井下监测装置的制作方法

1.本发明属于采油工程技术领域，具体涉及井下监测装置。


背景技术：

2.在现有的开采原油的技术中，如果油井的自身能量无法将井下的原油举升到地面，则需要采用以机械采油为主的方式进行人工举升。机械采油系统的主要组成部分包括采油井筒、输油管和电泵等结构，这些结构位于井下，所起的作用是将地面的能量传递至井中的原油，并且将原油举升到地面，而在机械采油时，油藏的情况分析具有重要的意义，分析的主要数据来源是测试井下的温度、压力等。
3.但在目前的机械采油系统中，电泵等部件直线排列在井筒内，导致上述井筒中间无直接可用油藏情况分析的测试通道，针对此情况，传统采用的监测方式主要通过两种途径：第一种方式是在电泵停止作业时，将电泵等部件从井下中取出，将压力计等测试仪器放到井下，获取井下压力数据。第二种方式是将井筒设计为“y”型，即井筒的上端分为两个通道，其中一个通道用于放入测试仪器，另一个通道作为原油的的流通路径。在正常生产状态下，放测试仪器的通道用堵塞器密封，以避免影响原油的举升；在进行测试时，打捞出堵塞器，放入测试仪器进行测试，获取地层参数；测试完成后，再次用堵塞器密封，憋压验封，恢复采油作业。
4.但上述两种方法均存在一个共同问题，即在测试井下压力数据时，只能在采油作业停止时才能进行，无法实现数据的实时监测，数据获取的及时性较差。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种井下监测装置，可以实现数据的实时获取，提升数据的获取的及时性和准确性。
6.本发明提供一种井下监测装置，其结构包括井筒、电泵组件和压力监测单元，压力监测单元包括地面电控组件和压力计组件，电泵组件和压力计组件均设置在井筒内，压力计组件包括压力计和检测电缆，压力计通过检测电缆与地面电控组件电连接，以检测井下压力，且检测电缆和压力计之间密封连接。在此方案中，由于压力组件直接设置在井筒内，在油井进行作业时同样可以进行井下压力数据监测，实现了数据的实时获取，由此可以增大数据的采集量，提升数据的获取的及时性和准确性。
7.作为一种实施方式，检测电缆通过金属密封结构和压力计密封连接，以确保井内流体不进入压力计和检测电缆。
8.作为另一种实施方式，检测电缆包括缆芯、绝缘层、填充层、金属管和保护层，绝缘层、填充层、金属管和保护层由内到外依次套设在缆芯的外侧。此结构可以使得电缆拥有更优的抗腐蚀性能和更高好的机械强度，延长电缆的寿命，使其能够满足更长时间的井下作业。
9.作为一种实施方式，电泵组件包括潜油电泵和电泵电缆，电泵电缆的第一端连接
于潜油电泵，电泵电缆的第二端伸出至地面；检测电缆和电泵电缆分别位于潜油电泵在周向上的不同侧，由此可以避免检测电缆与电泵电缆之间的强弱电流干扰。
10.作为其中一种实施方式，压力计组件还包括悬挂器，悬挂器的底部具有沿井筒长度方向延伸的悬挂件，且压力计组件还包括托筒，托筒通过所述悬挂件悬挂于电泵组件的下方，而压力计设置在所述托筒内。通过安装悬挂器，减轻了检测电缆上端承受的拉力；通过设置托筒，可以使压力计固定在托筒上，此托筒结构可以保护压力计，避免固定装置直接接触压力计造成损坏。
11.作为一种可选的实施方式，检测电缆通过线缆卡子与悬挂件固定，电缆卡子可以使电缆固定的更加牢固，也使压力计更稳固，有助于数据测试的准确性，且此种固定方式方便拆卸和替换。
12.作为其中一种实施方式，压力计组件还包括扶正器，扶正器设置在在压力计的上端或下端的至少一端。设置扶正器一方面可以保持压力计在井筒内居中，另一方面可以避免压力计受到电泵震动的影响在井筒内摆动，进一步保证测试可靠性。
13.作为一种可选的实施方式，压力计组件包括多个压力计，多个压力计沿竖直方向依次首尾悬挂。设置多个压力计的优势是相互校验彼此测试数据的准确性，提高数据的可靠性。
14.作为一种可选的实施方式，压力计组件还包括配重件，配重件设置在压力计组件的底端，此配重件可以辅助压力计组件放入井筒内，同时也可以起到稳定压力计的作用。
