一种井下工具串多参数测录仪

摘要

本发明的井下工具串多参数测录仪，包括：采集装置固定框架，用于形成穿行通道，提供径向数据采集装置围绕穿行通道的连接结构；径向数据采集装置，用于采集被测对象通过穿行通道时的实时径向宽度；轴向数据采集装置，用于随动径向数据采集装置，采集被测对象通过穿行通道时的实时轴向长度；实时数据处理装置，用于利用获得的宽度数据和长度数据形成连续被测对象通过穿行通道时径向宽度和轴向的连续变化数据。本发明通过建立测量基准，保证了井下工具串在通过穿行通道时的下井长度和下井每一部件的宽度都可以基于测量基准进行准确测量，提高了井下工具串的串联部件组合方式的灵活性。同时测量过程避免了人为干预形成测量误差。

权利要求

1.一种井下工具串多参数测录仪，包括：

采集装置固定框架，用于形成穿行通道，提供径向数据采集装置围绕穿行通道的连接结构；

径向数据采集装置，用于采集被测对象通过所述穿行通道时的实时径向宽度；

轴向数据采集装置，用于随动所述径向数据采集装置，采集所述被测对象通过所述穿行通道时的实时轴向长度；

实时数据处理装置，用于利用获得的宽度数据和长度数据形成连续的所述被测对象通过所述穿行通道时径向宽度和轴向的连续变化数据；

所述轴向数据采集装置包括转动辊和光电编码器，所述转动辊包括共轴固定的辊体和辊轴，所述辊轴的两端部对称伸出所述辊体的两端面，所述辊轴一端通过联轴器连接所述光电编码器；

所述径向数据采集装置包括支撑结构和拉线式位移传感器，所述支撑结构围绕所述穿行通道镜像对称设置，所述支撑结构包括位于一个平面内的基准转轴和连接杆，所述基准转轴与所述采集装置固定框架的固定结构转动连接，所述连接杆的一端与所述基准转轴固定，所述连接杆的对端与所述辊轴端部转动连接，所述辊轴和所述基准转轴平行且与所述穿行通道的径向平面平行；对称设置的所述支撑结构的底部间距小于顶部间距；

所述拉线式位移传感器的本体固定在所述采集装置固定框架上，所述拉线式位移传感器拉线的自由端固定在靠近所述本体的支撑结构的连接杆上，在另一个支撑结构的对应连接杆上设置辅助参考定位轴，所述拉线绕过辅助参考定位轴。

2.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，还包括数据实时反馈装置，用于将实时数据和变化数据进行存储、显示和转发。

3.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，所述轴向数据采集装置包括：长度信号采集模块，用于与所述被测对象形成接触面，所述接触面对应的回转体随所述被测对象沿所述穿行通道轴向的移动而转动；

长度信号识别模块，用于将所述回转体的转动角度转换为第一编码数据传输。

4.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，所述径向数据采集装置包括：对称支撑回复模块，用于围绕所述穿行通道形成对称的支撑结构，支撑结构一端与所述采集装置固定框架形成第一转动连接，支撑结构另一端与所述轴向数据采集装置形成第二转动连接；

宽度信号采集模块，用于在一所述支撑结构上设置参考点，并提供反映所述参考点与其他所述支撑结构间距的测量量值的测量介质；

宽度信号识别模块，用于将所述测量量值转换为第二编码数据传输。

5.如权利要求4所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，所述第一转动连接轴向和所述第二转动连接的转动轴向平行且与所述穿行通道的径向平面平行，所述对称的支撑结构间保持张力。

6.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，所述采集装置固定框架包括中空的基础箱体，贯穿所述基础箱体一对相对侧壁形成进通孔和出通孔，所述进通孔和所述出通孔间形成所述穿行通道，所述轴向数据采集装置部分位于所述穿行通道中，所述连接结构设置在所述基础箱体内部围绕所述穿行通道。

7.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，所述拉线的延伸方向与所述穿行通道的径向平面平行。

8.如权利要求1所述的井下工具串多参数测录仪，其特征在于，还包括弹性线缆，所述支撑结构包括两根平行的连接杆，所述弹性线缆的两端分别固定在对称设置的支撑结构的同一侧连接杆上。

