儀器的控制開關。該測量儀器作為一種作業(yè)便捷，操作維護簡單的井下地層壓裂管柱串位移測量儀器，將為壓裂施工工藝的制定提供可靠的經驗數(shù)據(jù)，使得壓裂施工更加高效，安全。
【專利說明】一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種井下管柱位移測量儀器，特別是涉及一種石油井井下存儲式地層壓裂管柱串位移測量儀器。
【背景技術】
[0002]隨著海洋和陸地水平油井鉆采的發(fā)展，水平井井下地層分層壓裂技術日臻成熟，然而在壓裂過程中，壓裂壓力會在管柱串(動管柱或不動管柱)產生一個大的軸向力，使管柱串沿套管壁產生一定軸向位移。理論計算的管柱串位移不準確，進行壓裂作業(yè)時壓裂壓力不能釋放在最佳位置，壓裂效果不理想，造成很大的經濟損失。對壓裂管柱串實際位移的檢測，并與理論計算管柱串位移進行比較分析將是壓裂工藝的關鍵。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，該測量儀器作為一種作業(yè)便捷，操作維護簡單的井下地層壓裂管柱串位移測量儀器，將為壓裂施工工藝的制定提供可靠的經驗數(shù)據(jù)，使得壓裂施工更加高效，安全。
[0004]本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的。
[0005]一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，包括壓裂管柱基座，及套接在壓裂管柱基座上、下端的上接頭和下接頭，沿所述上接頭下端的壓裂管柱基座外壁套有耐壓外管，在相套接的耐壓外管與壓裂管柱基座之間至上而下依次設有相互連接的壓力探頭安裝座、壓力傳感器、電池組件和電路板；在所述耐壓外管下方，沿壓裂管柱基座圓周設有包括上臂和下臂的位移測量裝置；在下臂的下方依次設有撐臂裝置和收臂裝置；所述壓裂管柱基座內還設有讀取儀器測量數(shù)據(jù)的多芯插座和斷通儀器的控制開關。
[0006]進一步地，所述壓力探頭安裝座通過螺釘定位，并與壓力傳感器相連共同設在壓裂管柱基座的安裝槽中。
[0007]進一步地，所述電池組件設置在鑲裝于壓裂管柱基座與耐壓外管之間的壓力傳感器的下方，沿壓裂管柱基座周向分布有4-8個安裝槽，沿各安裝槽槽底面設有一個電池組件。
[0008]進一步地，所述電路板位于電池組件下方、且與電池組件各安裝槽相對應，沿各安裝槽槽底面設有一塊電路板，各電路板上填充有硅凝膠，各電路板與槽底面間襯墊一層聚四氟乙烯板，各電路板間通過電路板間導線相連。
[0009]進一步地，所述位移測量裝置包括固定在壓裂管柱基座圓周安裝槽中的上臂和下臂，所述上臂和下臂之間通過連接軸鉸接，連接軸上設有中心齒輪，與中心齒輪相嚙合的從動齒輪連接有上滾輪和下滾輪。
[0010]進一步地，所述上滾輪和下滾輪分別通過銷軸連接銷子與上臂和下臂相連。
[0011]進一步地，所述上臂設置有傳感器組件，傳感器組件內裝有作為接收傳感器的霍爾器件；霍爾器件接收信號連接至電路板；[0012]進一步地，所述下臂設置有用于將上臂和下臂撐開時提供初始徑向推力的彈片。
[0013]進一步地，所述位移測量裝置的上臂通過連接軸I和壓裂管柱基座相連，下臂通過連接軸II與撐臂裝置的上彈簧座連接。
[0014]進一步地，所述撐臂裝置包括設置在壓裂管柱基座安裝槽內的彈簧I，彈簧I通過其外側的下彈簧座套接上彈簧座與下臂相接；
[0015]進一步地，所述收臂裝置包括設置在下彈簧座下方的活塞筒和活塞，所述活塞筒下方設有嵌入壓裂管柱基座下接頭限位臺上的彈簧II。
[0016]進一步地，所述多芯插座和控制開關設在與耐壓外管相套接的壓裂管柱基座上部管側壁上，多芯插座和控制開關分別與壓力傳感器、電池組件、電路板和位移測量裝置相連。
[0017]本實用新型的主要優(yōu)點是:提供一種地層壓裂管柱串位移測量儀器；利用該儀器測量地層壓裂管柱位移的測量精度高，整體結構簡單，維修保養(yǎng)方便。
[0018]本實用新型是一種存儲式位移檢測儀器，它通過檢測滾輪滾動圈數(shù)來完成位移測量任務，通過電路的存儲和回放取得測量結果，通過一組鋰電電池給測量系統(tǒng)提供電能，通過壓力變化控制存儲電路工作狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1 (a)和圖1 (b)為本實用新型機械結構圖。
