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一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器的製作方法

2023-05-04 21:38:51


本發明涉及油氣田開發技術領域,具體涉及一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器。



背景技術:

在油田生產過程中,動液面指的是抽油井油套環空液面距離井底的高度,是反應地層供液能力的一個關鍵指標,成為確定合理沉沒度、制定合理工作制度的重要依據。目前測量動液面的方式主要有壓力傳感器測試、放空炮彈、氣動聲源測試等。壓力傳感器測試和放空炮彈方式操作複雜、安全性和可靠性相對較差,而氣動聲源檢測方式頻帶較寬,聲波衰竭嚴重,還因為包含有超聲波和次聲波,使得現場工作人員需要多次測量才能得到準確數據,增加了施工成本和作業強度。由於次聲波是頻率小於20hz的低頻聲波,具有信號強度穩定、不易衰減的特點,可進行較長距離的傳播,可被用來測定油井動液面高度。

目前的次聲波發生器主要有五種類型:(1)氣爆式次聲波發生器:該發生器強度較低,近距離使用才有效,(2)爆彈式次聲波發生器:使用時需要控制好雲霧團的數量和起爆時間間隔,才能獲得所需頻率的次聲波,(3)管式次聲波發生器:需要管子必須足夠長才可產生所需頻率的次聲波,攜帶及安裝極為不便,(4)揚聲器式次聲波發生器:要產生一定強度的次聲波,除要求較高的振幅外,還必須使振動膜面積足夠大,其周長大致要與次聲波波長相當,

(5)頻差式次聲波發生器:成本較低、頻率可調。

儘管頻差式次聲波發生器具有一定的優勢,但由於無法與現有油井設備配合使用,一直沒有用於油井動液面測量中,所以,目前僅有氣爆式次聲波發生器被用於測量油井動液面,但其需要專用的外部氣源進行供氣,經壓縮後氣爆產生次聲波,該方式產生的次聲波不可控,且不連續,測量結果不夠準確。



技術實現要素:

針對現有技術的不足,本發明的目的在於提供一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器,不需要外接電源和氣源、具有頻率可控、連續且穩定的特點。

為了達到上述目的,本發明的技術方案為:

一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器,由超聲波發射裝置和次聲波合成裝置兩部分組成,該兩部分裝置通過換能器下接頭相連;所述超聲波發射裝置包括超聲波外筒,在超聲波外筒內部的一端設有換能器上接頭,所述換能器上接頭與超聲波換能器一端連接,換能器上接頭內部嵌裝有傳輸線,超聲波換能器的另一端穿過換能器下接頭;所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒,次聲波外筒一端外接於換能器下接頭,另一端的內部設有次聲波合成器,所述換能器下接頭、次聲波外筒和次聲波合成器三者形成空腔;所述次聲波合成器包括控制單元arm和次聲波合成單元fpga,控制單元arm一端配置的地址總線、數據總線和控制總線與次聲波合成單元fpga以並行傳輸方式相連,次聲波合成單元fpga的兩個輸出端分別連有數模轉換器ⅰ和數模轉換器ⅱ,數模轉換器ⅰ和數模轉換器ⅱ再分別連有低通濾波器a和低通濾波器b,所述控制單元arm還分別連接有輸入模塊、輸出模塊和通信埠。

進一步的,所述空腔內填充有氮氣。

相對於現有技術,本發明的先進性及有益效果為:

本發明將傳統的單片機改為了控制單元arm,其不僅可實現單片機的所有功能,還留有可編程接口,可進行其它的後續擴展應用,比如通過監測到的動液面高度,自動控制注水量等;由於頻差式次聲波合成器可連續發射信號產生次聲波,所以可對油井動液面進行實時連續監測;本發明還可根據實際需要,對次聲波頻率進行控制,因而測量結果更加準確;次聲波空腔內填充的氮氣,可有效避免超聲波空化產生的副作用,能夠更加精確的控制頻率。

附圖說明

圖1是頻差式次聲波合成器結構示意圖;

圖2是次聲波合成器的外部電路圖;

圖中:1、超聲波外筒,2、超聲波換能器,3、換能器上接頭,4、換能器下接頭,5、次聲波外筒,6、次聲波合成器,7、傳輸線,8、空腔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構作詳細論述。

如圖1所示,一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器,由超聲波發射裝置和次聲波合成裝置兩部分組成,該兩部分裝置通過換能器下接頭4相連;所述超聲波發射裝置包括超聲波外筒1,在超聲波外筒1內部的一端設有換能器上接頭3,所述換能器上接頭3與超聲波換能器2一端連接,換能器上接頭3內部嵌裝有傳輸線7,傳輸線7用於合成器外部控制系統與超聲波換能器2之間的通信,超聲波換能器2的另一端穿過換能器下接頭4;所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒5,次聲波外筒5一端外接於換能器下接頭4,另一端的內部設有次聲波合成器6,所述換能器下接頭4、次聲波外筒5和次聲波合成器6三者形成的空腔8內填充有氮氣,以減弱超聲波空化產生的副作用,能夠更加精確的控制頻率;

如圖2所示,所述次聲波合成器6包括控制單元arm和次聲波合成單元fpga,控制單元arm一端配置的地址總線、數據總線和控制總線與次聲波合成單元fpga以並行傳輸方式相連,次聲波合成單元fpga的兩個輸出端分別連有數模轉換器ⅰ和數模轉換器ⅱ,數模轉換器ⅰ和數模轉換器ⅱ再分別連有低通濾波器a和低通濾波器b,所述控制單元arm還分別連接有輸入模塊、輸出模塊和通信埠,所述控制單元arm主要提供數據的顯示功能,而次聲波合成單元fpga主要用來實現數據的高速採樣,通信埠用於信號的無線遠程傳輸。

本發明的工作原理為:首先通過上位機給控制單元arm發出信號,然後控制超聲波換能器發出兩列超聲波,要求該兩列超聲波為同相、頻率差小於20hz的高頻正弦波,該兩列高頻正弦波f1和f2在次聲波合成器中生成一列頻率小於20hz次聲波,再經過濾波處理,得到所需頻率的次聲波;當用於測量油井動液面時,次聲波向井下傳播,遇到油套管接箍及動液面時,反射出不同頻率的反射波,被ad晶片接收、處理後,最終得到動液面高度。



技術特徵:

技術總結
一種測量油井動液面的頻差式次聲波發生器,由超聲波發射裝置和次聲波合成裝置兩部分組成,並通過換能器下接頭相連;超聲波發射裝置包括超聲波外筒,在外筒內部的一端設有換能器上接頭,該上接頭內部嵌裝有傳輸線、並與超聲波換能器一端連接,超聲波換能器的另一端穿過換能器下接頭;所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒,外筒一端外接於換能器下接頭,另一端的內部設有次聲波合成器,下接頭、次聲波外筒和次聲波合成器三者形成空腔;次聲波合成器包括控制單元ARM,ARM端的地址總線、數據總線和控制總線與次聲波合成單元FPGA以並行傳輸方式相連;本發明預留了可編程接口,可進行其它的後續擴展應用,能夠對動液面實時連續監測,可精確控制頻率。

技術研發人員:周德勝;楊華;張楠
受保護的技術使用者:西安石油大學
技術研發日:2017.06.30
技術公布日:2017.09.08
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