说明书

一种井下工具串多参数测录仪

技术领域

[0001] 本发明涉及井下工况参数采集技术领域，特别涉及一种多参数井下工具串测录仪。

背景技术

[0002] 采油是对地下几百米至几千米油层内的石油进行采收，是在完井中根据油层深度分段串联油路下入井中实现分层采油，每一段油路将多根管柱连接的同时连带采油泵及采油措施工具串联形成井下工具串。由于油层和地质层结构复杂，当油层厚度小，或油层间隔距离小时每段油路的采油泵及采油措施工具的下入深度值都严格要求准确对应采油设计的深度值。传统技术手段采用人工逐个设备长度丈量-记录长度数据-依次下入井内，但是丈量误差、填写数据笔误以及丝扣连接松紧误差等误差累计，使得井下采油工具串下入数值与采油设计深度值误差过大，直接导致各段串联油路下入深度错误，造成采收油量降低，采油成本加大。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供一种井下工具串多参数测录仪，用于解决下井油管和设备测量精度低的技术问题。

[0004] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪，包括：

[0005] 采集装置固定框架，用于形成穿行通道，提供径向数据采集装置围绕穿行通道的连接结构；

[0006] 径向数据采集装置，用于采集被测对象通过所述穿行通道时的实时径向宽度；

[0007] 轴向数据采集装置，用于随动所述径向数据采集装置，采集所述被测对象通过所述穿行通道时的实时轴向长度；

[0008] 实时数据处理装置，用于利用获得的宽度数据和长度数据形成连续所述被测对象通过所述穿行通道时径向宽度和轴向的连续变化数据。

[0009] 本发明一实施例中还包括数据实时反馈装置，用于将实时数据和变化数据进行存储、显示和转发。

[0010] 本发明一实施例中所述轴向数据采集装置包括：

[0011] 长度信号采集模块，用于与所述被测对象形成接触面，所述接触面对应的回转体随所述被测对象沿所述穿行通道轴向的移动而转动；

[0012] 长度信号识别模块，用于将所述回转体的转动角度转换为第一编码数据传输。

[0013] 本发明一实施例中所述径向数据采集装置包括：

[0014] 对称支撑回复模块，用于围绕所述穿行通道形成对称的支撑结构，支撑结构一端与所述采集装置固定框架形成第一转动连接，支撑结构另一端与所述轴向数据采集装置形成第二转动连接；

[0015] 宽度信号采集模块，用于在一所述支撑结构上设置参考点，并提供反映所述参考点与其他所述支撑结构间距的测量量值的测量介质。

[0016] 宽度信号识别模块，用于将所述测量量值转换为第二编码数据传输。

[0017] 本发明一实施例中所述第一转动连接轴向和所述第二转动连接的转动轴向平行且与所述穿行通道的径向平面平行，所述对称的支撑结构间保持张力。

[0018] 本发明一实施例中所述采集装置固定框架包括中空的基础箱体，贯穿所述基础箱体一对相对侧壁形成进通孔和出通孔，所述进通孔和所述出通孔间形成所述穿行通道，所述轴向数据采集装置部分位于所述穿行通道中，所述连接结构设置在所述基础箱体内部围绕所述穿行通道。

[0019] 本发明一实施例中所述轴向数据采集装置包括转动辊和光电编码器，所述转动辊包括共轴固定的辊体和辊轴，所述辊轴的两端部对称伸出所述辊体的两端面，所述辊轴一端通过联轴器连接所述光电编码器。

[0020] 本发明一实施例中所述径向数据采集装置包括支撑结构和拉线式位移传感器，所述支撑结构围绕所述穿行通道镜像对称设置，所述支撑结构包括位于一个平面内的基准转轴和连接杆，所述基准转轴与所述采集装置固定框架的固定结构转动连接，所述连接杆的一端固定与所述基准转轴固定，所述连接杆的对端与所述辊轴端部转动连接，所述辊轴和所述基准转轴平行且与所述穿行通道的径向平面平行；对称设置的所述支撑结构的底部间距小于顶部间距；

[0021] 所述拉线式位移传感器的本体固定在所述采集装置固定框架上，所述拉线式位移传感器拉线的自由端固定在靠近所述本体的支撑结构的连接杆上，在另一个支撑结构的对应连接杆上设置辅助参考定位轴，所述拉线绕过辅助参考定位轴。

