CN101220742B - 一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备，包括：连接油管两端的下井仪和地面接收仪，下井仪包括：连接测量地下油井参数设备的五芯滑环，与五芯滑环连接、接收测量的油井参数并按预定时刻发送的单片机，接收连接的单片机发送的油井参数并进行数据编码的数据编码器，将连接的数据编码器编码后的数据脉冲进行功放的功率驱动器，将来自连接的功率驱动器的数据脉冲转换为超声波传输到油管的压电换能器；地面接收仪包括：与油管连接接收超声波并转换成数据脉冲的压电换能器，将压电换能器产生的数据脉冲进行滤波、放大、整形的通信线路板。该设备实时将参数实时采集通过油井中的油管采用超声波传输到地面上，避免使用电缆成本。

Description

一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备。 

背景技术

油井动态测试一直是油田开发的重要监测项目，随着油井的连续抽汲，井下各储集层的各种物理参量(压力、温度、产液量、含水率等)每时每刻都在变化，有时变化非常大。工程技术人员要依据井下动态测试的各种资料来同步完成油气资源评价和注水开发等一系列采油工程措施，急需获得油井井下实时的各种物理参量。目前石油现场大量使用常用的井下测试仪分为单参数和多参数两种，工作方式分为两大类，一类是井下数据存储式，约占90％；另一类是电缆直读式，约占10％。其中，采用井下数据存储式采集数据时，将测试仪用测井钢丝系吊下井，悬停在井下测试深度。下井仪中自带供电电池，仪器内由单片机系统程序控制采集数据，然后将数据依次存入存储器内。测试周期(通常十几天或几个月)完成后，通过钢丝将下并仪取回地面，然后回收存储在存储器内的数据。这种方式作业成本较低，但回收的数据不是井下实时的采集的数据，而是间隔很久的。 

电缆直读式测试仪采用电缆把下井仪和地面井口记录仪联接起来，通过电缆给下井仪供电，同时发送指令，控制下井仪采集数据，然后再把下井仪的采集的数据利用缆芯传输到地面记录仪。电缆通过专用卡具卡持在油井固相介质上，如油管外部，实时传输井下的作业数据。但由于井口通径狭窄及井口动力机械设备全是金属部件，稍有不慎就会造成电缆破损甚至卡断，存在数据采集过程中断的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备，以解决上述油井作业过程中，数据在采集过程中容易中断的问题。 

为解决上述问题，本发明提供一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备，包括：连接油管两端的下井仪和地面接收仪， 

下井仪包括：连接测量地下油井参数设备的五芯滑环，与五芯滑环连接、接收测量的油井参数并按预定时刻发送的单片机，接收连接的单片机发送的油井参数并进行数据编码的数据编码器，将连接的数据编码器编码后的数据脉冲进行功放的功率驱动器，将来自连接的功率驱动器的数据脉冲转换为超声波传输到油管的压电换能器； 

地面接收仪包括：与油管连接接收超声波并转换成数据脉冲的压电换能器，将压电换能器产生的数据脉冲进行滤波、放大、整形的通信线路板。 

其中，压电换能器与功率驱动器之间通过二芯滑环连接。 

其中，单片机、数据编码器、功率驱动器与压电换能器之间通过航空插头连接。 

其中，五芯滑环与单片机安装在密封的控制舱中，数据编码器、功率驱动器与压电换能器安装在密封的仪器舱中，仪器舱与控制舱之间通过接头密封连接，仪器舱连接有上接头，上接头具有锥度为1∶16、螺距为2.54的锥管螺纹。 

