CN101117887A - 油井动态液位自动探测仪 - Google Patents

Abstract

一种油井动态液位自动探测仪，油田自动测试技术领域。由测试管(1)、传感器(2)、电磁阀(3)、容器(4)、电磁阀(5)、电子单元(6)、声速测定管(7)、盲端(8)组成；测试管(1)、电磁阀(5)和容器依次串联，便捷地触发、控制脉冲声源强度和宽度；容器(4)通过电磁阀(3)与测试管(1)相连，通过电磁阀(5)通大气或与外部低压管道相连；在测试管中间三通的传感器旁安装专用的细长盲管，用于测定实际声速；电子单元(6)控制电磁阀(3)和电磁阀(5)的启闭，并采集来自传感器(2)的信号，计算出液位深度，并将数据显示和远传。优点在于，能够自动触发声源且声源的强度、脉冲宽度可控；能够不受套管压力、温度、天然气含液量因素的影响，简洁、准确地测定声速。

Description

油井动态液位自动探测仪

技术领域

本发明属于油田自动测试技术领域，特别是提供了一种油井动态液位自动探测仪。适于具有套管的油井，例如梁式抽油机采油井、螺杆泵采油井等。在套管压力高于0.1MPa的工况下，能够自动地测量井下液面深度。其输出信号可以就地用于抽油机的自动启停及转速控制，也可以远传到油田生产调度中心。

背景技术

当前测量油井液面普遍使用双频道回声探测仪。这种探测仪以火药弹的爆炸作为声源，所发出的声波从仪器与井口的接合处进入到井下的狭长套管空间，继续向下传播直到油/气分界面；声波在液面上被反射，待再次返回到井口时被传感器接收。传感器接收的回声信号经由滤波器分解成高频、低频两列声波信号，由人工或智能软件从高频声波信号中识别出接箍回声，从低频声波信号中识别出液面回声，从而计算出声速和井深。

现有的双频道回声探测仪有两个方面的缺陷，限制了它不能够用于自动测量，因此也就不能够在线地测量动态液面。其一，这种仪器所使用的火药弹的装卸、启爆必须靠人工操作；有限的火药弹装载量也不可能维持多次连续测试。其二，声波在井筒内传播时，能量被天然气及管壁吸收、衰减；管壁反射、筒内气体流动、压力起伏等因素会都会产生强噪声；在线测试中各种生产设备的运转也会加剧噪声；特别是由于接箍的反射截面很小，接箍回声的幅度是很弱的。在强噪声下对微弱接箍回声的准确自动识别是一个困难，而对接箍回声的误判和漏判会产生显著的声速误差，从而严重降低井深测量精度。总之，现有仪器在声源产生和接箍波声速测定两方面的不足，限制了其在动态液位测试中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井动态液位自动探测仪，解决了传统测试仪所用的声源只能人工操作的问题，也解决了利用微弱接箍波测定声速误差大的问题。

本发明由测试管1、传感器2、电磁阀3、容器4、电磁阀5、电子单元6、声速测定管7、盲端8组成。

(1)测试管、电磁阀和低压容器依次串联的结构，可以便捷地触发、控制脉冲声源强度和宽度。

在图1中，测试管1是一段三通管道，下端与油井的套管相连，上端与电磁阀3相连，侧面开孔连接传感器2。传感器2用于测量测试管1内的气体压力。

容器4通过电磁阀3与测试管1相连，通过电磁阀5通大气(或与外部低压管道相连)。

电子单元6控制电磁阀3和电磁阀5的启闭，并采集来自传感器2的信号，计算出液位深度，并将数据显示和远传。

测试前，先开启电磁阀5，将容器4内的气体外泄直至压力降到低于测试管压力0.1MPa。此时，充满高压气体的测试管1、电磁阀3、容器4依次相串联的结构，是产生脉冲声源的关键，也是本仪器的第一个特征。然后，瞬间开启电磁阀3并迅速关闭，则在测试管内会形成一个负压波。电磁阀3的开通时间、容器4残留压力和容积，以及油井的套管尺寸等因素共同决定了这个负压波的宽度和强度。与常规测试中火药弹爆炸所形成的正压波类似，此负压波同样可以做为脉冲声源，同样能够向井下传播并在接箍、液面处产生回声，再由传感器接收此负压回声并经过电子单元处理和计算，即可得到声速和液位深度。

在电子单元6控制下重复进行上述过程，就可以得到一系列的动态液位数据。

(2)在测试管中部三通的传感器之外的另一个接口上，安装专用的细长盲管，用于测定实际声速，见图2。

井下液位测试算法中必然要用到实际声速数据。实际声速的测定既可以利用图1结构所测得的微弱接箍回声信号，也可以利用图2结构中单独设立的声速测定管7。声速测定管7的一端封闭成盲端8，另一端安装在测试管中部三通的传感器接口之外的另一个接口上，与测试管1相通。声速测定管7的长度应该在7-20米，以保障回声时差测定精度；内径应该在5-20毫米，以减小声波传播阻力；为了节省管子占据的空间，可以弯成盘管的形式，但是不能有尖锐的弯曲角度以减少弯曲部位对声波的反射。