[0022] 本发明一实施例中所述拉线的延伸方向与所述穿行通道的径向平面平行。

[0023] 本发明一实施例中还包括弹性线缆，所述支撑结构包括两根平行的连接杆，所述弹性线缆的两端分别固定在对称设置的支撑结构的同一侧连接杆上。

[0024] 本发明的井下工具串多参数测录仪通过采集装置固定框架建立了测量基准，保证了井下工具串在通过穿行通道时的下井长度和下井每一部件的宽度都可以基于测量基准进行准确测量，利用径向数据采集装置和轴向数据采集装置的分别设置使得测量精度与串联部件组合方式没有直接关联，提高了井下工具串的串联部件组合方式的灵活性。同时测量过程避免了人为干预形成测量误差。井下工具串可以在下井和出井过程中形成两套完整的测量数据，相同位置相关测量数据间的验证可以实现测量精度校验。

附图说明

[0025] 图1为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的架构示意图。。

[0026] 图2为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的主视剖视图。

[0027] 图3为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的左视剖视图。

[0028] 图4为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的俯视图。

具体实施方式

[0029] 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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。

[0030] 图1为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的架构示意图。如图1所示，本发明一实施例中井下工具串多参数测录仪包括：

[0031] 采集装置固定框架10，用于形成穿行通道，提供径向数据采集装置围绕穿行通道的连接结构；

[0032] 径向数据采集装置20，用于采集被测对象通过穿行通道时的实时径向宽度；

[0033] 轴向数据采集装置30，用于随动径向数据采集装置，采集被测对象通过穿行通道时的实时轴向长度；

[0034] 实时数据处理装置40，用于利用获得的宽度数据和长度数据形成连续被测对象通过穿行通道时径向和轴向的连续变化数据。

[0035] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪通过采集装置固定框架10建立了测量基准，保证了井下工具串在通过穿行通道时的下井长度和下井每一部分部件的宽度都可以基于测量基准进行准确测量，利用径向数据采集装置20和轴向数据采集装置30的分别设置使得测量精度与串联部件组合方式没有直接关联，提高了井下工具串的串联部件组合方式的灵活性。同时测量过程避免了人为干预形成测量误差。井下工具串可以在下井和出井过程中形成两套完整的测量数据，相同位置相关测量数据间的验证可以实现测量精度校验。

[0036] 如图1所示，本发明一实施例中还包括数据实时反馈装置50，用于将各实时数据和变化数据进行存储、显示和转发。

[0037] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪可以将实时数据处理装置40形成的数据进行编码显示、存储以及转发中的全部或部分功能，使得各实时数据和变化数据可以根据具体需求进行并发处理，例如在井下工具串下井过程中实时向施工人员显示设备下井深度，同时向上位系统反馈设备下井深度，以满足施工现场复杂的应用环境。

[0038] 本发明一实施例中实时数据处理装置40可以采用PLC、MCU、SoC等具有逻辑处理功能的处理器。数据实时反馈装置50采用显示屏和键盘，或者触摸显示屏。

[0039] 图2为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的主视剖视图。如图2所示，本发明一实施例中轴向数据采集装置30包括：

[0040] 长度信号采集模块31，用于与被测对象形成接触面，接触面对应的回转体随被测对象沿穿行通道轴向的移动而转动；

[0041] 长度信号识别模块32，用于将回转体的转动角度转换为第一编码数据传输。长度信号识别模块32可以与长度信号采集模块31集成设置。

[0042] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪利用弹性模量较大的回转体表面与井下工具串的刚性外壁形成紧密接触并随井下工具串的轴向延伸方向转动，可以保证恶劣施工环境中长度信号的采集可靠性。

[0043] 如图2所示，本发明一实施例中径向数据采集装置20包括：

[0044] 对称支撑回复模块21，用于围绕穿行通道形成对称的支撑结构，支撑结构一端与采集装置固定框架形成第一转动连接，支撑结构另一端形成第二转动连接的配合结构；用于与接触被测对象的长度信号采集模块31的回转体的转轴转动连接。

