CN106437586A - 具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置及识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原油开采技术领域，尤其涉及一种具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置。该油井增产增注装置利用设置在超声换能器上的识别芯片，使油井增产增注装置能够识别原装的超声换能器，避免因使用非指定的超声换能器造成的增油效果下降及油井增产增注装置损坏的问题发生。本发明还提出了一种油井增产增注装置利用识别芯片识别其超声换能器的方法。
Description
技术领域
本发明涉及原油开采技术领域，尤其涉及一种具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置及识别方法。
背景技术
由于利用超声波进行油井增产增注具有原油储层无损坏，对自然环境无污染的特点，使该技术其具有广阔的市场前景，也吸引越来越多的技术投入。
在油井增产增注装置中，超声换能器作为其核心设备，对油井增产增注起到关键性作用，并且超声换能器相对油井增产增注装置的其它部件又属于易损件，在使用过程中相对油井增产增注装置会频繁更换。
而超声换能器本身组装和装配都有较高的技术要求，并且超声换能器与油井增产增注装置的其它零部件具有一定的匹配度，如果使用原厂以外的超声换能器或者仿制的劣质超声换能器，不但影响油井增产增注装置的增油效果，甚至会对油井增产增注装置造成一定的损坏，从而造成不必要的经济损失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置，以避免因使用非指定的超声换能器造成的增油效果下降及油井增产增注装置损坏的问题发生。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置，包括地面系统和井下系统，所述地面系统通过复合电力电缆与所述井下系统连接；
所述的地面系统包括车辆、控制器、设置在所述车辆内的电缆缠绕器和变向滑轮，所述复合电力电缆缠绕在所述电缆缠绕器上，且所述复合电力电缆的一端与所述控制器连接，另一端绕过所述变向滑轮后通过电缆马笼头与所述井下系统连接；
所述井下系统包括壳体的超声换能器，所述超声换能器设置于所述壳体内，且所述超声换能器上设有识别芯片，所述识别芯片与所述控制器连接，用于向所述控制器发送识别码，所述控制器根据所述识别码控制所述超声换能器的开闭状态。
进一步地，还设有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的动端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第一不动端与所述识别芯片的输入端连接，所述识别芯片的输出端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第二不动端与所述超声换能器连接。
进一步地，还包括数据采集器，所述数据采集器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均与所述控制器连接，用于将所述超声换能器的温度、电流和电压数据传输给所述控制器。
优选地，所述超声换能器包括：
压电陶瓷环，以及分别设置在所述压电陶瓷环内外两侧的内侧银层和外侧银层；
所述压电陶瓷环设置在所述壳内，且所述外侧银层紧贴所述壳体设置。
进一步地，还包括内导电环，所述内导电环为开放式环状结构，且所述内导电环的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，在圆周方向上所述内导电环覆盖并紧贴所述压电陶瓷环的内侧银层。
优选地，所述变向滑轮通过悬挂杆固定在所述车辆内部，其中，所述变向滑轮固定在所述悬挂杆的一端，所述悬挂杆的另一端铰接固定在所述车辆内部，转动所述悬挂杆能够使所述变向滑轮伸出所述车辆外部。
优选地，所述电缆缠绕器下方设有用于固定所述井下系统的固定装置，所述固定装置包括至少两个平行间隔设置的U型卡环。
本发明还提供了一种油井增产增注装置识别其超声换能器的方法，在油井增产增注装置启动时，控制器向识别芯片发出第一使能信号，所述识别芯片向所述控制器发送识别码，控制器将识别码与数据库进行匹配；
当匹配结果满足预设条件时，所述控制器向超声换能器发出第二使能信号，所述超声换能器正常工作；
同时所述控制器将该识别码的匹配记录储存在数据库；
当匹配结果不满足预设条件时，所述控制器发出声音或者方字提醒，同时再次向所述识别芯片发出第一使能信号，对识别码进行再次匹配；
当匹配结果仍然不满足预设条件时，所述控制器第三次向所述识别芯片发出第一使能信号，对识别码进行第三次匹配；
所述控制器对识别码进行三次识别，匹配结果还是不满足预设条件时，所述控制器进入锁定状态。
