一种井下钻压扭矩测量系统的制作方法

1.本发明涉及石油钻井技术领域，具体涉及一种井下钻压扭矩测量系统。


背景技术：

2.随着钻井工程的日益发展，井下钻井安全参数监测成为钻井过程必要环节之一。钻压、扭矩测量对于井下钻具安全问题、井眼安全质量问题、水平井大位移井中水平段拖压问题、钻具受力计算分析等具有重要作用和意义。常规的井下钻压扭矩测量普遍存在贴片工艺复杂、且在钻铤上对应的孔位中操作不方便、位置精度差、修正计算较为复杂等问题。
3.例如现有技术中，专利cn113482597a公开了一种地质岩心钻探参数孔底自动监测装置。该装置包括：测量短节本体、电源模块和孔底钻进参数测量模块。测量短节本体，上端与钻杆连接，下端与钻头连接，内部中空，外壁中开设有测量槽。孔底钻进参数测量模块，密封于测量槽中，包括孔斜模块、转速模块、温度模块、钻压与扭矩模块、外环空压力模块、内环空压力模块中的至少一种。孔斜模块、转速模块、温度模块、钻压与扭矩模块、外环空压力模块、内环空模块分别用于测量孔斜、转速、孔底温度、孔底钻压和钻进扭矩、外环空压力和内环空压力。
4.上述专利的工程参数贴片方式为，在工程参数短节本体上加工周向四个均布的贴片槽，打磨贴片区域后，使用镊子等工具将应变片用胶粘贴到对应区域。而贴片槽一般空间狭小，导致可操作性差，位置不易对正，并且贴片后需要采用大型温箱等设备进行加温固化，固化时间长，产品生产时间较长。并且若应变片出现损坏需要重新粘贴，去除旧片工艺复杂，且需要将整个钻铤返厂维修。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决现有技术中工程参数监测装置存在的贴片工艺复杂、操作不便等问题，提出了一种井下钻压扭矩测量系统，该测量系统通过设置独立的应变片嵌入块，使产品生产不受标定和加温设备尺寸的约束，提高了钻压扭矩标定测量精度，也提高了产品生产和维修效率。
6.为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：一种井下钻压扭矩测量系统，其特征在于，包括钻铤本体、应变片嵌入块和密封压盖，所述钻铤本体表面开设有测量槽，所述密封压盖将应变片嵌入块以过盈配合方式压装在测量槽内；所述应变片嵌入块包括嵌入块本体、设置在嵌入块本体上的钻压应变片和扭矩应变片，所述嵌入块本体上端与密封压盖接触，下端与钻铤本体接触。
7.进一步的，所述嵌入块本体包括两个直径大小不同的柱状体，大直径柱状体与小直径柱状体同轴连接为一个凸台结构。
8.进一步的，所述钻压应变片和扭矩应变片分布在大直径柱状体和小直径柱状体形成的台阶面上。
9.进一步的，所述钻压应变片和扭矩应变片在所述台阶面上沿周向均匀间隔分布，
形成应变片传感器阵列。
10.进一步的，所述钻铤本体的同一径向剖切面上设置有四个测量槽，这四个测量槽均匀分布在所述径向剖切面的十字方位上。
11.进一步的，四个所述的测量槽所对应的四组应变片之间采用桥路接线方式处理消除相互影响。
12.进一步的，所述嵌入块本体的材料比钻铤本体材料的弹性系数高。
13.进一步的，所述密封压盖上设置有卡簧用于限制其轴向移动，密封压盖与测量槽之间的间隙用密封圈实现密封。
14.进一步的，还包括设置在钻铤本体内部的与应变片连接的电池组、电路，在钻铤本体的表面对应电池组和电路分别设置有电池板和电路板。
15.进一步的，所述嵌入块本体底部设置有定位销孔，测量槽底部设置有定位销轴，所述定位销孔与定位销轴配合用于防止应变片嵌入块旋转。
16.综上所述，本发明具有以下优点：1、本发明通过设置独立的应变片嵌入块，可以实现在钻铤外部进行贴片和标定，标定完成后采用过盈配合与钻铤本体组装在一起，同时上方压盖与嵌入块上方的支柱接触，可以降低内外环空压力对钻压扭矩测量的影响；2、本发明的应变片嵌入块为独立设计，使用小型钻压扭矩平台即可进行精确标定，还避免了钻铤贴完应变片粘接剂需要在烘箱内长时间高温固化的操作，缩短了固化时间，提高了生产效率，使产品生产不受标定和加温设备尺寸的约束；3、本发明可以通过改变应变片嵌入块的材料及外形变化增大应变量以提高测量精度；4、本发明的钻压扭矩测量系统，测量精度高，组装维修方便，标定简便，推广应用性高。
附图说明
17.图1为本发明钻压扭矩测量系统的内部结构示意图；图2为图1的a-a向剖切示意图；图3为应变片嵌入块的俯视结构示意图；图4为应变片嵌入块的侧视结构示意图；图5为钻压扭矩应变片的桥路接线方式。