其中，压电换能器与通信线路板安装在密封的舱壳中，舱壳连接有下接头，下接头具有锥度为1∶16、螺距为2.54的锥管螺纹。 

其中，通信线路板还连接显示并处理数据脉冲的计算机。 

其中，单片机、通信线路板还连接有通信插座。 

其中，所述通信插座为RS-232、RS-422、RS48 5或USB串口。 

上述实施例中的油井作业数据采集设备，可实时将地下油井内采集到参数实时采集，并通过油井中的油管采用超声波传输到地面上，该设备结构简单，且能够实时采集参数，由于采用超声波技术传输， 与通过电缆采集参数的方式相比，不会出现电缆卡断导致的数据中断的现象；由于使用声波技术，避免使用大量电缆导致的高成本，可有效降低信息传递的资金投入。 

附图说明

图1是实施例中设备的结构图； 

图2是实施例中下井仪的结构图； 

图3是实施例中地面接收仪的结构图。 

具体实施方式

为清楚说明本发明的设备，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。 

参见图1，图1是实施例的结构图，在该实施例中，数据采集设备包括： 

套管7中的参数测试仪1，参数测试仪1采用传感器测量地下油井参数，并将测量到的参数传送到下井仪2中，下井仪2将接收到的参数通过连接的油管6传送到地面，地面上与油管连接的接收仪8将接收到的参数恢复并显示到屏幕上。 

下井仪2还连接筛管4、抽油泵5，连接处通过接箍3固定，抽油泵5将采集的石油通过油管6传送到地面，地面上有与油管6连接的井口装置12，井口装置12连接套管阀门9、油管阀门10、抽油杆11、及接收仪8。 

实施例中的下井仪2的结构可参见图2，接头203将仪器舱202和控制舱218连接在一起，仪器舱202和控制舱218的两端安装有上接头201和下接头207，接头203、上接头201、下接头207上具有密封胶圈205，上接头201连接压电换能器209，压电换能器209通过二芯滑环210连接功率驱动器211，功率驱动器211与数据编码器213之间使用航空插头212同轴锁紧，接头203上具有通信插座216，用于单片机220连接计算机，通信插座216可采用RS-232、RS-422、 RS485、或USB等串口，数据编码器213上的连线通过过线孔208连接控制舱218内的单片机220，单片机220两端通过航空插头212连接电池206和接头203，单片机220的连线通过过线孔208连接五芯滑环225，五芯滑环225上具有锁紧环226。上接头201上具有用于连接的石油专用锥管螺纹(2.5英寸锥管螺纹，螺距为2.54CM，锥度为1∶16)。 

下井仪的下部，旋下下接头207后，可将石油井下参数测试仪1(单参数或多参数)与其组合对接，将下井仪2再连接到油管6下部，然后随油管6管柱下井至测试层位。当井下参数测试仪1采集到井下动态参数(如压力，温度，流量，含水率等)后，经内部滑环接口将参数送入单片机220中，由单片机220将其按时序存入存储器中。当到达向地面发送数据时刻，单片机220发出指令，将数据从存储中调出送至数据编码器213内，数据编码器213按时序对数据进行分类分时排列，形成不同时间间隔的电脉冲，该系列电脉冲送入功率驱动器211，进行功率放大；然后激发超声压电换能器209，由压电换能器209将电脉冲包络调制成对应的声脉冲。由于超声压电换能器209具有较高的固有频率，并且其振动方向为轴向聚能，于是会发出具有较大能量的轴向声脉冲。该声脉冲能量高，振幅大，能够通过仪器上接头传入油管接箍3和油管6(也包括油管中的油杆11)，并依次向上传播。石油现场施工时，油管6和油管接箍3旋紧时是使用专用液压钳低速旋紧，所有联接处均为专用油管螺纹(锥度螺纹)，油管6内外耐压几十个兆帕而无泄漏，所以声脉冲在金属油管(固相介质，声速高)内传播时，在每根油管内声能量损耗极小，在穿越与油管接箍相联接的螺纹界面时，声反射率很低，声透射率很高，声能量衰减很小。由于油管内外的油气水三相介质，其密度低，声速低，声阻抗高，对沿金属油管6内部传播的声脉冲散射和吸收很小，所以声脉冲能够在固相介质中(钢铁油管)传播相当远的距离而声强衰减较小。 