进一步地，所述控制器与所述超声换能器之间设有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的动端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第一不动端与所述识别芯片的输入端连接，所述识别芯片的输出端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第二不动端与所述超声换能器连接；
当所述控制器发出第一使能信号后，所述单刀双掷开关的第一不动端为通电端，所述识别芯片向所述控制器发送识别码；
所述控制器将识别码与数据库进行匹配，当匹配结果满足预设条件时，单刀双掷开关的第二不动端为通电端，所述超声换能器正常工作。
其中，所述预设条件为识别码能够与所述数据库匹配成功，且所述识别码与所述数据库为第一次成功匹配。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置利用设置在超声换能器上的识别芯片，使油井增产增注装置能够识别原装的超声换能器，避免因使用非指定的超声换能器造成的增油效果下降及油井增产增注装置损坏的问题发生。
附图说明
图1是本发明实施例油井增产增注装置结构示意图；
图2是本发明实施例油井增产增注装置的另一角度的结构示意图；
图3是本发明实施例油井增产增注装置识别控制电路示意图；
图4是本发明实施例超声换能器的结构示意图；
图5是本发明实施例超声换能器的内导电环的结构示意图；
图6是本发明实施例油井增产增注装置控制流程图。
图中：1：地面系统；11：控制器；12：电缆缠绕器；13：变向滑轮；14：悬挂杆；15：显示器；16：U型卡环；17：车辆；2：复合电力电缆；3：井下系统；31：电缆马笼头；32：壳体；321：盖体；322：航空插头；33：超声换能器；331压电陶瓷环；332：内导电环；4：识别芯片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置，包括地面系统1和井下系统3，该地面系统1主要包括一些可操作设备，其通过复合电力电缆2与井下系统3连接。
具体地，地面系统1包括车辆17、控制器11、设置在车辆11内的电缆缠绕器12和变向滑轮13，复合电力电缆2缠绕在电缆缠绕器12上，且该复合电力电缆2的一端与控制器11连接，另一端绕过变向滑轮13后通过电缆马笼头31与井下系统3连接。
具体地，井下系统3包括壳体32和设置在壳体32内的超声换能器33，其中，在超声换能器33上设有识别芯片4，该识别芯片4上设有对应该超声换能器33的唯一的识别码，该识别芯片4与控制器11连接，在油井增产增注装置启动时，识别芯片4向控制器4发送识别码，用于与数据库匹配，当识别码与数据库匹配成功时，超声换能器33正常工作。
其中，复合电力电缆2中有多个电线芯，能够同时传输强电和弱电。
需要说明的是，识别码可以是储存在识别芯片4内的一段识别编码，也可以是根据预设编码规则随机生成的一段编码；数据库是设置存储在控制器11存储模块内或云端的识别码库，数据库匹配可以是相同字段的完全匹配，也可以是符合预设编码规则的匹配，例如，识别芯片以一定规则随机生成一段编码，数据库中预设了人只要是符合该编码规则的均可匹配成功，即数据库中存储了所有该编码规则下所有的编码字段。
进一步地，如图3所示，该油井增产增注装置还设有单刀双掷开关S，该单刀双掷开关S的不动端通过复合电力电缆2与控制器11连接，该单刀双掷开关S的第一不动端与识别芯片4的输入端连接，识别芯片4的输出端通过复合电力电缆2与控制器11连接，该单刀双掷开关S的第二不动端与超声换能器33连接。
油井增产增注装置启动时，识别芯片4向控制器11发送识别码，控制器11将该识别码与数据库进行匹配，当识别码与数据库匹配成功时，单刀双掷开关的第二不动端通电，超声换能器33正常工作；当识别码与数据库匹配不成功时，单刀双掷开关的第二不动端不通电，超声换能器33不工作。
优选地，控制器11还连接有显示器15及声音提醒设备，当识别码匹配不成功时，能够在显示器15上进行文字或图像提醒，或者通过声音提醒设备进行提醒。
目前，现有超声换能器33是人为控制频率，只能做到每次调节100Hz，准确度低，无法调节到超声换能器33真正的谐振频率，因此超声换能器33无法达到最大功率，造成电功率转化声功率时系数降低产生过多热量，消耗过多电能。同时在操作过程中需要人员具有大量的实践经验才能做到，因此要求操作人员素质较高。需要大量培训工作时间，操作人初期操作时容易出现操作失误，引起超声换能器相关装备部件的损坏，为了解决上述问题，优选地，如图3所示，本实施例的油井增产增注装置还包括数据采集器，该数据采集器与控制器33连接，具体地，数据采集器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，该数据采集器通过多芯接插件与超声换能器33连接，用于将超声换能器33端部的电流和电压数据及超声换能器33的温度传输给控制器33。
使用时，超声波功率源向超声换能器33发射一定频率区间(预设)内不同频率的交流电信号，超声换能器33中每个换能部11均根据超声波功率源发射的交流电信号频率震动，产生相同频率的超声波，数据采集器每隔一定时间(预设)采集超声换能器33端部的电流和电压数据，并反馈给控制器，该控制器11根据采集的电压、电流波形，进行波形分析，当电流波形高于电压波形时发出频率下调指令，反之则发出上调指令，从而确定超声换能器33使用最佳频率达到声功率最大。
