一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法技术

一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，包括以下步骤：1)首先分别在每根套管接箍的内侧和每根油管接箍的外侧预装回音器；2)将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连；3)通过上位机给控制单元发出信号，产生的次声波向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的反射波，再将反射波转换为电信号并在示波器上显示出来；4)将电信号传输给AD采样芯片，经过芯片计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机；本测量方法具有安全性高、作业成本和施工强度低、过程可控、测量误差小的优点，并可对油井动液面进行实时连续地远程无人监测。

A method of measuring dynamic surface of oil well by frequency difference infrasonic wave generator

A differential time frequency surface acoustic wave method of dynamic measurement of oil generator, which comprises the following steps: 1) first respectively in the inside of each casing and tubing coupling each lateral pre echo; 2) the frequency difference of infrasonic wave generator installed on the wellhead above, and is connected with the control unit. The control unit respectively and wellhead microphone and the host computer and remote oscilloscope connected; 3) signal through the host computer to the control unit, the acoustic emission to the underground, then, receiving device and underground wellhead microphone echo dynamic liquid level reflected waves, the reflection waves into electrical signals and display on the oscilloscope; 4) transmit the electrical signal to AD sampling chip, the chip was dispatched after calculation of height of liquid level, and the results are transmitted to the host computer; the measuring method has the advantages of high safety, operation cost It has the advantages of low construction intensity, controllable process and small measurement error, and can be used for real-time and continuous remote unmanned monitoring of the dynamic surface of the oil well.