在测试过程中，负压波脉冲声源除沿套管向井下传播之外，同时必然在声速测定管7中传播并在盲端8产生反射回声。分析传感器2采集的波形，找出这个回声信号的位置并确定时间差。这条管的长度精确已知，用长度的一半除以时间差就得到实际波速。

本声速测定管7的长度较井筒短得多，其回声要比接箍回声强大，容易被智能软件自动识别。所以，本仪器测得的声速数据要比常规方法测得的声速数据更可靠。这种邻近传感器安装的一根细长盲管，专门用来产生强回波，以便于自动识别并准确测算波速，是本仪器的第二个特征。

本仪器的优点是能够轻易地、自动地触发脉冲声源，并能够保证声源的幅度足够强、持续时间足够短；能够不受套管压力、温度、天然气含液量、设备运转等因素的影响，简洁、准确地测定声速。在此基础上，本仪器实现了全自动液位测试；前、后两次测试的时间间隔可以短达1分钟；通过在电子单元上设定恰当的测试时间间隔，可以得到液位的动态变化数值。

附图说明

图1为本发明的基本结构。其中，测试管1，传感器2，电磁阀3，容器4，电磁阀5，电子单元6。

图2为本发明的带有声速准确测试功能选项的结构。其中，声速测定管7，盲端8。

具体实施方式

(1)液位测量过程

在油井套管压力高于0.1MPa的工况下，液位测量过程如下。见图1，电子单元6控制电磁阀5开启，容器4的压力下降。当开启电磁阀5、容器4的压力低到测试管压力0.1MPa以后，关闭电磁阀5，为测试做好准备。然后电子单元6控制电磁阀3开启并迅速关闭，则在测试管1的腔内形成一个负压波。测试管1腔内压力由传感器2连续地采集到电子单元6内，形成波形。当负压波传播到井下并从液面上反射回来时，就能在波形上观察到明显的液面回声；同时负压波也会在相邻套管之间的接箍处产生回声，在波形上表现为微弱的接箍回声。通过软件记录下接箍回声的时差和液面回声的时差，由于相邻接箍的长度即单根套管的长度是已知的，所以可以算出声速＝单根套管长度/相邻接箍回声时差/2且井深＝声速*液面回声时差/2

(2)动态液位的测试

根据动态测井的要求，可以在本仪器的电子单元6上设置前后两次测试的时间间隔，则本仪器就会在测试时间到达后重复进行自动测试，获得一系列反映动态液面的井深数据。

(3)声速的独立精确测定

声速的测定除可以利用接箍回声时差之外，还可以采用本装置单独进行。在安装有声速测定管7的仪器中，负压波除向井下传播外，还会在声速测定管7内部传播，并在盲端8形成回波。因此，传感器接收的波形中，既包括明显的液面回声、微弱的接箍回声，也包括明显的声速测定管回声。声速测定管回声比接箍回声强，易于自动识别，时差测算更加准确可靠，则声速＝声速测定管的长度/声速测定管的回声时差/2也更准确可靠，保障了井深测量的精度。

Claims (3)

1.一种油井动态液位自动探测仪，其特征在于，由测试管(1)、传感器(2)、电磁阀(3)、容器(4)、电磁阀(5)、电子单元(6)、声速测定管(7)、盲端(8)组成；测试管(1)、电磁阀(5)和容器依次串联，便捷地触发、控制脉冲声源强度和宽度；容器(4)通过电磁阀(3)与测试管(1)相连，通过电磁阀(5)通大气或与外部低压管道相连；在测试管三通的传感器接口之外的另一个接口上安装声速测定管(7)，用于测定实际声速；电子单元(6)控制电磁阀(3)和电磁阀(5)的启闭，并采集来自传感器(2)的信号，计算出液位深度，并将数据显示和远传。

2.按照权利要求1所述的探测仪，其特征在于，测试管(1)是一段三通管道，下端与油井的套管相连，上端与电磁阀(3)相连，侧面开孔连接传感器(2)，传感器(2)用于测量测试管(1)内的气体压力。

3.按照权利要求1所述的探测仪，其特征在于，单独设立的声速测定管(7)，声速测定管(7)的一端封闭成盲端(8)，另一端在传感器(2)接入到测试管(1)的三通接口上；声速测定管(7)的长度为7-20米，以保障回声时差测定精度，内径为5-20毫米，以减小声波传播阻力；为了节省管子占据的空间，可以弯成盘管的形式，但是不能有尖锐的弯曲角度以减少弯曲部位对声波的反射。

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