泵杆扭力傳感裝置的製作方法
2023-10-08 00:37:59 1
專利名稱：泵杆扭力傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種扭力傳感裝置，尤其是一種通過對採油螺杆泵的泵杆所受扭力進行感應測量，進而獲取油井地層狀況、採油設備工作狀況參數的測量傳感裝置。屬於石油開採技術領域。
背景技術：
在石油開採工作中，需要經常性的對油井的產出狀況、地層狀況、採油設備能力及工作效率進行監測，從而對油井的生產能力及生產能力的變化(包括增產、減產、停產以及故障)原因進行科學判斷，保證油井的生產、設備的運轉處於良好狀態。
目前，大部分油田都採用了螺杆泵採油方式，而對於油井內部狀況的判斷，往往是根據螺杆泵自身顯示出的運行參數(如電壓、電流、轉速等)以及油井的產出質量、雜質成分、含量等參數進行間接判斷，當油井生產過程中發生諸如減產或停產等事故時，準確判斷事故的原因成為非常重要工作，而依據上述方式獲得的技術參數進行事故原因判斷往往具有很大的局限性或片面性。
為解決這一問題，需要獲得更加直接的、能夠表明油井情況內部變化的參數，而通過油井內部參數的獲得可以為科學判斷提供更多的新途徑。也就是說，從一個事件了解到更多的信息側面，反映出更多的內在聯繫。
在實際生產過程中發現，油井內部的多種狀況變化會集中體現在螺杆泵泵杆所受扭力力矩的數值變化上，通過對泵杆扭力數值變化的測量採集再結合其他設備參數、產出數據等進行綜合判斷，就能夠比較容易的找到各種事故的發生原因。
螺杆泵上裸露在外，可以被直接接觸的部分只有螺杆泵上部的泵杆部分，這一部分恰是最大扭力載荷集中的位置。
過去，對螺杆泵所受扭力的測量是從泵杆的頂端套入測量裝置，並使測量裝置沿泵杆移至驅動部件上方的測量位置。由於測量裝置緊貼在泵杆上，所以，當泵杆較長或者彎曲或者泵杆過短時，套裝測量裝置具有較大的困難，不利於扭力的測量。
另外，在測量中，如果採用接觸式測量，考慮到傳感器工作所需的電源引入及測量信號的傳輸，需要對各種導線進行可靠固定及改造現場的的配電系統等問題，使泵杆扭力的測量存在著較多的安全隱患。所以，有效的解決上述問題，是完成泵杆扭力測量的關鍵。
發明內容
本發明的目的在於針對上述對泵杆扭力進行測量的困難提供一種泵杆扭力傳感裝置，通過該裝置可以在工作現場對運行中的螺杆泵所受扭力的參數進行測量，該裝置安裝簡便、可靠，無須更改現場的配電系統。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種泵杆扭力傳感裝置，包括貼片軸、應變計、夾套、電池容置部、檢測電路及天線。
貼片軸是一個外側沿軸向開設有槽的軸，該槽內部可容納被檢測泵杆，而且槽的寬度尺寸與被檢測泵杆的直徑相匹配設置。
應變計貼設在貼片軸外側表面。夾套圍設在貼片軸除槽以外的表面，並將應變計包覆在該夾套與貼片軸之間。
為安裝檢測電路，夾套還延伸出一腔體，該腔體上連設電池容置部，用於為檢測電路提供電力能源。
檢測電路的信號輸入端與應變計連接，信號輸出端與設置在腔體內並向外延伸的天線連接，該檢測電路的電源輸入端與電池容置部的電源輸出端電氣連接。
在進行泵杆扭力檢測時，貼片軸的槽卡在泵杆表面，外部驅動裝置卡固貼片軸並驅動，貼片軸受到來自泵杆阻力而產生扭力變形，應變計隨之變形產生電信號，該信號經檢測電路的放大、轉換及發射，完成扭力信號的測量。
在上述方案中，為使貼片軸牢固的卡設在泵杆上並利於驅動頭對其驅動，在貼片軸外側兩端還開設有平臺。
貼片軸表面設置的應變計優選為4個，並均勻分布貼設在貼片軸外側中部。應變計相互連接組成橋式電路。
用於安裝電池的電池容置部可以通過多種形式設置，它可以是與上述腔體一體連設的電池容置槽或者是由設置在腔體表面，具有機械連接部件、電氣連接觸點的連接口，該連接口用於接設外部電池盒或者連接本身具有匹配的機械連接部件、電氣連接觸點的電池。
夾套內的檢測電路包括電源電路、信號檢測轉換模塊、隔離模塊、發射模塊；所述電源電路的輸出端與信號檢測轉換模塊、隔離模塊及發射模塊的電源端連接；所述信號檢測轉換模塊的信號端與應變計的輸出端連接，其輸出端與隔離模塊的輸入端連接；隔離模塊的輸出端與發射模塊的輸入端連接；所述信號檢測轉換模塊將應變計的電壓信號進行放大並轉換為頻率信號再經過隔離模塊傳送至發射模塊；發射模塊對該頻率信號進行調製並通過天線發射。
由上述技術方案可知，本發明能夠方便地卡設在位於螺杆泵驅動頭上方的泵杆上。通過將驅動頭與該扭力傳感裝置的連接，使其在驅動頭的驅動下帶動泵杆轉動。
