[发明专利]一种基于压电晶体自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统

说明书

本发明公开了一种基于压电晶体自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统，由若干个信号测量与无线传输装置和地面无线发射/接收装置组成，信号测量与无线传输装置可以代替接箍用来连接抽油杆，抽油机每个冲程中，油液带动信号测量与无线传输装置上的旋转体旋转，旋转体叶片挤压半圆挤压头进而挤压压电晶体发电，测量与无线传输装置中的柔性印刷电路板上有传感器信号处理电路、无线发送接收电路和主控制电路等，通过ZigBee无线通讯协议与地面通讯，实现了装置的自供电的井下无线通讯，结构简单，安装方便，适应性强，解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题，可以根据不同的井深采用不同的安装方式适应不同的工作环境。

技术领域

本发明关于油田井下监测技术，特别是关于油井井下直读监测技术，具体的讲是一种基于压电晶体自供电的抽油机井下信号测量与无线传输系统。

背景技术

在如今的采油工程中，有各式各样的采油方式，但是最主要使用的是有杆采油的方式。有杆采油使用细长的抽油杆连接着地下数千米的抽油泵，通过固定在地面的抽油机带动抽油杆上下运动达到抽油目的。

抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接抽油机的悬绳器，下接抽油泵起传递动力的作用。抽油杆单根长度为7.62、8或9.14米，材质一般是低碳合金钢经过调质处理, 单根抽油杆的两端加工成外螺纹，然后用一种叫接箍的标准连接件将一根根抽油杆连接起来，接箍的两端加工成内螺纹，长度一般为100毫米，外径比抽油杆稍大，这样在油管内通过抽油杆将地下油层处的油泵活塞与抽油机“驴头”上的悬绳器相连接，通过抽油机往复运动来泵油。

目前随着油价的下跌，各油田生产单位越来越重视生产节能增效，如对抽油机改为变频控制，实现可调的抽油频次，对注水井的注水压力和流量的优化改变来提升产油量，但目前这些参数的设定均是基于操作人员的经验，因为缺乏井下环境数据的测量，如注水井中注水压力和流量均很大，在油井中抽上来的是含水量很高的原油，就会造成能量的极大浪费。另一方面，目前的油井深度一般在2～3千米左右，新疆克拉玛依的油井深度可达6～7千米，而井下工况十分复杂，工作环境非常恶劣，不仅受到机、杆、泵等抽油设备的影响，还直接受到砂、蜡、气、水的影响，故障率很高，为了保证抽油井正常生产，延长抽油设备使用寿命，就必须及时、准确地掌握抽油井的工作状况，诊断抽油井所存在的故障。

我国现有的油井在生产过程中，几乎没有对油井井下环境参数进行监测，目前对于抽油井的工况主要通过采油工程技术员对抽油机示功图的分析和油井的管理经验确定，诊断结果准确性不高，情况复杂时只能通过抽出所有井下抽油杆和油管来查探情况，但该方法容易导致判断错误或投入不必要的测试作业费，并且很少存在可以直接检测井下其他数据的测量装置，不仅是因为井下仪器供电困难，还因为井下信号传输困难。专利网公布了“一种利用压电技术发电的流体管道系统”（申请号：201510039957.1）这种发电的装置可以实现将流体流动产生的动能转换成电能，但是并不适用在油田抽油的环境中，因为抽油井的抽油管道中有抽油杆，抽油杆并不会转动。专利网公布的 “一种油井井下无缆测试系统”（申请号：201210154062.9）直接从几千米下的的油井发送无线信号到地表，容易受到油液，管道，土壤等的削弱，使得无线传输的效果不理想；专利网公布的 “一种用于井下通讯的数据传输装置及方法”（申请号：201110171527.7）公布了一种井下无线通讯的方法，但是没有很具体的结构，也没有提供电源的解决方案；专利网公布的“一种井下微功耗远距离无线数据传输装置” （申请号：201320685866.1），该实用新型专利提供了一种无线通讯的方法，但是没有给出电源的解决方案；除此之外也有尝试直接放电缆下去，采用有线线缆方式，由于井内的恶劣工作环境(温度 ：最高125度，最低十几度 ；压力 ：60MPa ；腐蚀性 ：饱和盐水 )，不仅长距离电缆传输成本很高，而且耐久性和工作的可靠性较难得到保证，在抽油过程中电线易被拉断，同时布线后也会干扰修井工作。

发明内容