CN103362496A

CN103362496A - 一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置

Info

Publication number: CN103362496A
Application number: CN2013102909866A
Authority: CN
Inventors: 沈建国
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，大功率超声探头被下放到井内，地面导纳测量系统即激励装置和采集装置位于地面，激励装置发射不同频率的信号，信号通过特种电缆加到大功率超声探头上，在大功率超声探头下井过程中，采集装置通过特种电缆连续测量不同深度的大功率超声探头的导纳随频率的变化曲线。即采集装置通过扫频的方式获得探头的导纳曲线；根据探头导纳曲线的形状变化判断大功率超声探头是否进入液体，并根据大功率超声探头进入液体的深度确定液面位置。根据测量的液位，参考孔隙压力可以判断地层是否堵塞。该装置在超声作业前、后测量，可以根据液位变化评价作业效果，保证超声作业的有效性，特别是深井，孔隙压力比较大时，该测试效果更加明显。

Description

一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置

技术领域

本发明涉及石油工程油井开发作业施工中套管井解堵作业的专用仪器技术领域，特别涉及一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置。

背景技术

在石油勘探和开发的过程中，对地层进行大功率超声作业是清除泥浆侵入污染与油井作业污染、解除油层堵塞的有效工具。在作业前需要知道井下的液位，现有的技术是在井口的空气中产生振动，声波沿套管内的空气向下传播，遇到液面时反射，再传播到地面被接收。声波在空气中传播时有一定的物理衰减，当液面距离地面比较深时，这种方法所接收到的信号幅度比较小，当液面深度超过1200米以后，声波在空气中的传播距离为2400米，接收到的信号幅度很小。因此，本方法对孔隙压力比较低的深井效果比较差，甚至测量不到液面位置。

目前，国内西部地区主力油层均是低渗地层，孔隙压力小，液面很低，不少油井的液面距离地面超过1500米。用普通的声波液位仪很难测量到液面。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，本发明实现了对井下远距离、深液面的测量，提高了深井的测试效果，详见下文描述：

一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，所述井下液位测量装置包括：依次电连接的地面导纳测量系统、特种电缆和大功率超声探头，所述大功率超声探头作业前已经被下放到井内，所述地面导纳测量系统中包括：激励装置和采集装置，所述激励装置和所述采集装置位于地面，

所述激励装置发射不同频率的正弦或者方波信号，所述信号通过所述特种电缆加到所述大功率超声探头上，在所述大功率超声探头下井过程中，所述采集装置通过所述特种电缆连续地采集所述大功率超声探头在不同深度的导纳随频率的变化曲线，即所述地面导纳测量系统通过扫频的方式获得探头的导纳曲线；根据探头导纳曲线形状的变化判断所述大功率超声探头是否进入液体，并根据所述大功率超声探头进入液体时的深度确定液面位置。

所述地面导纳测量系统根据所述大功率超声探头在空气与水中的谐振频率，并根据所述大功率超声探头进入液体以后，在液体静压力的作用下其谐振频率增加的情况，设置扫频范围。

所述激励装置发射的波形为正弦波、方波、三角波波形以及所有的组合周期波形以及按照扫频方式激发的波形。

所述激励装置发射的正弦波、方波和三角波波形频率位于所述大功率超声探头在空气和水中的主频附近，频率区间包含所述大功率超声探头在这两种介质中的主频。

所述根据探头导纳曲线形状的变化判断所述大功率超声探头是否进入液体的操作具体为：

直接用所测量的不同深度的导纳随频率的变化曲线判断探头是否进入液体，确定液位。

用探头导纳曲线的谐振频率或谐振频率处的峰值作为液位指示曲线，通过所述液位指示曲线确定所述大功率超声探头是否进入液体；或者，

用相邻两次探头导纳曲线相减后的曲线累加，用累加值生成液位指示曲线，通过所述液位指示曲线确定所述大功率超声探头是否进入液体。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明基于现有的大功率超声作业系统，通过特种电缆将大功率超声探头移动到液面，根据探头在空气中和液体中导纳曲线的差异判断探头是否进入液体，测量到液位。用大功率超声探头测量液位，不但能够及时了解液位的位置，参考地层的孔隙压力还可以参数判断地层是否堵塞；在作业以后再次测量液位，根据作业前后液位的变化可以评价作业效果，当场采取必要的措施，保证超声作业效果。另外，通过本发明实现了对井下远距离液面的测量，提高了深井的测试效果。