由於泵杆受到來自油井、地層及設備本身的反向扭力，該扭力造成扭力傳感裝置中貼片軸的變形，進而使貼設在貼片軸中的應變計產生變形。
當扭力發生變化時，應變計所產生的電信號也隨之發生變化，該電信號的變化幅度與應變計的變形量具有對應的函數關係，因此，泵杆扭力傳感裝置可將變化的電信號進行轉換處理後通過發射電路進行信號發射，從而實現工作現場的實時數據採集，為工程技術人員對油井的狀況、設備運行狀況以及各種事故原因的了解與判斷提供更加完善、直接的現場依據。
圖1為本發明所涉及泵杆扭力傳感裝置的一個具體實施例示意圖；圖2為圖1所示實施例的剖視圖；圖3為圖1所示實施例中應變計貼設位置示意圖；圖4為圖1所示實施例中應變計的連接線路圖；圖5為圖1所示實施例的另一種電池安裝示意圖；圖6為圖1所示實施例的檢測電路原理圖；具體實施方式
以下，通過具體實施例並結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
圖1所示為本發明所涉及的泵杆扭力傳感裝置的一個具體實施例示意圖。圖中，貼片軸1是一個外側沿軸向開設有槽12的軸，該槽12內部可容納被檢測泵杆，而且槽12的寬度尺寸與被檢測泵杆的直徑相匹配設置。
在貼片軸1的外側圍設有夾套2以及由該夾套2延伸出的用於容置檢測電路的腔體26。夾套2通過螺栓21被固設在貼片軸1上。
腔體26的內部安裝有用於發射信號的拉杆天線22。電源開關24安裝在腔體26的表面，通過操作該開關24，可以啟動或關閉內部的檢測電路。腔體26的側面安裝的指示燈25用於顯示檢測電路的工作狀態。
貼片軸1的兩端部還分別開設有兩個凹陷平面13(圖中示出3個凹陷平臺)。通過該凹陷平臺13，可以將貼片軸1卡固在螺杆泵的泵杆上，並且驅動部件可以通過對凹陷平面13的卡固，驅動貼片軸1從而帶動泵杆轉動。
圖2所示為上述泵杆扭力傳感裝置的剖視圖。檢測電路4被固定安裝在腔體26內，其信號輸出端與圖1中的拉杆天線22連接。
本實施例的電池容置部為與腔體26一體連設的電池容置腔5，該電池容置腔5中設有與檢測電路4的電源端連接的電源觸點52，電池51被設置在該電池容置腔5中，通過電源觸點52為檢測電路4供電。在腔體26的上面裝設有用於對電池容置腔5進行封閉的蓋板231，開啟蓋板231後可以裝入或更換為檢測電路供電的電池51。裝入電池51後，將蓋板231合上，並用螺釘23固定。從圖中還可以看到兩個貼設在貼片軸1外側中部的應變計3。
圖3所示為本實施例應變計的貼設位置示意圖。本實施例中共有四個應變計，分別為應變計31、應變計32、應變計33及應變計34。四個應變計對稱分布貼設在貼片軸1的外側中部，能夠精確的感應出貼片軸1的形變。
每個應變計相當於兩個並排設置的可變電阻。如圖4所示，應變計31相當於電阻R1、電阻R2並排設置；應變計32相當於電阻R3、電阻R4並排設置；應變計33相當於電阻R5、電阻R6並排設置；應變計34相當於電阻R7、電阻R8並排設置。電阻的兩端線相互連接組成圖中所示的橋式電路，當應變計發生變形時，組成該橋式電路的各電阻值發生相應變化，從而表現為該橋式電路的電壓信號的電壓值發生變動，由此產生了電壓變化信號。
本實施例中，電池容置部還可以採用另一種設置方式，如圖5所示。圖中，電池容置部為與腔體26通過機械連接口、電氣連接口連接的電池盒6。機械連接口是滑槽連接口7，該滑槽連接口7具有燕尾槽71；電氣連接口是電氣連接觸點53，該連接觸點53固定設置在滑槽連接口7的表面並與腔體26內部設置的檢測電路4的電源端連接。電池盒6的背面設有燕尾型凸起61，該燕尾型凸起61與燕尾槽71配套設置，使燕尾型凸起61能夠滑入燕尾槽71中。燕尾型凸起61與滑槽連接口7表面所設置的連接觸點53的對應處還設置有電源輸出觸點(圖中未示出)。在電池盒6的燕尾型凸起61沿滑槽連接口7的燕尾槽71滑入而實現夾套2與電池盒6機械連接的同時，燕尾型凸起61上的電源輸出觸點與連接觸點53實現電氣連接，使電池盒6中的電池能夠為檢測電路4供電。
在使用中，將電池盒6正面上的蓋62打開(依照圖中箭頭64的方向，推動扳手63)，就可以向該電池盒6中裝入電池或更換電池。
圖6為上述實施例中所述的檢測電路4的電路原理圖。圖中示出的由4個電阻R所組成的橋式電路是圖4所示應變計相互連接電路的等效電路。該橋式電路由兩個補償電阻R10為其提供工作電壓。橋式電路的電壓信號輸出端連接到運算放大器U3的輸入端，放大後的直流信號被由U4組成的頻率轉換電路轉變為頻率信號並通過隔離電路U7傳送到發射模塊，該發射模塊是由IC片U8組成的調製發射線路所組成，被調製的頻率信號由天線進行發射。