[0045] 宽度信号采集模块22，用于在一支撑结构上设置参考点，并提供反映参考点与其他支撑结构间距的测量量值的测量介质。

[0046] 宽度信号识别模块23，用于将测量量值转换为第二编码数据传输。宽度信号识别模块23可以与宽度信号采集模块22集成设置。

[0047] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪利用对称支撑回复模块21与采集装置固定框架10的活动连接将测量基准准确传递至宽度信号采集模块22设定的参考点，为支撑结构间距的测量提供必要的测量精度保证，使得宽度信号采集模块22的选型和设置结构可以更灵活。

[0048] 图3为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的左视剖视图，图4为本发明实施例的井下工具串多参数测录仪的俯视图。结合图1和图2所示，本发明一实施例中长度信号采集模块31包括转动辊，转动辊包括圆柱形的辊体311和圆杆形的辊轴312，辊轴312与辊体311共轴线，辊体311固定在辊轴312上，辊轴312两端部对称伸出辊体311的两端面，辊轴312两端部与对称支撑回复模块21的支撑结构转动连接。辊轴312的一端连接联轴器33。

[0049] 本发明一实施例中辊体311表面采用硬度略低于井下工具串各部件表面硬度的材料形成，通常可以选择热膨胀系数小的聚合物材料。辊体311表面可以形成细密且浅显的防滑纹理，防滑纹理的深度相对于辊体311的直径可以忽略，防滑纹理的损耗不会对辊体311的直径造成可计量的误差。

[0050] 结合图2和图3所示，本发明一实施例中对称支撑回复模块21包括一对镜像对称的支撑结构，每个支撑结构包括一个基准转轴211，基准转轴211与采集装置固定框架10的固定结构转动连接，且与装置固定框架10形成的穿行通道的径向平面基本平行，支撑结构还包括与基准转轴211位于同一平面中的两根连接杆212，两根连接杆212保持基本平行，连接杆212与基准转轴211基本垂直，连接杆212的顶部对称固定在基准转轴211的两端部，连接杆212的底部设有通孔作为配合结构与辊轴312的两端部转动连接，使得辊轴312与基准转轴211平行。两个支撑结构所在平面呈V型设置，即两个支撑结构的底部间距小于顶部间距。

[0051] 结合图2和图4所示，本发明一实施例中在镜像对称的一对支撑结构上，在同一侧的两个连接杆212的底部连接弹性线缆213(附图中的两侧各设置了一条，也可以仅在一侧设置)，弹性线缆213的两端分别固定在不同的支撑结构上。

[0052] 本发明一实施例中上述实施例中的连接杆可以保持非平行的轴对称，使得连接杆与基准转轴呈非垂直相交，以降低安装复杂性。

[0053] 本发明一实施例中上述实施例中的弹性线缆213在同一侧的两个连接杆212间可以连接若干条，以提高弹性回复力。

[0054] 结合图3和图4所示，本发明一实施例中采集装置固定框架10包括一中空的基础箱体110，垂直贯穿基础箱体110的一对相对侧壁(如上下侧壁)形成进通孔111和出通孔112，进通孔111和出通孔112间形成井下工具串的穿行通道113。转动辊31的部分辊体311(既部分接触面)位于穿行通道113中。

[0055] 结合图2所示，在基础箱体110内的穿行通道的一侧设有间隔密封侧壁114使得基础箱体110内形成一个密闭空间115，密闭空间115主要用于固定实时数据处理装置40和数据实时反馈装置50，以及部分编码设备，密闭空间115与信号采集环境隔离可以保证密闭空间115内的良好运行环境，数据处理装置40和数据实时反馈装置50可以在密闭空间115的基础箱体110的侧壁上设置数据端口、显示屏或交互控制装置。

[0056] 结合图2所示，在基础箱体110内侧顶部，围绕穿行通道113设置固定座116，用于为转轴提供转动连接支撑。

[0057] 本发明一实施例中固定座116可以是提供自由转动的恒轴向轴承座，也可以是限制转动角度的恒轴向轴承座，或是提供转动扭力的恒轴向轴承座。

[0058] 如图4所示，本发明一实施例中进通孔111和出通孔112开设在基础箱体110的侧壁上，进通孔111和出通孔112对应形成进缺口111和出缺口112，两个缺口开口之间的侧壁被消除。