[0020]附圖2為本實用新型機械結構圖C一C剖視圖。
[0021]附圖3為本實用新型機械結構圖D— D剖視圖。
[0022]附圖4為本實用新型機械結構圖E— E剖視圖。
[0023]附圖5為本實用新型機械結構圖F— F剖視圖。
[0024]附圖6為本實用新型機械結構圖A— A剖視圖。
[0025]附圖7為本實用新型機械結構圖B— B剖視圖。
[0026]附圖8為本實用新型機械結構圖1放大圖。
[0027]圖中:1、上接頭；2、上密封圈I ;3、上密封擋圈I ;4、壓裂管柱基座；5、上密封圈
II;6、上密封擋圈II ;7、壓力探頭安裝座；8、密封圈；9、壓力傳感器；10、電池組件；11、電路板；12、耐壓外管；13、壓緊塊；14、壓緊螺釘；15、上臂；16、開口銷；17、銷子；18、螺釘I ;19、彈片；20、螺釘II ;21、下臂；22、連接軸II ;23、上彈簧座；24、墊塊；25、彈簧I ;26、下彈簧座；27、活塞筒；28、螺釘III ;29、封壓筒；30、下密封圈I ;31、下密封擋圈I ;32、下密封圈II ;33、下密封擋圈II ;34、防沙螺釘；35、活塞；36、下密封圈III ;37、下密封擋圈III ;38、下密封圈IV ;39、下密封擋圈IV ;40、剪切銷；41、彈簧II ;42、下密封圈V ;43、下密封擋圈V ;44、下接頭；45、上滾輪；46、滾輪軸；47、磁鋼；48、傳感器組件；49、霍爾器件；50、中心齒輪；51、連接軸III ;52、下滾輪；53、螺釘I ;54、螺釘II ;55、壓塊I ;56、壓塊II ;57、導線；58、走線槽I ;59、電路板間導線；60、硅凝膠；61、聚四氟乙烯板；62、電路板槽；63、槽底面；64、電路板隔檔；65、走線槽II ;66、連接軸I ;67、止退銷；68、墊圈；69、線管；70、軸套；71、密封塞；72、控制開關；73、多芯插座。
【具體實施方式】[0028]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0029]如圖1 (a)和圖1 (b)所示，本實用新型存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，包括壓裂管柱基座4，及套接在壓裂管柱基座4上、下端的上接頭I和下接頭44，其中，沿上接頭I下端的壓裂管柱基座4外壁套有耐壓外管12，在相套接的耐壓外管12與壓裂管柱基座4之間至上而下依次設有相互連接的壓力探頭安裝座7、壓力傳感器9、電池組件10和電路板11 ;在耐壓外管12下方，沿壓裂管柱基座4圓周設有包括上臂15和下臂21的位移測量裝置；在下臂21的下方依次設有撐臂裝置和收臂裝置；壓裂管柱基座4內還設有讀取儀器測量數(shù)據(jù)的多芯插座73和斷通儀器的控制開關72。
[0030]如圖2所示，壓力探頭安裝座7通過螺釘I 53定位，壓力探頭安裝座7與槽底面間墊有密封圈8，壓力探頭安裝座7通過螺釘I 53連接在壓裂管柱基座4中，并與壓力傳感器9相連共同設在壓裂管柱基座4的安裝槽中。
[0031]參見圖3并結合圖1所示，電池組件10設置在鑲裝于壓裂管柱基座4與耐壓外管12之間的壓力傳感器9的下方，沿壓裂管柱基座4周向分布有4-8個安裝槽(本實施例為6個安裝槽)，沿各安裝槽槽底面設有一個電池組件10。在電池組件10兩側設有壓塊I 55和壓塊II 56，兩壓塊I 55和壓塊II 56分別通過螺釘II 54連接在壓裂管柱基座4管壁上，在相鄰電池組件10之間設有走線槽I 58，導線57置于走線槽I 58中。
[0032]參見圖4并結合圖1所示，電路板11位于電池組件10下方的壓裂管柱基座4安裝槽中，沿壓裂管柱基座4周向分布有4-8個安裝槽(本實施例為6個安裝槽)，且電路板11安裝槽與電池組件10各安裝槽相對應；沿各安裝槽槽底面設有一塊電路板11，各電路板11上填充有硅凝膠60，各電路板11與電路板槽62槽底面63間襯墊一層聚四氟乙烯板61，各電路板11間通過電路板間導線59相連。在相鄰各電路板11之間設有電路板隔檔64，電路板隔檔64中設有走線槽II 65。