15.作为其中一种可选的实施方式，压力计为石英压力计，相比较于普通的压力计，石英压力计的监测精确度更高，能够提高监测的灵敏度和监测数据的准确性。
16.本发明提供的井下监测装置，通过将压力计组件同电泵组件共同设置在井筒内，一起下井，监测时无需将电泵组件从井筒中取出，实现了井下压力数据的实时、连续监测，可以获取任意时刻或者时间段内的井下压力数据，数据的及时性强，且避免了因为频繁启停电泵而影响其使用寿命。此外，由于压力检测过程不影响采油作业的进行，在实现油藏动态分析的同时，有助于提高油井产量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例的技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明一实施例提供的井下监测装置的整体结构示意图；
19.图2为本发明的一实施例提供的检测电缆的内部结构示意图；
20.图3为本发明的一实施例提供的悬挂器剖面示意图；
21.图4为本发明的一实施例提供的一种托筒与压力计配合的结构示意图；
22.图5为本发明的一实施例提供的电缆卡子剖面示意图；
23.图6为本发明的一实施例提供的扶正器结构示意图；
24.图7为本发明的一实施例提供的另一种扶正器设置方式示意图。
具体实施方式
25.为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
27.目前的机械采油系统中，电泵等部件直线排列在井筒中，导致井筒中间无直接可用油藏情况分析的测试通道，只能在采油作业停止时才能进行压力测试，无法实现数据的实时监测，数据获取的及时性较差。
28.有鉴于此，本发明提供了一种可实现数据实时获取的井下监测装置。此井下检测装置是将压力计及其附属的部件放入井筒内，且始终保持在井下，在采油的同时压力计也能同步测试，实现数据的实时获取，提升数据的获取的及时性和准确性。
29.图1为本发明一实施例提供的井下监测装置的整体结构示意图。如图所示，本实施例提供的井下检测装置包括井筒1、电泵组件2和压力监测单元3，其中压力监测单元3包括地面电控组件32和压力计组件34，电泵组件2和压力计组件34均设置在井筒1内。电泵组件2用于为机械采油提供动力，通过给井中的原油传递能量，将原油举升到地面，这样即使在油井的自身能量无法将井下的原油举升到地面，也能实现原油的开采。压力计组件用于测试井下的压力，技术人员获取到井下的压力数据后，可以根据获取的数据分析井下油藏的情况，以便及时采取相应的措施，保持油藏的高产稳产，提高采收率。
30.其中，压力计组件34包括压力计342和检测电缆344，压力计342通过检测电缆344与地面电控组件32电连接，以检测井下压力，地面电控组件32起到收集、处理、显示数据的作用。检测电缆344和压力计342之间密封连接，以确保井内流体不进入压力计342和电缆中，保证压力计342的正常工作。
31.在安装上述检测装置时，电泵组件2和压力监测单元3应当一起下入井下，且始终保持在井下无需取出，在监测压力数据时无需将电泵组件2停止工作，这样可以实现井下压力的实时监测，技术人员可以动态监测油藏情况，获取更为及时的监测数据，实现油藏情况的动态分析。
32.如上所述的压力计组件，为了避免井内流体进入压力计342和检测电缆344中，需要使检测电缆344和压力计342之间实现紧密连接，检测电缆344通过金属密封结构和压力计342密封连接。在一些实施例中，通过金属密封结构进行密封的具体方式为：压力计342顶端与检测电缆344的连接处设置一个锥型螺纹帽，此螺纹帽与压力计342之间进行螺纹连接，形成金属密封连接结构，密封严密程度由螺帽的旋转力矩进行调节，适当的力矩可以达到较好的密封效果。螺纹帽顶端设置一个开孔，以便将检测电缆344插入到孔中与压力计342的线路相连通。在进行检测电缆344和压力计342的连接操作时，先将螺纹帽拧开，脱离压力计342，将检测电缆344从螺纹帽顶部开孔插入并与压力计342内部线路连接，然后将螺纹帽与压力计342拧紧进行螺纹连接，密封住检测电缆344与压力计342的连接处。当然此处
