一種油井動液面測試自適應電路的製作方法

2023-09-18 11:04:50

本實用新型涉及一種自適應電路，屬於測井領域。

背景技術：

我國的油井多為低滲透、低產能，大部分油田要靠抽油機把油從地層提升上來，以電換油是我國油田的現實。國內抽油機的使用在10萬臺以上，電動機總裝機容量達到3500MW(油田抽油機常用的額定功率在15KW～90KW)，每年耗電超過百億KWh，抽油機的運行效率在我國平均僅為25.96％，每提升1％的運行效率，年節電潛力超過億KWh。油井液面檢測的準確與否是抽油機運行過程中泵參數設置的依據之一，隨著油井由淺入深的抽取，井中液面逐漸下降，抽油機泵的充裕度越來越不足，直到最後發生空抽現象，如果不加以控制，會白白浪費電能。為最大限度提高油井產量，降低開採能耗，實時液面監測與抽油機變頻控制技術相結合的動態開採必將是油田當前開採技術的發展方向。

動液面測試過程為：井口發聲裝置通過充氣或放氣方式產生次聲波作為能量聲源，當遇到套管接箍、液面障礙物，產生次聲回波，回波經相關檢測電路接收採集。井口發聲裝置產生聲波後，聲波沿著油套管環空向下傳播，遇到接箍後，一部分反射向上傳播，另一部分繼續向下傳播，直至到達液面，液面波反射向上傳播被井口的次聲波傳感器接收。井口儀器既要接收接箍反射波，還需要接收液面反射波，才能最終計算出油井的液面深度。在同一口油井中，次聲波傳感器接收的井口初始段接箍信號幅值達到幾伏特，接收的井底液面波信號受抽油機抽採頻率的影響液面深度會變化，幅值從微伏到伏級都有可能，不同的油井或同一油井不同的時段都存在不同的幅頻特性變化，靠人工反覆調整儀器增益是無法實現自動信號採集的。

油井的動液面是反應地層供液能力的關鍵指標，油田動液面測試常用方式是採用聲波反射原理。隨著採油的由淺入深，液面深度的逐年增加，液面測試更加 困難。聲波信號的衰減呈指數特性，液面測試用次聲波傳感器的信號幅度變化從μV級到幾伏，信號從發生到結束的時間短而且要求測試信號不失真，要想在測試過程中通過反覆調節檔位滿足要求幾乎不可能。隨著自動監測液面的廣泛需求，如何滿足百萬級倍數信號變化問題變得越來越突出，這也是油田自動液面監測難以推廣的原因。

技術實現要素：

為最大限度提高油井產量，降低開採能耗，提供一種油井動液面測試自適應電路，以實現實時液面監測與抽油機變頻控制技術相結合的動態開採。

為解決上述問題，擬採用這樣一種油井動液面測試自適應電路，信號發生器V1的正極分別經電阻R0和電容C1後連至運放U1的輸入正端，信號發生器V1的負極經電容C2和電阻R1組成的低通濾波電路連至運放U1的輸入負端，剔除高頻信號，運放U1的輸出端連至運放U2組成的放大電路，運放U2的輸出端連至MOS管Q1的S極，MOS管Q1的G極經電阻R3和二極體D1後連至運放U1的輸出端，D極連至運放U1的輸入負端，二極體D1的正極與運放U1輸出端相連。

前述電路中，MOS管Q1為結場型MOS管2N5485，整個電路的運放必須選用高阻抗、低偏置電流運放，運放U1和運放U2均為高阻抗運放ADA4627，二極體為低壓差的肖特基二極體；

前述電路中，運放U1的信號輸出端依次經電阻R6、電容C5、電阻R7和電阻R5後連至運放U2的輸入負端，電容C5與電阻R7之間的連線連至運放U2的輸入正端，且R7與R8之間的連線接虛地；

前述電路中，信號發生器V1的負極經電容C2和電阻R1連至運放U1的輸入負端，信號發生器V1與電容C2之間的連線接虛地，R2和C3並聯並分別連接至運放U1的輸入負端和輸出端，R2和C3組成高通濾波電路剔除低頻信號；