附图说明

图1为一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置的结构示意图；

图2为探头在空气和水中的导纳曲线差异；

图3为在套管井中大功率超声探头进入液体前和进入液体后的导纳曲线实际测量结果的对比。

1：地面导纳测量系统； 2：特种电缆；

3：大功率超声探头； 4：激励装置；

5：采集装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了实现对井下液位特别是远距离液面的测量，提高深井的测试效果，本发明实施例提供了一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，参见图1，该井下液位测量装置包括：依次电连接的地面导纳测量系统1、特种电缆2和大功率超声探头3，大功率超声探头3作业前已经被下放到井内，并且下放过程中开始处在套管的空气中，随着深度的增加会遇到液面，进入液体中，地面导纳测量系统1中包括：激励装置4和采集装置5，激励装置4和采集装置5位于地面，

激励装置4发射不同频率的信号，该信号通过特种电缆2加到大功率超声探头3上，在大功率超声探头3下井过程中，采集装置5通过特种电缆2连续地测量大功率超声探头3在不同深度的导纳随频率的变化曲线（即开启采集装置5，等时或者在深度脉冲驱动下，等深度地连续测量探头的导纳曲线，并按照深度显示所测量的导纳曲线，该曲线指示大功率超声探头3的电谐振频率），即通过扫频的方式获得探头的导纳曲线；液体的声负载比空气的声负载大很多，在大功率超声探头3进入液体时，导纳曲线的谐振频率和导纳值会有一个比较大的变化，完全进入液体后，探头导纳曲线会有比较大的变化，从测量的导纳曲线上可以直观明显地看到导纳曲线的变化。根据曲线形状的变化判断大功率超声探头3是否进入液体，根据大功率超声探头3进入液体时的深度确定液面位置。即实现了直接利用现有大功率超声探头3在空气和液体中声负载的差异对液面位置进行测量。

具体实现时，采集装置5根据大功率超声探头3在空气与水中的谐振频率，并考虑到大功率超声探头3进入液体以后，在液体静压力的作用下其谐振频率增加的情况，设置扫频范围。

当大功率超声探头3在空气中时，空气的机械负载很小，相当于短路；当大功率超声探头3进入液体以后，液体的负载比较大，液体和井筒构成的超声反射系统等效到大功率超声探头3后以辐射阻抗的方式表现，使大功率超声探头3的谐振频率和电阻抗均发生明显的改变。即当大功超声探头3进入液体时，在液位位置停止下放，上提一小段，再慢慢下放，这时，用扫频的方法测量大功率超声探头3的导纳曲线，连续的导纳测量和显示不停，这样直接从曲线的差异上便可以看到液面的位置，或用导纳曲线构造特征量形成直接指示套管井液面的曲线（即直接用所测量的不同深度的导纳随频率的变化曲线判断探头是否进入液体，确定液位；或者，用导纳曲线的谐振频率或谐振频率处的峰值作为指示曲线，或者用前后相邻两次的导纳曲线相减后的曲线累加，用累加值生成液位指示曲线），该曲线在液面位置发生突变。即高密度采集的导纳曲线能够准确反映液面所在的深度。

具体实现时，激励装置4发射的波形为预正弦波、方波和三角波波形以及所有的组合周期波形以及按照扫频方式激发的波形。其中，激励装置4发射的正弦波、方波和三角波波形以及所有的组合周期波形以及按照扫频方式激发的波形的频率位于大功率超声探头3的主频附近，频率区间包含大功率超声探头3在空气和水中的主频。具体的频率区间根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