的金属密封结构不限于此，可以选择任何其他可以使得检测电缆344和压力计342接口处密封连接的方式。而在其它一些实施例中，也可以选择在检测电缆与压力计的连接处设置一个金属保护套，金属保护套与压力计外壳和检测电缆外层通过焊接、粘结、铆接等方式进行连接，使得连接处被密封在金属保护套内。
33.图2为本发明一实施例提供的检测电缆344的内部结构示意图。作为一种可选的方式，检测电缆344包括缆芯3441、绝缘层3442、填充层3443、金属管3444和保护层3445，绝缘层3442、填充层3443、金属管3444和保护层3445由内到外依次套设在所述缆芯3441的外侧。其中，缆芯3441即导体，是导通电流的主要构件，材质为具有优良导电性能的金属，例如电工用铜、电工用铝、铝铜合金、铝合金等。
34.绝缘层3442设置在缆芯3441外层，材质可以选择高分子有机材料，例如聚氯乙烯、聚乙烯、可交联聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等，主要起到电绝缘作用，在保证导体正常传输功能的同时，也可以确保外界安全。
35.填充层3443的作用是填充电缆中的空隙，其材质可以选择聚丙烯薄膜或塑料；金属管3444即屏蔽层，其材质也可以选择电工用铜、电工用铝、铝铜合金、铝合金等，其作用是进行电磁隔离，避免检测电缆344与外界线路产生干扰。
36.保护层3445对检测电缆344整体，特别是对绝缘起到保护作用，由于绝缘材料对电绝缘性能要求很高，所用材料纯度较高，一般机械力承受或抵抗能力、抗环境腐蚀能力等较弱，而保护层3445可以保证电线电缆能在各种外部环境条件下长期正常工作，弥补了绝缘层3442的不足，其材质一般可选择橡胶，包括天然-丁苯混合胶、氯化聚乙烯胶、氯磺化聚乙烯胶、乙丙胶、硅橡胶等。
37.这样，检测电缆344通过多层保护，可以具有较长的寿命，满足常年井下用于为压力计342供电和传输数据的要求。
38.在上述实施例所述的监测装置中，可参考图1井下监测装置的整体结构示意图，其电泵组件2包括潜油电泵22和电泵电缆24。而电泵电缆的第一端连接于潜油电泵22，电泵电缆24的第二端伸出至地面。其中，潜油电泵22是井下工作的多级离心泵,其主要部件为潜油电机，其工作原理为，在机械采油作业中同输油管一起下入井内,地面电源通过变压器、控制屏和电泵电缆24等将电能输送给井下的潜油电机,使潜油电机带动多级离心泵旋转,将电能转换成机械能,把井内的井液举升到地面。另外为了避免电流的相互干扰，检测电缆344和电泵电缆24分别设置在潜油电泵22在周向上的不同侧。
39.在本发明的另外一种实施方式中，压力计组件34还包括悬挂器346，如图3所示为悬挂器的剖面示意图，同时继续参考图1井下监测装置的整体结构示意图，悬挂器346连接于电泵组件2的下方。悬挂器346为中空的、两端开口的柱状结构，其内部空间的直径沿远离电泵组件2的方向逐渐减小，且靠近电泵组件2的一端内壁设置有内螺纹3461，与电泵组件2的通过螺纹连接。悬挂器346的侧壁可以为整体的平面，也可以为镂空框架结构，侧壁上可以固定检测电缆344。设置此悬挂器346的目的是通过在此部位对检测电缆344进行固定，缓冲检测电缆344最上端承受的拉力。固定检测电缆344的方式例如可以通过在悬挂器346侧壁设置凹槽，将检测电缆344嵌入凹槽内进行固定；也可以通过扎带将检测电缆344固定在悬挂器346侧壁上；或者通过在悬挂器346侧壁上设置挂钩、粘贴件等结构，使其可以将检测电缆344的局部进行固定。
