[发明专利]一种抽油杆井下受力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种井下抽油杆受力测量装置，本装置也可作为其他井下杆状件受力状况测量。

背景技术

在当今采油工程中，有杆采油井在机械采油中所占比例高达90%以上，虽然近些年来出现了无杆采油等新技术，但是依然难以撼动有杆采油的主导地位。在有杆采油系统中，柔性、细长的抽油杆，它连接着游梁驱动系统和深在近千米到数千米的抽油泵，担负着运动和能量的传递，是该系统中的关键部件。然而由于多种特殊因素的影响，如抽油杆所在的复杂井眼轨迹、油管与抽油杆之间的滑动摩擦、抽油杆在受载时的变形和井下复杂的油液化学环境等，使得抽油杆的可靠性与使用寿命偏离设计指标，常常在有效寿命期就出现杆断、杆脱、杆偏磨和管偏磨等故障。特别是近些年来，随着浅源油田资源的萎缩，采油向着地层条件差、自然产能低的地层深处掘进，出现了深达六千多米的定向深井，而这种油井的抽油杆运动、受力远比浅层直井更加复杂，直接导致抽油杆与油管的挤压摩擦更加剧烈、弯矩增大、承受的拉压平均应力不断增加。

我国现有的油井在生产过程中，几乎没有对抽油杆受力参数进行监测，通常是根据视功图来判断井下抽油杆工作状况，情况复杂时只能通过抽出所有井下抽油杆来查探情况，但该方法容易导致判断错误或投入不必要的测试作业费，因此生产现场迫切需要一种能够深入井下测量抽油杆受力状况的装置。关于井下杆状物压力的测量装置，已有一些专利技术，但都存在着不同程度的局限性。例如“井下存储式杆管参数检测器”（专利号：ZL200420024926.6），设计了一种能检测抽油杆轴向力和扭矩等参数的测量装置，但是该装置测量的参数并不包含引起抽油杆偏磨、断裂等主要故障的径向力。“一种管柱状态检测装置”（专利号：ZL200820219679.3）提出了一种由井下和地面两部分组成的检测装置，实现了井柱温度、轴向力与管柱滑动位移的一体化测量，但是无法检测抽油杆径向压力的具体数值，而且无法测出易引起抽油杆疲劳断裂的弯矩。“一种井下抽油杆径向压力测量装置”(申请号：ZL201110236526.6)可以实现测量抽油杆径向力，该装置通过短节受力，将变形传递给环形衬套，环形衬套的安装精度对测量装置的精度起着重要作用，但是该装置的短节决定了环形衬套的安装非常困难，并且衬套难以长期保持要求姿态，进而难以长期保持较高测量精度，力学参数的变化是导致抽油杆故障的主要因素，该专利仅仅测量径向力，测量参数单一，无法实现对抽油杆全面力学监测。“工程模型杆件测试装置”(申请号：CN201120526070.2)提出了一种基于机械解耦方式测量杆件受力状况的装置，该测量装置体积大、组件多，测量时需将装置卡在杆上，而本发明要解决的抽油杆力学测量问题其抽油杆位于油管内部且油管内径最大为52mm，抽油杆直径为40mm，并且抽油杆在工作时与油管内壁存在摩擦，这种摩擦严重时足以将油管磨穿或是将抽油杆磨断，另外油管与抽油杆之间充满着腐蚀性的油液混合物，显然如果该装置用于抽油杆力学测量，第一、体积问题导致测量装置无法装入，第二、强摩擦必然导致测量装置无法卡于抽油杆，第三，该装置没有考虑防渗密封问题，能否在腐蚀性液体中可靠工作是一个问题。

对抽油杆磨损起决定性因素的力学参数为径向力，其大小决定了磨损速度和强度，扭矩、轴向力和弯矩则是导致抽油杆疲劳损坏主要力学要素，但目前还没有一种小巧装置能稳定测量扭矩、轴向力、径向力和弯矩，因此现有仪器或技术尚不能很好的解决井下抽油杆受力的测量问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种抽油杆井下力学参数测量装，其测量参数全面、精度高、结构简单、安装方便、适应性强，可以替代现有抽油杆力学测量装置。

本发明的技术方案为：一种抽油杆井下受力测量装置，由应变片阵列3、测量短节1、环形密封圈2和微电控制系统4组成。各组成部分的位置与连接关系为：测量短节1两端分别套环形密封圈2，然后连接抽油杆，使抽油杆受力完全传递到短节上，测量短节1内部为空腔，沿空腔壁轴向贴应变片阵列3，根据应变片阵列3相应单元贴片方式及位置的不同进行组合，组成由8组测量桥路构成的应变解耦方式，精确测量抽油杆工作时在各个方向所承受的力，腔内放置微电控制系统4，负责测量过程的调控。