下井仪2将参数测试仪1测试的信号采用超声波通过油管6传递到地面的接收仪8，由接收仪8接收并恢复。 

接收仪8的结构图可参见图3，包括：安装有上接头302、下接头304的舱壳303，并在连接处安装有密封胶圈205；舱壳303内安装有托架309，托架309内安装有电池206及压紧弹簧311，托架309上卡持有通信线路板310，通信线路板310通过过线孔308与上接头302上安装的通信插座216连接，通过通信插座216实现与外部计算机连接，通信插座216可采用RS-232、RS-422、RS485、或USB等串口，压电换能器316上具有接线端子315，压电换能器316通过螺钉317固定在下接头304上。下接头304上具有用于连接的石油专用锥管螺纹(2.5英寸锥管螺纹，螺距为2.54CM，锥度为1∶16)。 

地面接收仪8旋接在地面井口装置12上。当井下沿油管上传的声脉冲到达后，会引起地面接收仪8内部安装的超声压电换能器316同频共振，而其它地面音频声源与油管内上传的超声包络调制脉冲相比，幅度很小，不能使其产生共振，从而把传输上来的系列声脉冲转换成系列电脉冲。电脉冲经接收仪8内的通信线路板310滤波、放大、整形、解析识别处理后，可全部还原成与井下仪发送上来的完全相同时序相同类别的数据脉冲，然后在通信线路板310指令下，送入大规模数据存储器内存储。最后使用通讯线与地面计算机连接，即可把全部测试数据输出，形成实时的图文测试资料，从而实现地下的数据实时传输到油田地面上。 

上述实施例中的油井作业数据采集设备，可实时将地下油井内采集到参数实时采集，并通过油井中的油管采用超声波传输到地面上，该设备结构简单，且能够实时采集参数，由于采用超声波技术传输，与通过电缆采集参数的方式相比，不会出现电缆卡断导致的数据中断的现象；由于使用声波技术，避免使用大量电缆导致的高成本，可有效降低信息传递的资金投入。 

对于本发明各个实施例中所阐述的设备，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备，其特征在于，包括：连接油管(6)两端的下井仪(2)和地面接收仪(8)，

下井仪(2)包括：连接测量地下油井参数设备的五芯滑环(255)，与五芯滑环(255)连接、接收测量的油井参数并按预定时刻发送的单片机(220)，接收连接的单片机(220)发送的油井参数并进行数据编码的数据编码器(213)，与数据编码器(213)连接、将编码后的数据脉冲进行功放的功率驱动器(211)，将来自连接的功率驱动器(211)的数据脉冲转换为超声波传输到油管(6)的压电换能器(209)；

地面接收仪(8)包括：与油管(6)连接接收超声波并转换成数据脉冲的压电换能器(316)，将压电换能器(316)产生的数据脉冲进行滤波、放大、整形的通信线路板(310)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，压电换能器(209)与功率驱动器(211)之间通过二芯滑环(210)连接。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，单片机(220)、数据编码器(213)、功率驱动器(211)与压电换能器(209)之间通过航空插头(212)连接。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，五芯滑环(225)与单片机(220)安装在密封的控制舱(218)中，数据编码器(213)、功率驱动器(211)与压电换能器(209)安装在密封的仪器舱(202)中，仪器舱(202)与控制舱(218)之间通过接头(203)密封连接，仪器舱(202)连接有上接头(201)，上接头(201)具有锥度为1∶16、螺距为2.54CM的锥管螺纹。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，压电换能器(316)与通信线路板(310)安装在密封的舱壳(303)中，舱壳(303)连接有下接头(304)，下接头(304)具有锥度为1∶16、螺距为2.54CM的锥管螺纹。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通信线路板(310)还连接显示并处理数据脉冲的计算机。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，单片机(220)、 通信线路板(310)还连接有通信插座。 

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述通信插座为RS-232、RS-422、RS485或USB串口。 

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