[0059] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪将宽度信号采集结构与长度信号采集结构结合，通过固定座116保持对穿行通道113中被测对象各维度测量的测量基准，支撑结构通过固定座116将测量基准传递至支撑结构的中部和端部，通过支撑结构端部将测量基准传递至转动辊。支撑结构的V型对称布局使得转动辊既可以对称设置在穿行通道113中又有利于被测对象由上而下通过穿行通道113。通过弹性线缆213使得V型对称布局既可以获得静态结构的稳定性，又可以为转动辊和被测对象间提供足够的接触压力。当转动辊受被测对象影响被迫转动时或支撑结构受被测对象影响被迫移动时，都可以为客观测量信号提供准确的参照系，保证了被测对象长度和宽度两个维度数据采集的准确相关性。

[0060] 如图2所示，本发明一实施例中长度信号采集模块31的转动辊通过联轴器33与长度信号识别模块32形成信号连接。联轴器33采用高柔性的弹性联轴器，可在较大程度上吸收安装偏差。长度信号识别模块32采用光电编码器，采集转动辊沿正反方向转动时的转动角度。长度信号采集过程中转动辊的辊体311表面与被测对象紧密接触受静摩擦力带动辊轴312转动，通过联轴器33将转动状态同步传递至光电编码器的码盘上，码盘同步转动，光电编码器采集码盘的信号变化并编码形成持续的第一编码数据数据流传输。

[0061] 本发明一实施例中光电编码器也可以安装在与转动辊连接的支撑结构上。本发明一实施例中光电编码器也可以替换为其他接触或非接触的角度编码器，本发明实施例不做具体限定。

[0062] 结合图2和图3所示，本发明一实施例中宽度信号采集模块22与宽度信号识别模块23集成为位移传感器。位移传感器采用拉线式位移传感器，宽度信号采集模块22包括拉线式位移传感器的拉线，宽度信号识别模块23包括拉线式位移传感器的本体和容纳的编码电路，位移传感器的本体固定在采集装置固定框架10上，位移传感器的拉线的自由端固定在一个支撑结构的连接杆上。

[0063] 结合图2和图3所示，本发明一实施例中在对称的支撑结构上，拉线的自由端固定在靠近位移传感器本体的支撑结构一个连接杆上，固定位置作为参考固定点221，在另一个支撑结构同一侧的对应连接杆上设置辅助参考定位轴222，拉线绕过辅助参考定位轴222。

[0064] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪利用成熟的拉线式位移传感器降低了恶劣工况下宽度测量传感器调试的复杂性，通过使拉线绕行辅助参考定位轴222使测量量值放大，成倍提高拉线式位移传感器精度的同时维持了传感器成本。

[0065] 本发明实施例的井下工具串多参数测录仪在实际应用中，井下工具串通过穿行通道过程中向两侧挤压转动辊，随井下工具串径向宽度的变化带动对称的支撑结构间形成靠近或远离的距离变化，距离变化导致拉线式位移传感器的拉线长度相对本体形成伸缩，伸缩量值作为支撑结构间距离的测量量值并进一步转换为第二编码数据。

[0066] 本发明一实施例中基于上述实施例拉线式位移传感器的拉线延伸方向与穿行通道的径向平面基本平行。

[0067] 本发明一实施例中基于上述实施例辅助参考定位轴222可以采用定滑轮。

[0068] 本发明一实施例中基于上述实施例可以省略辅助参考定位轴222。

[0069] 本发明一实施例中的位移传感器可以采用激光位移传感器、电位器式位移传感器、磁致伸缩位移传感器等不同测量介质的位移传感器，本发明实施例不做具体限定。通过测量支撑结构上设置的参考点或作为参考点的参考信号获得测量量值并进一步转换为第二编码数据。

[0070] 本发明一实施例中实时数据处理装置40根据预知的转动辊直径、结合第一编码数据中的转动辊转动角度数据可以形成转动辊的转动角速度和线速度，进而获得被测对象的轴向位移长度变化数据，根据支撑结构的对称位置以及个参考点的设定相对位置，结合第二编码数据中的拉线自由端的径向位移长度，进而获得被测对象的径向宽度变化数据。

[0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。