[发明专利]一种压电式井筒环空压力传感器

说明书

本发明公开一种压电式井筒环空压力传感器，包括外壳、与外壳连接的底座、与底座连接的电池舱和电路舱；外壳的内部设有下垫、设于下垫上的压电陶瓷，井筒环空压力造成所述外壳变形而使其内部的所述压电陶瓷受压力产生变形，通过压电陶瓷输出的电压信号反映井筒环空压力；底座的下面设有上垫，底座的上面连接有电池舱和电路舱，通过上垫和下垫将压电陶瓷固定；电池舱内设有电池和用于固定电池的弹簧，电池用于供电；电路舱内设有固定座、安装在固定座上的电路板，电路板与压电陶瓷连接，用于处理和存储电压陶瓷的电压信号，并基于电压信号计算井筒环空压力值。本发明的传感器采用压电陶瓷原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。

技术领域

本发明涉及地质钻井及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种压电式井筒环空压力传感器。

背景技术

近年来，随着中国城镇化的加快，对能源的需求量增加，能源问题已成为制约我国经济社会发展的重要因素，因此必须加快能源勘探开发力度。在能源勘探及后续的开发阶段，都需利用钻井技术对能源进行评估及开采，因此钻井是能源开发的前提。

钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层，从而形成一个自地表到地球不同深度的孔洞的过程。传统的钻井工艺一般是由钻机、钻杆及钻头等组成。其中位于地表的钻机为钻杆提供旋转动力及向下的压力，钻杆可多根连接使用，钻杆底部连接有钻头，当钻杆带动钻头转动并向下挤压钻头时，钻头将岩石破碎，从而实现钻进的目的。

在钻井的过程中，钻杆与钻孔内壁之间形成环空，环空的压力对于钻井工艺及排采工艺至关重要，它是制定钻井工艺及后续排采工艺的重要参数，因此必须对井筒环空的压力进行实时监测。而现阶段，现有的压力传感器多基于应变原理进行测量，传感器径向体积较大，这与钻孔环空径向尺寸空间狭小相矛盾(钻孔环空径向尺寸有时仅2mm的宽度)，导致现有的压力传感器在井下无法使用。

因此，急需研制一种精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求井筒环空专用压力传感器。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种压电式井筒环空压力传感器，采用压电陶瓷原理测量压力，精度较高、体积小、且适合钻井工况环境要求。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种压电式井筒环空压力传感器，所述压电式井筒环空压力传感器包括外壳、与所述外壳连接的底座、与所述底座连接的电池舱和电路舱；

所述外壳的内部设有下垫、设于所述下垫上的压电陶瓷，井筒环空压力造成所述外壳变形而使其内部的所述压电陶瓷受压力产生变形，通过所述压电陶瓷受压力产生变形并输出的电压信号反映井筒环空压力；

所述底座的下面设有上垫，所述底座的上面连接有所述电池舱和电路舱，通过所述上垫和下垫将所述压电陶瓷固定；

所述电池舱内设有电池和用于固定所述电池的弹簧，所述电池用于供电；所述电路舱内设有固定座、安装在所述固定座上的电路板，所述电路板与压电陶瓷连接，用于处理和存储所述电压陶瓷的电压信号，并基于电压信号计算井筒环空压力值。

进一步地，所述外壳的内部设有阶梯凹槽，在所述外壳的阶梯凹槽的第一阶内放置垫片，在所述外壳的阶梯凹槽的第二阶内放置所述下垫。

进一步地，所述底座上还设有第一通孔，所述外壳设有第二通孔，第一螺钉穿过所述底座的第一通孔后旋入所述外壳的第二通孔，将所述底座与外壳相连接的同时将所述垫片压紧进行密封，同时还通过所述上垫将所述压电陶瓷压紧，将所述压电陶瓷固定。

进一步地，所述底座的上面、下面分别对应设有上凹槽、下凹槽，所述上垫设于所述底座的下凹槽内，所述电路舱和电池舱分别通过所述底座的上凹槽与所述底座连接。

进一步地，所述底座的上凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述电路舱通过所述第一凹槽与底座相连接，所述电池舱通过所述第二凹槽与底座相连接。