40.此外，继续参考附图3，悬挂器346中空空间内、靠近电泵组件一侧填充一个绳帽头3462，绳帽头3462内部还贯穿固定有悬挂件3463，此悬挂件3463沿井筒1长度方向延伸出悬挂器346，其形状为长条状，可以与绳帽头3462一体成型，也可以以可拆卸的方式固定在绳帽头3462上。例如其中一种固定方式为：将绳帽头3462设置为一个可伸缩的弹性部件，正常状态下呈收缩状态，且收缩力的强度较大，不经过较强的外力作用无法打开，若将悬挂件3463伸入绳帽头3462中，则弹性开口缩小，悬挂件3463即可固定在其中。此绳帽头3462的开口也可以是刚性的，在制作时将悬挂件3463伸入进去，这种方式更牢固可靠。还可以将绳帽头3462的内部设置内螺纹，悬挂件3463的表面设置外螺纹，两者通过螺纹配合紧固。当然悬挂件的固定方式不限于上述结构，只要能将其与悬挂器346的整体结构相连接并且不容易脱落的方式，均可采用，常用的手段、常规的替换方式均包含在此实施例所述的范围内。悬挂件3463可以选择金属或者其他强度较好的硬质材料。
41.需要注意的是，在绳帽头3462远离电泵组件2的一端的悬挂器346的内壁、还设置有向内凸起的直角台阶，台阶之间的距离小于绳帽头3462的直径，其作用是将绳帽头3462卡死在悬挂器346内壁，防止其在悬挂件3463承受重力时脱落。
42.在本发明的另一种可选的实施方式中，上述压力计组件34还包括托筒348，如图4所示的一种托筒与压力计配合的结构示意图，托筒348整体固定于悬挂件3463上，其结构包括筒柱3481和筒托3482，筒柱3481侧壁沿井筒1延伸方向设置有内陷的沟槽，沟槽的形状与压力计342的整体轮廓相吻合，能够使压力计342恰好嵌入沟槽内，通过通筒托3482进行固定，必要时还可以通过固定件进行加固。托筒348的材质可以选用316不锈钢，此托筒348的主要作用是固定和保护压力计342，使压力计342保持稳定、安全的状态。
43.需要说明的是，托筒348和压力计342的数目可以是一个，也可以是多个，一般一个托筒348对应保护一个压力计342，设置多个压力计342的情况下，压力计342与压力计342之间沿竖直方向依次首尾悬挂，每个压力计342连接不同的缆芯3441。多个压力计342的优势是：一方面可以测试井下不同深度处的压力，另一方面对于测试的结果可以进行相互校验，避免测试误差和错误，保证测试结果的可靠性。另外，当某个压力计342发生故障时，其他压力计342还可以继续使用，不会对压力监测造成影响。
44.在本发明的一实施例中，检测电缆344通过线缆卡子350与悬挂件3463固定，托筒348和悬挂件3463之间也通过线缆卡子进行固定。如图5所示的线缆卡子的剖面示意图，电缆卡子350由两个设有弧形凹槽的金属块通过螺丝固定得到，两个金属块的凹槽围成闭合空间，用于承载被固定物体。此电缆卡子350用于将检测电缆344和托筒348固定于悬挂件3463上。固定监测电缆的电缆卡子350可以有一个，也可以有多个，多个电缆卡子350之间可以等间距排列，也可以不等间距排列，可以在同一条直线上排列，也可以错开排列，电缆卡子350的个数可以根据电缆的长度和托筒348的个数进行选择。电缆卡子350的具体结构不限于此，还可以选择任何可以实现电缆与悬挂件3463固定的结构，例如线缆卡子可以为有弹性的夹子，或者为扎带结构，只要对电缆无损伤且可以实现可靠的固定作用均可，当然还应当保证其材质适合井下环境。
45.在本发明的另一种可选的实施例中，压力计组件34还包括扶正器352，如图6所示的一种扶正器的设计结构示意图，其结构是圆柱形结构，材质为刚性材料，在撞击时不容易发生弯曲和形变，其直径略小于井筒1的直径，保证尽量减少其在井筒1内的晃动空间，且使
其在平行于地面时恰好能够放入井筒1内。扶正器352的作用是可以使压力计342在井中尽可能保持居中，避免压力计组件34受潜油电泵22震动的影响在井中来回摆动，这样能够避免压力计342因摆动撞击到其他结构造成损坏，同时能保证测试的准确性，此外也可以保证井内的电缆不会触碰到井筒1，避免电缆的碰撞。