[0033]參見圖5并結合圖1所示，位移測量裝置的上臂15通過連接軸I 66和壓裂管柱基座4相連，連接軸I 66上設有止退銷67和軸套70 ;軸套70外設有線管69，軸套70還設有墊圈68。
[0034]下臂21通過連接軸II 22與撐臂裝置的上彈簧座23連接。
[0035]參見圖6并結合圖1所示，位移測量裝置包括固定在壓裂管柱基座4圓周安裝槽中的上臂15和下臂21，上臂15和下臂21之間通過連接軸III 51鉸接，連接軸III 51上設有中心齒輪50，與中心齒輪50相嚙合的從動齒輪通過滾輪軸46 (參見圖7)連接有上滾輪45和下滾輪52。上滾輪45通過滾輪軸46連接銷子17與上臂15相連，下滾輪52通過滾輪軸46連接銷子17與下臂21相連。其中，上臂15和下臂21的連接銷子17側均設有螺釘I 18，連接軸III 51上設有連接上臂15和下臂21的開口銷16。
[0036]參見圖7并結合圖1所示，上臂15的上滾輪45側設置有磁鋼47，上臂15設有傳感器組件481內裝有作為接收磁鋼47 (傳感器)信號的霍爾器件49 ;霍爾器件49接收信號連接至電路板11 ;參見圖1，下臂21設置有用于將上臂15和下臂21撐開時提供初始徑向推力的彈片19。
[0037]參見圖1所示，撐臂裝置包括設置在壓裂管柱基座4安裝槽內的彈簧I 25，彈簧I 25通過其外側的下彈簧座26套接上彈簧座23與下臂21相接，在彈簧I 25上部墊有墊塊24 ;收臂裝置包括設置在下彈簧座26下方的活塞筒27和活塞35，所述活塞筒27下方設有嵌入壓裂管柱基座4下接頭44限位臺上的彈簧II 41。
[0038]參見圖8并結合圖1所示，多芯插座73和控制開關72通過密封塞71設在與耐壓外管12相套接的壓裂管柱基座4上部管側壁上,多芯插座73和控制開關72分別與壓力傳感器9、電池組件10、電路板11和位移測量裝置相連。
[0039]本實用新型是用來完成地層壓裂管柱串位移測量的儀器，上接頭和下接頭可連接在壓裂管柱串任何位置，一個管柱串可以連接多個位移測量系統(tǒng)，來對各段管柱位移情況進行測量和分析，取得具有參考價值的位移數(shù)據(jù)，用于對類似壓裂工藝進行前期評估，和工藝制定。
[0040]下面對各部分部件結構的安裝原理作出說明。
[0041]本實用新型是用來測量和記錄井下地層壓裂管柱串的位移。
[0042]位移測量儀器向上通過上接頭I上的油(套)管螺紋，與上段壓裂管柱連接，向下通過下接頭44上的油(套)管螺紋與下段壓裂管柱連接。上接頭I與壓裂管柱基座4則用螺紋連接，并用上(橡膠)密封圈I 2和上密封擋圈I 3實現(xiàn)儀器內外壓力分隔。下接頭44與壓裂管柱基座4用螺紋連接，并用下密封圈V 42、下密封擋圈V 43實現(xiàn)儀器內、外壓力分隔。耐壓外管12套在壓裂管柱基座4上，壓裂管柱基座4與耐壓外管12連接上、下端均裝有上密封圈II 5、上密封擋圈II 6，這些密封圈以及密封擋圈使得耐壓外管12與壓裂管柱基座4之間形成一個環(huán)形密閉腔體，隔離密封井下高壓井液；壓力傳感器9、電池組件10以及測量和記錄電路板11等電子元器件就工作在這個環(huán)形密封腔體中，使得工作時不受井下壓力影響而損壞。
[0043]見圖8，多芯插座控制電池組件供電及測量結果讀取。多芯插座73安裝在壓裂管柱基座4內，多芯插座73用于儀器測井完成后不用拆卸儀器將測量和記錄電路11的數(shù)據(jù)讀取，并通過通斷控制開關72控制儀器供電，通斷控制開關72外側有密封塞71阻止外側高壓井液進入儀器內。
[0044]壓力傳感器，檢測儀器外壓力變化，當開始壓裂時儀器測量和記錄電路開始工作。在密封腔體上端，壓力傳感器9安裝在壓力探頭安裝座7上，壓力探頭安裝座7用連接軸
III51固定在壓裂管柱基座4上，壓力探頭安裝座7下方進壓口處安裝有密封圈8。壓力傳感器9檢測儀器外壓力變化，當開始壓裂時控制儀器測量和記錄電路11開始工作，將傳感器組件接收到的信號進行處理以及實時數(shù)據(jù)存儲。
[0045]與壓力傳感器9部分相鄰的是電池組件10，電池組件10安裝在壓裂管柱基座4的安裝槽中，上端與壓力傳感器9相鄰，中間隔有環(huán)形槽用來布置連接導線。安裝槽沿壓裂管柱基座4周向均布，使得壓裂管柱基座4軸向受力均勻。電池組件10由裝在兩端的接頭，多節(jié)鋰電池和電池筒組成，電池組件10為位移測量儀器提供工作電源。