前述電路中，二極體D4、二極體D5和電阻R9三者並聯，且兩端分別連至運放U2的輸入負端和輸出端，二極體D4和D5的接入方向相反，二極體D4、D5用於調整輸出電壓的閾值，運放U2的輸出端依次經二極體D2和電阻R4連至MOS管G1的S極，運放U2與二極體D2的連線經二極體D3連至虛地，電容C4和電阻R5並聯，且二者的一端連至電阻R4和二極體D2之間的連線，另一端接 虛地，二極體D2和D3均為正極與運放U2的輸出端相連，D2、D3用於將交流信號轉化為直流控制信號。

選用運放U1和U2、MOS管G1、二極體D1及電阻R1、R2、R3、電容C2、C3組成增益控制電路，該電路適用於動態範圍寬的信號測量，電壓放大倍數可從0.01倍變化到2000倍以上，電路的幅頻特性會跟隨放大倍數而改變，與油井反射的聲波信號幅頻特性能很好匹配；前級U1組成電路的輸出信號經C5、R7採樣後進入U2組成的放大電路，經過整流濾波後控制Q1，進行自適應信號放大，二極體D4、D5能夠調整輸出電壓的閾值，降低整個系統的偏置電流。

與現有技術相比，本實用新型具有如下優點：

1)信號響應動態範圍寬。聲波信號在套管中呈現指數形衰減，井口的聲波信號非常強烈，井底反射的聲波信號在千米以上的油井通常不到原始信號幅度的0.01％。

2)自適應放大倍數高。在視頻、音頻中應用的自動增益電路通常只有幾十倍。本電路利用結場型MOS管的線性區進行增益自動調節，放大倍數變化範圍可達幾千倍，保證油井液面檢測的準確性，在公司的遠程液面監測上取得良好效果。

3)幅頻特性跟蹤能力強。在油井中傳播的不同時段頻率特性不固定，信號接收初期是高頻信號，中期是寬頻信號，最後階段是低頻信號。本電路的濾波電路幅頻特性能跟蹤不同時段的油井液面信號頻率。

4)高阻抗微弱信號的測量。液面信號的測量傳感器採用的是壓電傳感器，其信號源阻抗達到幾十MΩ，易受到測量系統的輸入電阻、輸入偏置電流、洩漏電流及電路板的寄生漏電流影響。本電路選用高輸入阻抗、低噪聲的FET放大器，其輸入阻抗高達1012Ω，輸入偏置電流為pA級。

5)消耗電流小。本電路的信號放大或縮小屬於壓控放大，在信號控制範圍內，沒有額外的電流放大，系統的功率不會像普通增益電路有很大變化。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將通過附圖對本實用新型作進一步地詳細描述，

實施例：

參照附圖1，本實施例提供一種油井動液面測試自適應電路，MOS管Q1為結場型MOS管2N5485，運放U1和運放U2均為高阻抗運放ADA4627，二極體為低壓差的肖特基二極體。

信號發生器V1的正極分別經電阻R0和電容C1後連至運放U1的輸入正端，信號發生器V1的負極經電容C2和電阻R1連至運放U1的輸入負端，信號發生器V1與電容C2之間的連線接虛地，R2和C3並聯並分別連接至運放U1的輸入負端和輸出端，R2和C3組成高通濾波電路剔除低頻信號，運放U1的信號輸出端依次經電阻R6、電容C5、電阻R7和電阻R5後連至運放U2的輸入負端，電容C5與電阻R7之間的連線連至運放U2的輸入正端，且R7與R8之間的連線接虛地，運放U2的輸出端連至MOS管Q1的S極，MOS管Q1的G極經電阻R3和二極體D1後連至運放U1的輸出端，D極連至運放U1的輸入負端，二極體D1的正極與運放U1輸出端相連；

二極體D4、二極體D5和電阻R9三者並聯，且兩端分別連至運放U2的輸入負端和輸出端，二極體D4和D5的接入方向相反，二極體D4、D5用於調整輸出電壓的閾值，運放U2的輸出端依次經二極體D2和電阻R4連至MOS管G1的S極，運放U2與二極體D2的連線經二極體D3連至虛地，電容C4和電阻R5並聯，且二者的一端連至電阻R4和二極體D2之間的連線，另一端接虛地，二極體D2和D3均為正極與運放U2的輸出端相連。