其中，超声换能器33的运行参数、超声波功率源的运行参数、电流和电压的波形图等信息，均可通过显示器15显示。
进一步地，如图1和图2所示，变向滑轮13通过悬挂杆14固定在车辆17内部，具体地，所述变向滑轮13固定在悬挂杆14的一端，该悬挂杆14的另一端铰接固定在车辆17内部，使用时，转动向外转动悬挂杆14，固定有变向滑轮13的悬挂杆14的一端伸出车辆17外部，即变向滑轮13位于车辆17外部，使井下系统3下井时，避免复合电力电缆2或其它设备与车辆17发生干涉，当不使用时，将悬挂杆14向内旋转收起，使车辆17外部无多余的零部件。
为油井增产增注装置在转移或者不使用状态时，为了方便固定井下系统，优选地，如图1和图2所示，在电缆缠绕器12下侧设有用于固定井下系统3的固定装置，该固定装置至少包括两个平行间隔设置的U型卡环16，在收起井下系统3，使电缆缠绕器12旋转，复合电力电缆2缠绕在电缆缠绕器12上，并带动井下系统3上升，当将井下系统3收到车辆17内部后，将井下系统3放置在U型卡环16内固定，使其在运输过程中不会滚动。
为了提高了超声换能器的换能效率，如图4所示，本发明提供的超声换能器33包括压电陶瓷环331，该压电陶瓷环内侧设有内银层，外侧设有外银层，该外侧银层紧贴壳体32设置，与传统换能单元相比，本实施例中的压电陶瓷环332与壳体32之间去除了油介质，提高了换能效率，进而提高油田产量。
进一步地，壳体32采用铟钢材料制成，压电陶瓷环332的外侧银层紧贴壳体32，使压电陶瓷环331产生的热量通过壳体32散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该超声换能器采用密封结构，避免超声换能器在使用过程中有传输介质(一般为水)进入。
具体地，壳体32一端设有盖体321，压电陶瓷环331设置在壳体32内，盖体321盖合在壳体32上实现密封，优选地，盖体321与壳体32螺纹连接。
另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环1与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。
为了方便超声换能器33的连接和安装，优选地，如图4所示，在盖体321上设置航空插头322，该航空插头322一端位于盖体321内，利用线缆分别连接压电陶瓷环331的正负极，另一端伸出盖体321外，方便连接，优选地，航空插头322在盖体321的穿设处设有密封圈。
进一步地，如图4和图5所示，在压电陶瓷环331的内侧银层的内侧设置内导电环332，其中内导电环332设置在压电陶瓷环331的内侧，且内导电环332为开放式环状结构，该内导电环332的外侧周长大于压电陶瓷环331的内侧周长，当内导电环332的开放端对齐时，内导电环332产生预应力，使内导电环332全面的更加贴紧压电陶瓷环331的内侧银层，并防止内导电环332从压电陶瓷环331上脱落，使内侧银层得到很好的保护。
具体地，内导电环332为开放式环状结构是指内导电环332为两端未封闭的导电环状结构。例如：一块长方形铜片的两端向中间弯曲，形成圆滑过渡，且两端未封闭固定的开放环状结构。
由于压电陶瓷环331材料较脆，为了避免压电陶瓷环331破碎，综合考虑安装及内导电环332的固定稳定性，优选地，内导电环332的外侧周长与压电陶瓷环331的内侧周长之差为0.2-0.8mm，在该范围内，方便内导电环332安装，且产生的预应力足够使内导电环332稳定的固定在陶瓷环331的内侧，更优选地，内导电环332的外侧周长与压电陶瓷环331的内侧周长之差为0.5mm。
如图5所示是常态下内导电环332结构，其中一个开放端压在另一个开放端上，放置在压电陶瓷环331内，通过外力使其两个开放端对齐设置。
优选地，内导电环为铍青铜材料制成。
如图6所示，本实施例还提供了一种油井增产增注装置利用识别芯片识别其超声换能器的方法，该方法具体如下：
在油井增产增注装置启动时，控制器11向识别芯片4发出第一使能信号，所述识别芯片4向所述控制器11发送识别码，控制器11将识别码与数据库进行匹配。当匹配结果满足预设条件时，所述控制器11向超声换能器33发出第二使能信号，使超声换能器33正常工作，同时所述控制器11将该识别码的匹配记录储存在数据库。
当匹配结果不满足预设条件时，所述控制器11发出声音或者方字提醒，同时再次向所述识别芯片4发出第一使能信号，对识别码进行再次匹配。
当匹配结果仍然不满足预设条件时，所述控制器11第三次向所述识别芯片4发出第一使能信号，对识别码进行第三次匹配；
在控制器11对识别码进行三次识别，匹配结果还是不满足预设条件时，所述控制器11进入锁定状态，油井增产增注装置停止工作。
具体地，如图3所示，控制器11发出的第一使能信号使单刀双掷开关S的第一不动端通电，使识别芯片4向控制器11发送识别码；当匹配成功时，控制器11发出第二使能信号使单刀双掷开关的第二不动端通电，超声换能器33正常工作。
其中，所述预设条件为识别码能够与所述数据库匹配成功，且所述识别码与所述数据库为第一次成功匹配。