[0046]壓塊I 55和壓塊II 56卡在(鋰)電池組件10兩端的接頭上，并使用螺釘II 54與壓裂管柱基座4連接并擰緊，完成對(鋰)電池組件10的固定。每組電池之間設置有均布的走線槽I 58，用來布置電池串聯(lián)的導線57。
[0047]電池組件10下方是用于測量和記錄的電路板11，電路板11將傳感器組件接收到的信號進行處理以及實時數(shù)據(jù)存儲。壓力傳感器9和多芯插座73的引出導線，從壓裂管柱基座4的軸向槽中引出，并經過環(huán)形槽連接到測量電路板11上。傳感器組件48引出線經過線管69連接到測量電路板11。在壓裂管柱基座4上均布的電路板槽62槽內安裝有電路板11，在電路板11與槽底面63之間，襯墊一層聚四氟乙烯板61，用來實現(xiàn)電路板11與槽底面63之間的電絕緣。透明硅凝膠60將電路板11固定在電路板槽62中。相鄰電路板槽62的筋梁上布置有電路板隔檔64和走線槽II 65，用來完成電路板之間的連線，以及與鋰電池組10之間的連線。
[0048]上臂15、下臂21設置與壓裂管柱基座4沿圓周分布的安裝槽內，上臂15通過連接軸I 66與壓裂管柱基座4連接，下臂21通過連接軸II 22與彈簧座23連接，上臂與下臂通過連接軸III 51連接。
[0049]上臂15設置有上滾輪45，下臂21設置有下滾輪52，當上臂15和下臂21撐開，儀器軸向運動時，上滾輪45和下滾輪52會沿套管進行滾動，上滾輪45和下滾輪52通過行星輪實現(xiàn)同步滾動，當儀器通過節(jié)箍時保證上滾輪45 —直滾動，提高測量精度。
[0050]上臂15設置有傳感器組件48，傳感器組件48內裝有霍爾器件49作為儀器的接收傳感器，當上滾輪45滾動時，磁鋼47會隨著滾動，霍爾器件49會接收到一個脈沖信號進行，并發(fā)送至線路板11進行計數(shù)。上滾輪45設置有磁鋼47，作為儀器測量的發(fā)射傳感器。上滾輪和下滾輪通過行星輪實現(xiàn)同步滾動，當儀器通過節(jié)箍時保證上滾輪測量不中斷，提高測量精度。傳感器組件48引出線通過線管69弓丨到線路板11，線管69兩側密封結構采用壓緊塊13和壓緊螺釘14實現(xiàn)金屬變形產生密封效果，從而保證傳感器正常工作。
[0051]下臂21設置上的彈片19用螺釘II 20固定與下臂21，彈片19用于上臂15和下臂21撐開時提供初始徑向推力。
[0052]撐臂、收臂控制組件保證儀器在下井過程中臂收在基座的安裝槽內，進行壓裂作業(yè)時，臂正常打開實現(xiàn)管柱串位移測量。
[0053]在下臂21下部，壓裂管柱基座4外側依次設置有上彈簧座23、墊塊24、彈簧I 25和下彈簧座26，彈簧I 25處理受壓縮狀態(tài)，給下彈簧座26 —個向下的壓力，通過上彈簧座23傳遞到下臂21上，起到儀器非工作狀態(tài)收臂功能。
[0054]在下彈簧座26下部，壓裂管柱基座4外側依次設置有用于儀器工作是撐臂裝置，活塞筒27與壓裂管柱基座4之間和下部的彈簧II 41是收臂裝置，在活塞筒27與壓裂管柱基座4之間設有由螺釘III 28固定的封壓筒29，活塞35設在封壓筒29下方，下密封圈I 30、下密封擋圈I 31、下密封圈II 32、下密封擋圈II 33、下密封圈III 36、下密封擋圈III 37、下密封圈IV 38、下密封擋圈IV 39分別設在活塞筒27與壓裂管柱基座4之間，剪切銷40貫穿活塞筒27和活塞35，彈簧II 41為壓縮狀態(tài)給活塞筒27提供向上的壓力，最終將壓力傳遞到封壓筒29上，當壓裂管柱基座4內孔有壓力時，壓力通過防沙螺釘34傳遞到活塞筒27、封壓筒29和活塞35形成的密封空間內，當壓力足夠大時，活塞上的力將剪斷剪切銷40，活塞筒27和活塞35脫開，彈簧II 41壓動活塞筒27向上運動，活塞筒27運動到與下彈簧座26貼合時，將同時壓動上彈簧座23向上運動，起到儀器撐臂作用。
