油井動液面深度測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種油井動液面深度檢測裝置及方法，所述裝置包括聲源發(fā)生模塊、信號接收模塊以及信號處理模塊，所述聲源發(fā)生模塊包括控制單元與次聲發(fā)生單元，所述次聲發(fā)生單元設(shè)置有一氣室，該氣室的一端通過連接件與號筒的進氣口相連，在所述氣室的腔室內(nèi)設(shè)置有活塞，該活塞的活塞桿從所述氣室的另一端伸出并通過連接套連接在直線電機的伸縮桿上，所述直流電機在控制單元的控制下，帶動活塞在所述氣室內(nèi)做推挽式運動。其顯著效果是：可有效避免泡沫、溫度、濕度等因素造成的測量誤差，測量精度高；采用次聲波作為聲源信號避免了信號衰減，適用于管道長、聲阻大的場合；體積小，便于自動化控制。
【專利說明】油井動液面深度測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到油井動液面深度檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種油井動液面深度 測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在石油開采的過程中，通過檢測油井動液面深度，能夠科學(xué)地了解油井供應(yīng)能力， 不但可W反映油井供液能力，還是確定采油粟的浸沒深度，制定出科學(xué)合理的采油井工作 制度的重要參數(shù)。同時，可W推算油層壓力，采油指數(shù)和有效滲透率等參數(shù)，對分析油層能 量衰減異常原因，優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃，保證采油設(shè)備安全運行具有很重要的意義。
[0003] 目前，比較成熟的傳統(tǒng)油井動液面深度檢測方法可分為；浮筒法、壓力計探測法W 及回波法。W上H種測量方法中，壓力計法解決了浮筒法只能用于敞口井，回波法解決了 壓力計法設(shè)備安裝、維護不便的問題，因此被被廣泛使用。但是，回波法在油井動液面超過 2000m或者有泡沫層等因素影響時，會出現(xiàn)檢測不到液面回波或者測量值的真實性較低的 情況，因此需要一種適用于長管道，測量精度高的油井動液面深度測量裝置及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種油井動液面測量裝置及方法，能 夠避免泡沫層W及管道長度等對結(jié)果造成影響，測量精度高。
[0005] 具體技術(shù)方案如下：
[0006] -種油井動液面深度測量裝置，包括聲源發(fā)生模塊、信號接收模塊W及信號處理 模塊，所述聲源發(fā)生模塊用于發(fā)出有限帶寬的聲音；所述信號接收模塊用于接收經(jīng)油井動 液面反射后的聲音信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號；所述信號處理模塊用于進行數(shù) 據(jù)讀取和分析；其關(guān)鍵在于：所述聲源發(fā)生模塊包括控制單元與次聲發(fā)生單元，所述次聲 發(fā)生單元設(shè)置有一氣室，該氣室的一端通過連接件與號筒的進氣口相連，在所述氣室的腔 室內(nèi)設(shè)置有活塞，該活塞的活塞桿從所述氣室的另一端伸出并通過連接套連接在直線電機 的伸縮桿上，所述直流電機在控制單元的控制下，帶動活塞在所述氣室內(nèi)做推挽式運動。
[0007] 本裝置在使用時，聲源驅(qū)動模塊發(fā)出不同頻率的次聲波信號，信號接收模塊把所 有聲音記錄并轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號傳遞給信號分析模塊，信號分析模塊找出油井空氣柱的 共振頻率，并計算出油井動液面的深度。所述次聲發(fā)生單元中直線電機做推挽式運動，當伸 縮桿推動活塞桿向前運動時，活塞壓縮氣室內(nèi)的氣體，氣室內(nèi)形成短暫的正氣壓室，高速氣 流從正氣壓室經(jīng)號筒流出，在號筒前方產(chǎn)生正向聲壓福射；當直線電機向反方向運動時，活 塞桿帶動活塞向后運動，氣室內(nèi)形成短暫的負壓環(huán)境，高速氣流從外界經(jīng)號筒流入負氣壓 室，號筒前的空氣向內(nèi)運動，在號筒喉部產(chǎn)生負向聲壓；如此形成推挽氣流驅(qū)動號筒產(chǎn)生油 井動液面深度測量所需的聲源信號。本測量裝置不用將測量儀器伸入油井管道內(nèi)，可有效 避免泡沫、溫度、濕度等因素造成的測量誤差；采用次聲波作為聲源信號避免了信號衰減， 適用于管道長、聲阻大的場合；體積小，便于自動化控制，測量精度高。
[0008] 所述氣室一端的腔壁上開設(shè)有一帶內(nèi)螺紋的安裝孔，所述連接件的一端通過外螺 紋連接在所述安裝孔內(nèi)，連接件的另一端通內(nèi)螺紋連接所述號筒的進氣口。
[0009] 采用上述結(jié)構(gòu)，不僅便于安裝號筒，且不會影響裝置發(fā)出次聲波的質(zhì)量；還能夠使 得號筒能夠穩(wěn)固的連接在氣室的側(cè)壁上，同時便于后期維護。
[0010] 所述連接套的一端通過螺紋連接所述活塞桿，連接套的另一端通過帶插銷的套筒 連接所述直線電機的伸縮桿。