電池BATTERY通過穩壓模塊LM2940，經過濾波處理、隔離變換後連接到檢測電路的電源輸入端，為應變計、運算放大器、頻率轉換電路、隔離模塊及發射模塊提供能源。
上述實施例做為螺杆泵的泵杆扭力傳感裝置，能夠在工作現場被安裝在泵杆上，並將所受到的扭力信號轉換為電流變化頻率信號進行高頻無線發射。在採集這一扭力信號時，可以通過外部信號接受處理裝置對該高頻無線電信號進行接收，並對所接收的信號進行轉換處理，將測量結果顯示或列印或遠距離發送。
最後所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和範圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於它包括貼片軸、應變計、夾套、電池容置部、檢測電路及天線；所述貼片軸為外側沿軸向開設有槽的軸，該槽可容納泵杆且槽的寬度尺寸與泵杆直徑相匹配；所述應變計貼設在貼片軸外側表面；所述夾套圍設在貼片軸除槽以外的表面，並將應變計包覆在該夾套與貼片軸之間；所述夾套還延伸出一腔體，該腔體上連設用於安裝電池的電池容置部；所述檢測電路設置在腔體內，其信號輸入端與應變計連接，信號輸出端與設置在腔體內並向外延伸的天線連接，該檢測電路的電源輸入端與電池容置部的電源輸出端電氣連接；檢測時，所述的槽卡在泵杆表面，外部驅動裝置卡固貼片軸並驅動，貼片軸受到扭力變形，應變計隨之變形產生電信號，檢測電路對電信號進行轉換並發射。
2.根據權利要求1所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的貼片軸外側還設有供外部驅動裝置對其卡固的平面。
3.根據權利要求2所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的平面開設在貼片軸的任意端。
4.根據權利要求3所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的平面優選為4個，且兩兩設置在貼片軸的兩端。
5.根據權利要求1所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的應變計為一個以上，並均勻分布貼設在貼片軸外側，用於精確測量。
6.根據權利要求5所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的應變計優選為4個，對稱貼設在貼片軸外側中部，並相互連接組成橋式電路。
7.根據權利要求1或2或5所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的電池容置部是與所述腔體一體連設的用於裝設電池的容置槽。
8.根據權利要求1或2或5所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的電池容置部是由設置在腔體表面，具有機械連接部件、電氣連接觸點的連接口，該連接口用於接設外部電池盒或電池；所述電氣連接觸點與所述檢測電路的電源端連接。
9.根據權利要求1所述的泵杆扭力傳感裝置，其特徵在於所述的檢測電路包括電源電路、信號檢測轉換模塊、隔離模塊、發射模塊；所述電源電路的輸出端與信號檢測轉換模塊、隔離模塊及發射模塊的電源端連接；所述信號檢測轉換模塊的信號輸入端端與所述應變計連接，其輸出信號經過隔離模塊傳送到發射模塊，並通過發射模塊發射；所述信號檢測轉換模塊將應變計的電壓信號進行放大並轉換為頻率信號再經過隔離模塊傳送至發射模塊；發射模塊對該頻率信號進行調製並通過天線發射。
全文摘要
一種泵杆扭力傳感裝置，包括貼片軸、應變計、夾套、電池容置部、檢測電路及天線；所述貼片軸為外側沿軸向開設有槽的軸；所述應變計貼設在貼片軸外側表面；所述夾套圍設在貼片軸除槽以外的表面，並將應變計包覆在該夾套與貼片軸之間；所述夾套還延伸出一腔體，該腔體上連設電池容置部；所述檢測電路設置在腔體內，其信號輸入端與應變計連接，信號輸出端與設置在腔體內並向外延伸的天線連接，該檢測電路的電源輸入端與電池容置部的電源輸出端電氣連接。本發明能夠方便的安裝在油井螺杆泵的泵杆上，對泵杆所受到的扭力及其扭力的變化進行準確的測量，並將扭力信號以電信號的形式通過發射電路傳輸到信號處理裝置，從而實現工作現場的實時數據採集。
文檔編號G01L3/00GK1553161SQ0313816
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月6日 優先權日2003年6月6日
發明者楊俊飛, 郝藏之, 張力 申請人:張力, 張 力