[0055]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的【具體實施方式】僅限于此，對于本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，包括壓裂管柱基座(4)，及套接在壓裂管柱基座(4)上、下端的上接頭(I)和下接頭(44)，其特征在于，沿所述上接頭(I)下端的壓裂管柱基座(4)外壁套有耐壓外管(12)，在相套接的耐壓外管(12)與壓裂管柱基座(4)之間至上而下依次設有相互連接的壓力探頭安裝座(7)、壓力傳感器(9)、電池組件(10)和電路板(11);在所述耐壓外管(12)下方，沿壓裂管柱基座(4)圓周設有包括上臂(15)和下臂(21)的位移測量裝置；在下臂(21)的下方依次設有撐臂裝置和收臂裝置；所述壓裂管柱基座(4)內還設有讀取儀器測量數(shù)據(jù)的多芯插座(73)和斷通儀器的控制開關(72)。
2.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述壓力探頭安裝座(7)通過螺釘定位，并與壓力傳感器(9)相連共同設在壓裂管柱基座(4)的安裝槽中。
3.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述電池組件(10)設置在鑲裝于壓裂管柱基座(4)與耐壓外管(12)之間的壓力傳感器(9)的下方，沿壓裂管柱基座(4)周向分布有4-8個安裝槽，沿各安裝槽槽底面設有一個電池組件(10)。
4.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述電路板(11)位于電池組件(10)下方、且與電池組件(10)各安裝槽相對應，沿各安裝槽槽底面設有一塊電路板(11)，各電路板(11)上填充有硅凝膠(60)，各電路板(11)與槽底面間襯墊一層聚四氟乙烯板(61 )，各電路板(11)間通過電路板間導線(59 )相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述位移測量裝置包括固定在壓裂管柱基座(4)圓周安裝槽中的上臂(15)和下臂(21)，所述上臂(15)和下臂(21)之間通過連接軸III(51)鉸接，連接軸III(51)上設有中心齒輪(50)，與中心齒輪(50)相嚙合的從動齒輪連接有上滾輪(45)和下滾輪(52)。
6.根據(jù)權利要求5所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述上滾輪(45)和下滾輪(52)分別通過銷軸連接銷子(17)與上臂(15)和下臂(21)相連。
7.根據(jù)權利要求1或5所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述上臂(15)設置有傳感器組件(48)，傳感器組件(48)內裝有作為接收傳感器的霍爾器件(49);霍爾器件(49)接收信號連接至電路板(11); 所述下臂(21)設置有用于將上臂(15)和下臂(21)撐開時提供初始徑向推力的彈片(19)。
8.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述位移測量裝置的上臂(15)通過連接軸I (66)和壓裂管柱基座(4)相連，下臂(21)通過連接軸II (22)與撐臂裝置的上彈簧座(23)連接。
9.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述撐臂裝置包括設置在壓裂管柱基座(4)安裝槽內的彈簧I (25)，彈簧I (25)通過其外側的下彈簧座(26)套接上彈簧座(23)與下臂(21)相接； 所述收臂裝置包括設置在下彈簧座(26)下方的活塞筒(27)和活塞(35)，所述活塞筒(27)下方設有嵌入壓裂管柱基座(4)下接頭(44)限位臺上的彈簧II (41)。
10.根據(jù)權利要求1所述的存儲式地層壓裂管柱位移測量儀器，其特征在于，所述多芯插座(73)和控制開關(72)設在與耐壓外管(12)相套接的壓裂管柱基座(4)上部管側壁上，多芯插座(73)和控制開關(72)分別與壓力傳感器(9)、電池組件(10)、電路板(11)和位移測量裝置相連。
【文檔編號】E21B47/00GK203808977SQ201420053447
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權日:2014年1月27日
【發(fā)明者】任曉寧, 黨書通 申請人:西安威盛電子儀器有限公司