46.当压力计342下井时，作为一种可选的方式，可以将扶正器352设置在压力计342的上端或下端的至少一端，即可以将扶正器设置在压力计的上端、可以设置在压力计的下端，或者也可以在压力计的上下两端同时设置。继续参考图1所示为本发明一实施例提供的井下监测装置的整体结构示意图，将扶正器352设置在压力计342的下端，扶正器与悬挂件3463进行连接，悬挂件3463沿扶正器352的中心轴贯穿在内，扶正器352的侧壁轻触井筒1。由于长条直径远大于压力计342的直径，这样当压力计342下井时，若电缆发生晃动时，扶正器352可通过自身与井筒1的接触缓冲压力计342随电缆晃动的强度，避免压力计342撞击到井筒1，保持了压力计342在井中的平衡。也可以将扶正器352水平设置于电泵组件2的下端，如图7所示，扶正器352也可以设置在压力计342的上端，固定于悬挂器346靠近电泵组件2的一端，其作用原理与前述设置在压力计342的下端相同，在此不再详细说明，两端都设置的情况也不再赘述。
47.当然扶正器352的结构也不限于上述结构，两个或者个长度相当的长条状结构交叉同样能够满足需求，甚至一个平面也可以作为一种实施的方式进行考虑，只要其直径略小于井筒1，能够随压力计342顺利放入井下，且在下井过程中能够保持平行于地面均可，只要能够实现保持压力计342的尽量稳定即可认为与本发明的构思相同，即在本实施例的技术方案范围内。
48.除此之外，压力计组件34还可以包括配重件354，参考图1的井下监测装置的整体结构示意图，此配重件354悬挂在悬挂件3463远离电泵组件2的一端，与悬挂器活动连接，可以自由旋转，此配重件354作为压力计组件34的辅助部件，作用是能够防止电缆转动，其另一个作用是增大压力计组件34的整体重量，进而能够更快速地将压力计342安放在指定的位置。配重件354可以选择由一定重量的金属块、石块或者任意可以起到配重作用的物件，其具体大小和重量可以根据需求进行选择。
49.另外，在本发明的一个可选的实施例中，上述的压力计342可以选择石英压力计。相比较于其他类型的压力计，石英压力计具有耐高温、耐腐蚀、精度高、稳定性好、可靠性高、气密性好等优点，适合进行井下环境情况监测。当然本发明也可以选择其他压力计，只要能够适应井下环境、满足井下压力监测的需求即可使用。
50.以下将对本发明一种实施方式的井下监测装置在使用时的安装步骤及安装要求进行举例说明。
51.在安装使用本发明的井下监测装置时，首先，选择满足地层温度压力条件的压力计342、检测电缆344及其他入井工具，将悬挂器安装于电泵组件2下端，将设置有压力计342的托筒348用线缆卡子固定在悬挂件3463上，将扶正器352、配重件354依次悬挂在托筒348下端的悬挂件3463上。然后将压力计组件34同电泵组件2共同下入井筒内。需要注意的，电泵电缆24和检测电缆344应该分别分开布置，避免强弱电流的相互干扰。其次，在地面安装好地面电控组件32，地面电控组件32最好放置在室内，以避免恶劣天气对地面电控组件32寿命的影响。最后，将检测电缆344从井口穿越，并与地面电控组件32连接，油井管理人员即
可通过地面电控组件32读取井下实时压力数据。
52.本发明提供的井下检测装置，可以连续监测井下压力，监测数据实时显示在地面电控组件，油藏工程师在地面显示器即可实时读取数据。相比较于现有的潜油电泵作业时测试、y型井筒测试工艺，具有以下优点：
53.(1)数据量大、录取频率高、数据的及时性强。本发明实现了井下压力数据的实时连续监测，可以获取任意时刻或时间段内的井下压力数据，对油藏情况进行实时监控，在发生情况时可以及时采取措施，提升生产效率和安全性。
54.(2)减少操作步骤，降低了施工带来的安全环保风险，延长潜油电泵使用寿命。本发明装置是在电泵组件下井时，压力组件随着电泵组件一起下入井中，可长期在井下服役，后期不再需要进行起、下操作，也无需进行启、停电泵操作，因此相对于现有的监测装置，本发明操作更加简便，节省人力，也不会因为频繁启停潜油电泵影响其寿命，同时因为潜油电泵可以持续工作，也增大了油井的产量。
55.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
56.其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
57.需要说明的是：在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。