18.图中：1、钻铤本体；2、应变片嵌入块；3、密封压盖；4、卡簧；5、密封圈i；6、密封圈ii；7、电池组；8、电路；9、电池盖板；10、电路盖板；21、嵌入块本体；22、钻压应变片；23、扭矩应变片；40、第一放大器；42、第二放大器，30、滤波器，32、整流器，50、数字输出端口。
具体实施方式
19.为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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
ꢀ“
安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例1本发明提供了一种井下钻压扭矩测量系统，包括钻铤本体1、应变片嵌入块2、密封压盖3、卡簧4、电池组7、电路8、电池盖板9以及电路盖板10。电池组7、电路8设置在钻铤本体1内部，与应变片电性连接。
25.在钻铤本体1表面开设有若干测量槽用于安装应变片嵌入块2。具体的，如图2所示，测量槽在钻铤本体1表面周缘均匀分布，在钻铤本体1的同一径向剖切面上共设置有四个测量槽，每个测量槽沿其深度方向呈外宽内窄的台阶状变径结构。应变片嵌入块2位于测量槽的底部，与钻铤本体1接触。安装时，密封压盖3将应变片嵌入块2以过盈配合方式压装在测量槽内。
26.如图3和图4所示，应变片嵌入块2包括嵌入块本体21、钻压应变片22和扭矩应变片23。
27.其中，嵌入块本体21包括两个直径大小不同的柱状体，大直径柱状体与小直径柱状体同轴连接为一个凸台结构。钻压应变片22和扭矩应变片23在两个柱状体构成的台阶面上均匀间隔分布，形成沿台阶面周向分布的应变片传感器阵列。本实施例中，可选用中航电测的应变片。
28.如图2所示，具体的，在测量槽内还设置有密封压盖3，密封盖上设置有卡簧4用于限制其轴向移动，密封压盖3与卡簧4配合将应变片嵌入块2压装在测量槽内，密封压盖3与测量槽之间的空隙使用密封圈进行密封。
29.安装前，将应变片嵌入块2在外部进行贴片和标定，标定完成后采用过盈配合与钻铤本体1组装在一起，同时上方密封压盖3与应变片嵌入块2顶部接触，可以降低内外环空压力对钻压扭矩测量的影响。
30.进一步的，为了更好地实施本方案，所述嵌入块本体底部设置有定位销孔，测量槽底部设置有定位销轴，所述定位销孔与定位销轴配合用于防止应变片嵌入块旋转导致的扭矩测量误差。
31.进一步的，嵌入块本体21可以选用比钻铤本体1弹性系数好的材料，使应变量变化大，易于提高测量精度。
32.本实施例中，应变片嵌入块2可单独设计小型标定工装进行标定，实现标定力的精确施加，避免大型标定设备的施力误差造成仪器测量精度降低。应变片嵌入块2标定好后，采用压接方式嵌入工程参数本体内，二者采用过盈配合。
33.实施例2在实施例1的基础上，进一步的，为了更好地实施本方案，如图3所示，采用四组贴片组桥设计，能更好地消除本体结构不对称引起的误差，提高测量精度。具体的，钻压应变片22设置有两组共四个，相互之间间隔90
°
。扭矩应变片23设置有两组共四个，这四个扭矩应变片23在两个钻压应变片22之间的45
°
角位置。
34.四组贴片之间采用桥路接线方式处理消除相互影响。如图5所示，相同桥臂方向上的应变片先串联在一起，再与其他桥臂方向上的应变片串联，最后使应变片在所有的金属圆柱形凹槽内部形成惠斯通电桥结构，这种设计可以抵消温度变化对测量的影响，也可以提高测量灵敏度。图5左边的wob表示钻压应变片桥路连接形式，右边的tob表示扭矩应变片桥路连接形式，两侧的应变片信号分别经过第一放大器40和第二放大器42后，汇集到滤波器30和整流器32处理，然后通过数字输出端口50输出。
35.本发明方案通过设置独立的应变片嵌入块，可以实现在钻铤外部进行贴片和标定，标定完成后采用过盈配合与钻铤本体组装在一起，解决了常规的井下钻压扭矩测量普遍存在贴片工艺复杂、且在钻铤上对应的孔位中操作不方便、位置精度差、修正计算较为复杂等问题，具有极好的推广应用性。
36.虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
37.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。