下面详细地描述该井下液位测量装置的工作原理，参见图1、图2和图3，在地面工程车上安装导纳测量系统，利用现有的大功率超声探头3通过特种电缆2测量不同深度的探头导纳曲线。即，将位于地面的激励装置4按照所设定的频率区间连续地发射正弦波或者方波到特种电缆2上。特种电缆2将这些正弦波或者方波信号输出到井下的大功率超声探头3上。采集装置5测量探头的导纳曲线。在大功率超声探头3下井过程中，采集装置5连续地重复上述测量，获得大功率超声探头3在不同深度位置的导纳曲线。当大功率超声探头3在套管内的空气中时，其导纳曲线描述大功率超声探头3空载时的特征；当大功率超声探头3进入套管内的液体后，所测量的导纳曲线描述大功率超声探头3在套管井负载情况下的特征。两种情况的导纳曲线差别比较大，如图2、3所示，图2中实线是空气中的导纳曲线，虚线是水中的导纳曲线；图3中最下面的虚线是大功率超声探头3下井前的导纳曲线，细线是大功率超声探头3在空套管，即探头在充满空气的套管内时的导纳曲线，上面的粗线是大功率超声探头3在充满液体的套管中的导纳曲线，这些曲线中形状不变的部分是特种电缆2的导纳曲线，变化的部分是大功率超声探头3的导纳曲线，直接从曲线上便可以区分出液面的位置。

具体实现时，大功率超声探头3在下井过程中已经位于井内，最终能够接触到液体，这个过程是现有液位测量仪器所不具备的。下井过程中通过采集装置5的深度系统能够给出大功率超声探头3的深度。大功率超声探头3的工作环境是液体，即大功率超声需要在液体中进行，其工作参数还需要根据液位到油层之间的距离确定。用大功率超声探头3测量到液位以后，不但能够及时了解液位的位置，参考孔隙压力参数判断地层是否堵塞，还可以在作业以后再次测量液位，根据液位在作业前后的变化评价作业效果，当场采取必要的措施，保证超声作业效果。

具体实现时，本发明实施例对上述器件的型号不做任何限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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

1.一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，其特征在于，所述井下液位测量装置包括：依次电连接的地面导纳测量系统、特种电缆和大功率超声探头，所述大功率超声探头作业前已经被下放到井内，所述地面导纳测量系统中包括：激励装置和采集装置，所述激励装置和所述采集装置位于地面，

所述激励装置发射不同频率的信号，所述信号通过所述特种电缆加到所述大功率超声探头上，在所述大功率超声探头下井过程中，所述采集装置通过所述特种电缆连续地测量不同深度的所述大功率超声探头的导纳随频率的变化曲线，即所述地面导纳测量系统通过扫频的方式获得探头导纳曲线；根据探头导纳曲线的形状变化判断所述大功率超声探头是否进入液体，并根据所述大功率超声探头进入液体时的深度确定液面位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，其特征在于，所述地面导纳测量系统根据所述大功率超声探头在空气与水中的谐振频率，并根据所述大功率超声探头在套管中进入液体以后，在液体静压力的作用下其谐振频率增加的情况，设置扫频范围。

3.根据权利要求1所述的一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，其特征在于，所述激励装置发射的波形为正弦波、方波和三角波波形以及所有的组合周期波形以及按照扫频方式激发的波形。

4.根据权利要求1所述的一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，其特征在于，所述激励装置发射的正弦波、方波和三角波波形的频率范围位于所述大功率超声探头在空气和水中的主频附近，频率区间包含所述大功率超声探头在这两种介质中的主频。

5.根据权利要求1所述的一种基于大功率超声探头导纳曲线的井下液位测量装置，其特征在于，所述根据所测量的探头导纳曲线形状的变化判断所述大功率超声探头是否进入液体的操作具体为：

直接用所测量的不同深度的导纳随频率的变化曲线判断探头是否进入液体，确定液位；或者，

用相邻两次的探头导纳曲线相减后的曲线累加，用累加值生成液位指示曲线，通过所述液位指示曲线确定所述大功率超声探头是否进入液体。