[0011] 活塞桿與連接套通過螺紋連接，連接牢靠，便于維護；伸縮桿與連接套通過插銷固 定，能夠有效防止直線電機的伸縮桿在直線運功過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。
[0012] 結(jié)合上述油井動液面深度測量裝置的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提出一種基于該裝置的油井 動液面深度測量方法，按照W下步驟進行：
[0013] 步驟1 ;通過所述控制單元發(fā)送一個正弦波信號至所述直線電機，直線電機帶動 活塞在所述氣室內(nèi)做推挽式運動，形成的推挽氣流驅(qū)動所述號筒發(fā)出頻率為f的次聲波信 號，并通過管柱將該次聲波信號傳入油井內(nèi)；
[0014] 步驟2;通過信號接收模塊接收經(jīng)油井動液面反射后的聲音信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換 成聲音數(shù)字信號；
[0015] 步驟3 ;將接收到的聲音數(shù)字信號送入信號分析模塊，該信號分析模塊通過聲場 幅值信號的時域分布與頻域分布獲得油井聲場的各階共振頻率；
[0016] 步驟4;計算出各相鄰兩階共振頻率之間差值的平均值A(chǔ)f，按照公式 / = 計算出油井動液面深度1，其中，C。為油井中的聲速，d為管柱半徑。
[0017] 作為更進一步的技術(shù)方案，步驟4中所述共振頻率平均差值A(chǔ) f的計算步驟為：
[0018] 步驟4-1 ;將得到的K階共振頻率點中的相鄰兩個點分別求差值，得到K-1個共振 頻率差值數(shù)據(jù)；
[0019] 步驟4-2 ;將K-1個共振頻率差值數(shù)據(jù)進行升序排序，然后采用中值濾波技術(shù)取出 中間的J個差值數(shù)據(jù)；
[0020] 步驟4-3 ;采用均值濾波技術(shù)對J個差值數(shù)據(jù)求平均值，得到共振頻率平均差值 Af。
[0021] 由于次聲波在空氣中傳播時不易衰減，采用上述方法，將次聲波作為油井動液面 測量的聲源，避免了可見聲聲波在管道內(nèi)發(fā)生嚴重的衰減的現(xiàn)象，因此能夠激勵管道內(nèi)的 空氣中發(fā)生共振，便于測得空氣柱的共振頻率，從而準確測得油井動液面深度。
[0022] 本發(fā)明的顯著效果是：裝置不用將測量儀器伸入油井管道內(nèi)，可有效避免泡沫、溫 度、濕度等因素造成的測量誤差；采用次聲波作為聲源信號避免了信號衰減，適用于管道 長、聲阻大的場合；同時，體積小，便于自動化控制，測量精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0024] 圖2是圖1中次聲發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00巧]圖3是圖2中連接件2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4是圖2中連接套5的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】W及工作原理作進一步詳細說明。
[0028] 參見附圖1，一種油井動液面深度測量裝置，包括聲源發(fā)生模塊、信號接收模塊W 及信號處理模塊，所述聲源發(fā)生模塊用于發(fā)出有限帶寬的聲源信號；所述信號接收模塊用 于接收經(jīng)油井動液面反射后的聲音信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號；所述信號處理 模塊用于進行數(shù)據(jù)讀取和分析；所述聲源發(fā)生模塊包括控制單元與次聲發(fā)生單元，所述次 聲發(fā)生單元設(shè)置有一氣室3,如圖2所示，該氣室3的一端通過連接件2與號筒1的進氣口 相連，在所述氣室3的腔室內(nèi)設(shè)置有活塞，該活塞的活塞桿4從所述氣室3的另一端伸出并 通過連接套5連接在直線電機7的伸縮桿6上，所述直流電機7在控制單元的控制下，帶動 活塞在所述氣室3內(nèi)做推挽式運動。
[0029] 如圖3所示，所述氣室3 -端的腔壁上開設(shè)有一帶內(nèi)螺紋的安裝孔，所述連接件2 的一端通過外螺紋連接在所述安裝孔內(nèi)，連接件2的另一端通內(nèi)螺紋連接所述號筒1的進 氣口。
[0030] 如圖4所示，所述連接套5的一端通過螺紋連接所述活塞桿4,連接套5的另一端 通過帶插銷8的套筒連接所述直線電機7的伸縮桿6。
[0031] 本裝置在使用時，聲源驅(qū)動模塊發(fā)出不同頻率的次聲波信號，信號接收模塊把所 有聲音記錄并轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號，然后傳遞給信號分析模塊進行處理計算。
[0032] 其中，所述次聲發(fā)聲單元中的直線電機7做推挽運動，當伸縮桿6推動活塞桿4向 前運動時，活塞壓縮氣室3內(nèi)的氣體，活塞左側(cè)的氣室3內(nèi)形成短暫的正氣壓室，高速氣流 從正氣壓室經(jīng)號筒1流出，在號筒1前方產(chǎn)生正向聲壓結(jié)射；