【技术实现步骤摘要】
一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法
本专利技术涉及油气田开发
，具体涉及一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法。
技术介绍
在油田生产过程中，动液面表示抽油井的油管和套管之间环空液面距离井底的高度，通常用来判断地层压力的高低，是反映地层供液能力的一个关键指标，成为确定合理沉没度、制定合理工作制度的重要依据。目前测量动液面的方式有压力传感器测试、放空炮弹、气动声源测试等，由于压力传感器测试和放空炮弹方式存在操作复杂、安全性和可靠性相对较差等问题使用较少，气动声源是目前使用最广的测量方式，利用声波原理，主要分为声波式和次声波式两种，声波式存在信号强度衰竭严重、无法连续测量、需要多次作业才能得到准确结果等问题；而次声波式虽然具有信号强度稳定、不易衰减、可进行较长距离传播的特点，但次声波发生器由于存在各种问题而使其应用受到限制，比如目前应用最多的气爆式次声波发生器，需要专用的外部气源进行供气，经压缩后气爆产生次声波，该方式产生的次声波不可控，且不连续，测量结果不够准确，而频差式次声波发生器主要利用声波的非线性频差来获得低频次声波，虽然具有成本较低、频率可调的优点，但由于无法与现有油井设备配合使用，一直没有用于油井动液面测量中。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，具有安全性高、作业成本和施工强度低、测量误差小、连续且稳定的优点。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，包括以下步骤：(1)预安装回音器在油井下套管和下油管作业时，分别在每根套管接箍的内侧和每根油管接箍的外侧预装反射次声波的回音器；(2)安装频差式次声波发生器将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连；(3)测量操作通过上位机给控制单元发出信号，进而产生次声波并向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的次声波反射波，再将次声波反射波转换为电信号并在示波器上显示出来；(4)计算动液面高度并实时传输将电信号传输给AD采样芯片，经过AD采样芯片处理、计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机。进一步的，所述频差式次声波发生器由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，该两部分装置通过换能器下接头相连；所述超声波发射装置包括超声波外筒，在超声波外筒内部的一端设有换能器上接头，所述换能器上接头与超声波换能器一端连接，换能器上接头内部嵌装有传输线，超声波换能器的另一端穿过换能器下接头；所述次声波合成装置包括次声波外筒，次声波外筒一端外接于换能器下接头，另一端的内部设有次声波合成器，所述换能器下接头、次声波外筒和次声波合成器三者形成空腔；所述次声波合成器包括控制单元和次声波合成单元FPGA，控制单元一端配置的地址总线、数据总线和控制总线与次声波合成单元FPGA以并行传输方式相连，次声波合成单元FPGA再与数模转换器和低通滤波器顺序串行相连，所述控制单元还分别连接有输入模块、输出模块和通信端口。进一步的，所述空腔内填充有氮气。进一步的，在所述微音器外侧加装一层抗非次声波干扰、抗瞬时强气压冲击的陶瓷层。进一步的，所述控制单元为ARM控制单元。相对于现有技术，本专利技术的先进性及有益效果为：本专利技术由于使用了频差式次声波发生器产生次声波，所以过程可控，并可对油井动液面进行实时连续地远程无人监测；无高压气体存在，所以具有较高的安全性，另外，由于信号强度衰减非常小、也无需外部设备配合，因而作业成本和施工强度低；除此而外，本专利技术回音器安装在每根套管接箍和油管接箍处，相比于传统的200-500米的安装间距，反射波位置更加确定，而且回音器反射信号与动液面反射信号频率差别明显，所以测量误差较小。附图说明图1为本专利技术动液面测量方法示意图；图2为本专利技术动液面测量方法流程图；图3为频差式次声波发生器结构示意图；图4为改进后的微音器结构示意图；图5为ARM和FPGA的模块连接示意图；图中：1、油管回音器，2、套管回音器，3、油管，4、套管，5、次声波反射波，6、动液面，7、传输线，8、换能器上接头，9、超声波外筒，10、超声波换能器，11、换能器下接头，12、次声波外筒，13、次声波合成器，14、空腔，15、微音器，16、陶瓷层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的操作方法作详细论述。如图1所示，一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，包括以下步骤：(1)预安装回音器在油井下套管和下油管作业时，分别在每根套管接箍的内侧安装套管回音器2、每根油管接箍的外侧预装油管回音器1，回音器作为井口次声波的反射器，可精确测出接箍所在位置；(2)安装频差式次声波发生器参见图4，将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连，所述微音器的外侧加装了一层陶瓷层，可起到抗非次声波干扰、抗瞬时强气压冲击的作用；(3)测量操作如图2所示，通过上位机给控制单元ARM发出信号，进而产生次声波并向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的次声波反射波5，再将次声波反射波5转换为电信号并在示波器上显示出来；(4)计算动液面高度并实时传输将电信号传输给AD采样芯片，经过AD采样芯片处理、计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机。如图3所示，所述频差式次声波发生器由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，该两部分装置通过换能器下接头11相连；所述超声波发射装置包括超声波外筒9，在超声波外筒9内部的一端设有换能器上接头8，所述换能器上接头8与超声波换能器10一端连接，换能器上接头8内部嵌装有传输线7，超声波换能器10的另一端穿过换能器下接头11；所述次声波合成装置包括次声波外筒12，次声波外筒12一端外接于换能器下接头11，另一端的内部设有次声波合成器13，所述换能器下接头11、次声波外筒12和次声波合成器13三者形成的空腔14内部填充有氮气，以减弱超声波空化产生的副作用，能够更加精确的控制频率；如图5所示，所述次声波合成器包括控制单元ARM和次声波合成单元FPGA，控制单元端配置的地址总线、数据总线和控制总线和次声波合成单元FPGA以并行传输方式相连，次声波合成单元FPGA再与数模转换器和低通滤波器顺序串行相连，所述控制单元还分别连接有输入模块、输出模块和通信端口，所述控制单元ARM主要提供数据的显示功能，而次声波合成单元FPGA主要用来实现数据的高速采样。表1本专利技术方法测量的动液面值与目前现场测量值的对比注：表1中的“。。。。。。”表示未展示出的中间数据。从表1数据可知，对于三千多米的液面深度，目前现场的测量方法只有11个反射信号，而本专利技术每个接箍都有反射信号，最终的测量结果是，目前的测量方法误差为9.8米，而本专利技术的测量误差只有0.8米，结果表明，本专利技术相对于现有的方法，测量精度大大提高。本专利技术的工作方法及原理为：在下套管及下油管过程中，在每根套管接箍内测和每根油管接箍外侧分别安装回音器，其中，油管上的回音器反射波频率低于套管上的回音器反射波频率。当井口发射的次声波向井下传播过程中，遇到油套管接箍的回音器及动液面时，都会反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)预安装回音器在油井下套管和下油管作业时，分别在每根套管接箍的内侧和每根油管接箍的外侧预装反射次声波的回音器；(2)安装频差式次声波发生器将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连；(3)测量操作通过上位机给控制单元发出信号，进而产生次声波并向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的次声波反射波，再将次声波反射波转换为电信号并在示波器上显示出来；(4)计算动液面高度并实时传输将电信号传输给AD采样芯片，经过AD采样芯片处理、计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机。

【技术特征摘要】
1.一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)预安装回音器在油井下套管和下油管作业时，分别在每根套管接箍的内侧和每根油管接箍的外侧预装反射次声波的回音器；(2)安装频差式次声波发生器将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连；(3)测量操作通过上位机给控制单元发出信号，进而产生次声波并向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的次声波反射波，再将次声波反射波转换为电信号并在示波器上显示出来；(4)计算动液面高度并实时传输将电信号传输给AD采样芯片，经过AD采样芯片处理、计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机。2.如权利要求1所述的一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，其特征在于，所述频差式次声波发生器由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，该两部分装置通过换能器下接头相连；所述超声波发射装置包括超声波外筒，在超声波外筒内部的一端设有换能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：周德胜，杨华，张楠，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61