一种抽油杆力学参数测量装置

摘要

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种井下抽油杆受力状况测量装置；它由长接头舱、短接头、双环密封件、应力集中滤波件和微电测量控制系统组成，长接头舱密封槽内套双环密封件，其空腔内安放微电测量控制系统，长接头舱外壁导线孔附近圆周方向绕贴应变片，构成测量轴向力和弯矩的桥式电路，应力集中滤波件与长接头舱套接，其鼓型部位内壁贴耐高温应变片，构成径向力桥式测量电路；本发明装置结构简单主要技术指标优良，最大耐压：40MPa，径向压力测量范围为：4N～100KN，轴向力为：35N～1200KN，扭矩为：50N·M～400KN·M，能在低于130℃、振动频率小于1000HZ及大振幅的条件下稳定工作。

主权项

一种井下抽油杆受力状况测量装置，包含接头舱[301]、短接头[305]、双环形密封件[302]、应力集中滤波构件[303]和微电测量控制系统[304]，其特征在于：(1)一个接头舱[301]，外形为连接抽油杆的接箍，外部形状为具有台阶的圆筒形，包含内螺纹[30101]、导线孔[30102]、电气元件安装腔[30104]、梯形密封槽[30105]、抽油杆内螺纹[30106]和装卡槽[30107]；应变片贴于导线孔附近区域，该区域没有径向力的干扰，只受轴向力与扭矩，四组应变片组成的测量桥路，应变片的栅长取决于接头舱[301]外径大小；电气元件安装腔[30104]内壁涂绝缘隔热涂层，内部放置微电测量控制系统[304]，径向力桥式测量电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]的引线通过导线孔引至微电测量控制系统[304]，梯形密封槽内装双环形密封件[302]，每槽一个，共两个，用于同应力集中滤波构件[303]配合形成挤压密封，使油管内的多组态腐蚀性混合物无法渗入腔中，保持内部测量环境的相对稳定；(2)一个短接头[305]，包含内螺纹[30503]、外螺纹[30501]、梯形密封槽[30502]和装卡槽[30504]；内螺纹[30503]位于短接头[305]的大端，用于连接抽油杆，连接时用扳手卡住装卡槽[30504]进行旋入；外螺纹[30501]同内螺纹[30503]相配合，用于连接接头舱[301]，形成工况参数测量部分的主体；梯形密封槽[30502]内装双环形密封件[302]，每槽一个，共两个，用于同应力集中滤波构件[303]的配合形成挤压密封，使油管[1]内的多组态腐蚀性混合物无法渗入应力集中腔中；(3)双环形密封件[302]，材料为HNBR氢化丁腈橡胶，其截面为椭圆形，数量为两组，分别安装于接头舱[301]与短接头[305]的密封槽内；双环形密封件[302]有两个重要功能，首先使抽油杆产生拉、压时，双环形密封件[302]与应力集中滤波构件[303]产生相对滑动，使应力集中滤波构件[303]受到来自于抽油杆的拉压力；其次，为微电测量控制系统[304]提供可靠密封，阻止在高温、高压和连续性振动条件油井油液混合物进入测量短节内部空腔，为测量装置提供与外界隔离的测量环境；(4)一个应力集中滤波构件[303]为薄壁件，材料为具有高弹性的弹簧钢，局部特征是两端有左限位凸台[30301]和右限位凸台[30305]，中部有应力集中腔[30302]；应力集中腔[30302]中间部位为凸起状，目的是使该区域外表面更易于与油管的内壁接触，使压力尽量集中在该部位，形成局部应力集中区域；应力集中滤波构件[303]套于接头舱[301]的外部，形成间隙配合，应力集中滤波构件[303]有两个自由度―轴向移动和轴向回转，实现了机械滤除轴向力和扭矩而只承受径向力的滤波功能，使抽油杆所受轴向力和扭矩无法传递至应力集中滤波构件；通过在接头舱[301]密封槽内安装环形密封件[302]，使应力集中滤波构件[303]在突出部位的内部形成密闭空腔，该空腔与应力集中滤波构件之间的壁为径向力敏感区域，在应力集中腔的内壁贴多组耐高温电阻应变片，构成桥式测量电路[30409]，感知突出部位形状的变化，桥路组数取决于应力集中滤波构件[303]突出部位最大内径大小；应力集中腔出贴片部位外，均需涂抹隔热涂层，应力集中滤波构件[303]其余内壁的粗糙度Ra≤0.16μm；(5)一套微电测量控制系统[304]，包含FPGA控制器[30401]、大容量蓄电池[30403]、大容量FLASH存储器[30404]、信号调理电路[30408]、电源控制电路[30408]、A/D转换[30407]、径向力测量桥式电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]。