[0033] 當直線電機7向反方向運動時，活塞桿6帶動活塞向后運動，活塞左側(cè)的氣室3內(nèi) 形成短暫的負壓環(huán)境，高速氣流從外界經(jīng)號筒1流入負氣壓室，號筒1前的空氣向內(nèi)運動， 在號筒1喉部產(chǎn)生負向聲壓，如此反復(fù)形成推挽氣流，從而驅(qū)動號筒1產(chǎn)生一定頻率的油井 動液面深度測量所需的聲源信號。
[0034] 結(jié)合上述油井動液面深度測量裝置的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提出一種基于上述裝置的油 井動液面深度測量方法，按照W下步驟進行：
[0035] 步驟1 ;通過所述控制單元發(fā)送一個正弦波信號至所述直線電機7,直線電機7帶 動活塞在所述氣室3內(nèi)做推挽式運動，形成的推挽氣流驅(qū)動所述號筒1發(fā)出頻率為f的次 聲波信號，并通過管柱將該次聲波信號傳入油井內(nèi)；
[0036] 步驟2 ;通過信號接收模塊中的拾音器接收經(jīng)油井動液面反射后的聲音信號，并 通過A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換，將聲音信號轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號；
[0037] 步驟3;將接收到的聲音數(shù)字信號送入信號分析模塊即計算機中進行計算處 理，計算機按公式

【權(quán)利要求】
1. 一種油井動液面深度測量裝置，包括聲源發(fā)生模塊、信號接收模塊以及信號處理模 塊，所述聲源發(fā)生模塊用于發(fā)出有限帶寬的聲源信號；所述信號接收模塊用于接收經(jīng)油井 動液面反射后的聲音信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換成聲音數(shù)字信號；所述信號處理模塊用于進行 數(shù)據(jù)讀取和分析；其特征在于：所述聲源發(fā)生模塊包括控制單元與次聲發(fā)生單元，所述次 聲發(fā)生單元設(shè)置有一氣室（3)，該氣室（3)的一端通過連接件（2)與號筒（1)的進氣口相 連，在所述氣室（3)的腔室內(nèi)設(shè)置有活塞，該活塞的活塞桿（4)從所述氣室（3)的另一端伸 出并通過連接套（5)連接在直線電機（7)的伸縮桿（6)上，所述直流電機（7)在控制單元 的控制下，帶動活塞在所述氣室（3)內(nèi)做推挽式運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井動液面深度測量裝置，其特征在于：所述氣室（3) -端 的腔壁上開設(shè)有一帶內(nèi)螺紋的安裝孔，所述連接件（2)的一端通過外螺紋連接在所述安裝 孔內(nèi)，連接件（2)的另一端通內(nèi)螺紋連接所述號筒（1)的進氣口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井動液面深度測量裝置，其特征在于：所述連接套（5)的 一端通過螺紋連接所述活塞桿（4)，連接套（5)的另一端通過帶插銷（8)的套筒連接所述直 線電機（7)的伸縮桿（6)。
4. 一種基于如權(quán)利要求1所述的油井動液面深度測量裝置的油井動液面深度測量方 法，其特征在于按照以下步驟進行： 步驟1 :通過所述控制單元發(fā)送一個正弦波信號至所述直線電機（7)，直線電機（7)帶 動活塞在所述氣室（3)內(nèi)做推挽式運動，形成的推挽氣流驅(qū)動所述號筒（1)發(fā)出頻率為f 的次聲波信號，并通過管柱將該次聲波信號傳入油井內(nèi)； 步驟2 :通過信號接收模塊接收經(jīng)油井動液面反射后的聲音信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換成聲 音數(shù)字信號； 步驟3 :將接收到的聲音數(shù)字信號送入信號分析模塊，該信號分析模塊通過聲場幅值 信號的時域分布與頻域分布獲得油井聲場的各階共振頻率； 步驟4 :計算出各相鄰兩階共振頻率之間差值的平均值Λ f，按照公式/ = &一 計 算出油井動液面深度1，其中，Ctl為油井中的聲速，d為管柱半徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井動液面深度測量方法，其特征在于：步驟4中所述共振 頻率平均差值A(chǔ)f的計算步驟為： 步驟4-1 :將得到的K階共振頻率點中的相鄰兩個點分別求差值，得到K-I個共振頻率 差值數(shù)據(jù)； 步驟4-2 :將K-I個共振頻率差值數(shù)據(jù)進行升序排序，然后采用中值濾波技術(shù)取出中間 的J個差值數(shù)據(jù)； 步驟4-3 :采用均值濾波技術(shù)對J個差值數(shù)據(jù)求平均值，得到共振頻率平均差值△ f。
【文檔編號】E21B47/047GK104389586SQ201410556923
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】周偉, 劉娟, 李太福, 易軍, 辜小花, 劉興華, 張元濤, 周盼 申請人:重慶科技學(xué)院