为了防止用户拆除或更换识别芯片4，优选地，识别芯片4安装在壳体32内。
需要说明的是，在本实施例中，控制器11进入锁定状态的条件设定为连续三次识别码识别匹配不成功，仅是本实施例的优选方案，其具体的的次数可根据需要调整设置。
综上所述，本发明提供的油井增产增注装置利用设置在超声换能器上的识别芯片，使油井增产增注装置能够识别原装的超声换能器，避免因使用非指定的超声换能器造成的增油效果下降及油井增产增注装置损坏的问题发生。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种具有超声换能器识别功能的油井增产增注装置，其特征在于：包括地面系统和井下系统，所述地面系统通过复合电力电缆与所述井下系统连接；
所述的地面系统包括车辆、控制器、设置在所述车辆内的电缆缠绕器和变向滑轮，所述复合电力电缆缠绕在所述电缆缠绕器上，且所述复合电力电缆的一端与所述控制器连接，另一端绕过所述变向滑轮后通过电缆马笼头与所述井下系统连接；
所述井下系统包括壳体的超声换能器，所述超声换能器设置于所述壳体内，且所述超声换能器上设有识别芯片，所述识别芯片与所述控制器连接，用于向所述控制器发送识别码，所述控制器根据所述识别码控制所述超声换能器的开闭状态。
2.根据权利要求1所述的油井增产增注装置，其特征在于：还设有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的动端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第一不动端与所述识别芯片的输入端连接，所述识别芯片的输出端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第二不动端与所述超声换能器连接。
3.根据权利要求1所述的油井增产增注装置，其特征在于：还包括数据采集器，所述数据采集器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均与所述控制器连接，用于将所述超声换能器的温度、电流和电压数据传输给所述控制器。
4.根据权利要求1所述的油井增产增注装置，其特征在于，所述超声换能器包括：
压电陶瓷环，以及分别设置在所述压电陶瓷环内外两侧的内侧银层和外侧银层；
所述压电陶瓷环设置在所述壳体内，且所述外侧银层紧贴所述壳体设置。
5.根据权利要求4所述的油井增产增注装置，其特征在于：还包括内导电环，所述内导电环为开放式环状结构，且所述内导电环的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，在圆周方向上所述内导电环覆盖并紧贴所述压电陶瓷环的内侧银层。
6.根据权利要求1所述的油井增产增注装置，其特征在于：所述变向滑轮通过悬挂杆固定在所述车辆内部，其中，所述变向滑轮固定在所述悬挂杆的一端，所述悬挂杆的另一端铰接固定在所述车辆内部，转动所述悬挂杆能够使所述变向滑轮伸出所述车辆外部。
7.根据权利要求1所述的油井增产增注装置，其特征在于：所述电缆缠绕器下方设有用于固定所述井下系统的固定装置，所述固定装置包括至少两个平行间隔设置的U型卡环。
8.一种油井增产增注装置识别其超声换能器的方法，其特征在于：在油井增产增注装置启动时，控制器向识别芯片发出第一使能信号，所述识别芯片向所述控制器发送识别码，控制器将识别码与数据库进行匹配；
当匹配结果满足预设条件时，所述控制器向超声换能器发出第二使能信号，所述超声换能器正常工作；
同时所述控制器将该识别码的匹配记录储存在数据库；
当匹配结果不满足预设条件时，所述控制器发出声音或者方字提醒，同时再次向所述识别芯片发出第一使能信号，对识别码进行再次匹配；
当匹配结果仍然不满足预设条件时，所述控制器第三次向所述识别芯片发出第一使能信号，对识别码进行第三次匹配；
所述控制器对识别码进行三次识别，匹配结果还是不满足预设条件时，所述控制器进入锁定状态。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述控制器与所述超声换能器之间设有单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的动端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第一不动端与所述识别芯片的输入端连接，所述识别芯片的输出端通过所述复合电力电缆与所述控制器连接，所述单刀双掷开关的第二不动端与所述超声换能器连接；
当所述控制器发出第一使能信号后，所述单刀双掷开关的第一不动端为通电端，所述识别芯片向所述控制器发送识别码；
所述控制器将识别码与数据库进行匹配，当匹配结果满足预设条件时，单刀双掷开关的第二不动端为通电端，所述超声换能器正常工作。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述预设条件为识别码能够与所述数据库匹配成功，且所述识别码与所述数据库为第一次成功匹配。
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