CN110886607A - 一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器 - Google Patents

一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，属于石油生产中井下深度测量技术领域，包括管接头、泄压部件、外壳部件、扬声器部件、密封顶盖部件、信号处理装置；管接头通过细牙螺纹与泄压部件联接，泄压部件与外壳部件通过细牙螺纹联接，外壳部件与扬声器部件通过细牙螺纹联接，密封顶盖部件通过细牙螺纹与扬声器部件联接，密封顶盖部件与信号处理装置通过螺栓联接。本发明的优点在于通过油井内部管柱声场的特性，测得油井中液面高度，为油井作业提供相关数据支撑。此外，本发明结构紧凑，抗干扰能力强，能够适应于各种复杂的油井测量环境。

Description

一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器
技术领域
本发明属于石油生产中井下深度测量技术领域，具体涉及利用声波测量生产油井深度探测器。
背景技术
石油是地质勘探的主要对象之一，被称为“工业的血液”，石油化工业是我国国民经济的基础，石油在促进国民经济和社会发展中具有重要地位和作用。随着全球化的加快，我国石油化工业规模实力也在不断的增强，已经跻身于世界石化大国的行列，已经形成了包括石油开采、石油化工、无机化学品、纯碱、氯碱、基本有机原料等石油工业体系。在石油开采过程中，目前主要采用有杆泵进行抽油作业，因而抽油泵在油液中的下沉深度是采油过程中的关键参数。泵下沉深度过小，会影响机械的性能，下沉深度过大，会造成巨大的能源浪费，增加开采成本。同时，液面深度也会随着开采作业而不断动态变化。因此，需要根据实际生产需求，实时掌握油井动液面的准确深度，进而合理安排开采计划，提高生产率。
目前，在已有的油井动液面测量技术中，基于回波法的测量装置都存在脉冲信号能量衰减快，噪声干扰大等缺点，因而在复杂工况下难以对液面深度进行有效测量。为此，提出了一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，能够有效的测量油井动液面深度，并有着较强的抗干扰能力。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器。本发明的技术方案如下：
一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其包括：一套管，还包括与套管通过粗牙螺纹相联接的管接头(1)、管接头(1)的上端通过细牙螺纹与泄压部件(2)连接；泄压部件(2)的上端通过细牙螺纹与外壳部件(3)连接；外壳部件(3)的上端通过细牙螺纹与扬声器部件(4)连接；扬声器部件(4)的上端通过细牙螺纹与密封顶盖部件(5)连接；信号处理装置(6)通过4个沿圆周均匀分布的螺栓与密封顶盖部件(5)连接，管接头(1)用于连接油井套管，泄压部件(2)用于油井套管泄压，扬声器部件(4)用于发出声波信号，密封顶盖部件(5)用于对探测器进行密封与安装信号处理装置，信号处理装置(6)用于生成特定声信号与处理拾音器接收的信号。油井动液面深度探测器通过信号处理装置(6)产生声信号，经功率放大后由扬声器部件(4)发出声波信号，再通过信号处理装置(6)处理拾音器接收到的声波信号，计算得到油井动液面深度。
进一步的，所述外壳部件(3)内表面圆周上均匀分布安装4个软壳卡子(11；12；13；14)，用于将软壳(16)卡住，软壳卡子(11；12；13；14)内安装有拾音器(7、8、9、10)；拾音器(7、8、9、10)包括拾音器信号线(17)和拾音器网罩(15)，拾音器网罩(15)朝套管接头(1)方向。
进一步的，所述拾音器(7、8、9、10)分别安装在外壳部件(3)的内壁底端凸缘对应处的软壳卡子(11；12；13；14)上，四个拾音器部件(7、8、9、10)的管径长度约占外壳部件(3)的内径的1/3。
进一步的，软壳(16)包裹住拾音器信号线(17)和拾音器网罩(15)的4/5部分；软壳(16)竖直部分底端通过过盈配合联接在软壳卡子内，并固定于外壳部件(3)的内壁，软壳(16)竖直部分顶端完全通过外壳部件(3)，分别穿过对应的扬声器外壳小孔(33、34、35、36)，之后拾音器部件(7、8、9、10)的信号线(17)分别与电路板接口(39)上的导电柱对应联接。
进一步的，所述泄压部件(2)包括泄压部件小管口(19)与泄压部件大管口(20)，泄压部件(2)的内部管径过渡采用斜面(1,8)过渡，泄压部件小管口(19)与泄压部件大管口(20)内径之比为0.55，泄压部件(2)中间沿圆周均匀分布四个泄压孔，分别联接第一泄压螺栓(21)、第二泄压螺栓(22)、第三泄压螺栓(23)和空心泄压螺杆(24)，空心泄压螺杆(24)底部有一个圆锥面与泄压锥柱(25)接触，泄压锥柱(25)通过锁紧杆(27)固定在泄压调节盘(28)上，空心泄压螺杆(24)顶部与泄压锥柱(25)通过螺纹联接，锁紧螺帽(26)通过螺纹与空心泄压螺杆(24)连接。
进一步的，所述扬声器部件(4)包扬声器主体(29)、圆环磁石(30)、扬声器主体定位盘(31)及扬声器部件壳体(32)，圆环磁石(30)与扬声器主体(29)之间通过过盈配合紧密连接，连接时扬声器主体(29)竖直朝下，使得扬声器主体(29)发出的声波能够沿着竖直朝下的方向传递，扬声器主体(29)底部有四个定位槽，扬声器主体定位盘(31)上有四个定位柱，连接时扬声器主体定位盘(31)的定位柱对应卡在扬声器主体(29)四个定位槽内，对扬声器主体(29)进行周向定位，扬声器主体定位盘(31)与扬声器部件壳体(32)通过螺纹联接，磁石定位环(37)通过螺纹与扬声器部件壳体(32)连接，磁石定位环(37)与圆环磁石(30)通过磁力联接，从而固定扬声器主体(29)的竖直位置。扬声器主体(29)上的信号线沿着扬声器部件壳体(32)内的凹槽联接到电路板接口上的导电柱上。
进一步的，密封顶盖部件(5)包括密封顶盖泄压螺栓(38)、电路板接口(39)、密封顶盖壳体(40)，密封顶盖壳体(40)与扬声器部件壳体(32)上端通过螺纹联接，电路板接口(39)底端与密封顶盖壳体(40)顶部通过过盈配合连接，电路板接口(39)内外均有导电柱。
进一步的，信号处理装置(6)主要包含第一电路板(47)、第二电路板(48)和第三电路板(49)，第一电路板(47)和第二电路板(48)主要控制扬声器部件发出特定的声波，第三电路板(49)主要是处理四个拾音器(7、8、9、10)接收到的共振声波。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明在泄压阀采用大小管径定比的套管并且大小管口连接斜面光滑过渡，能够有效减少声波信号在传递的过程中的损失量，增强进入油井套管中的声波信号强度。
2、本发明采用四个阵列排布的拾音器对共振声波的采集，避免因干涉效应导致单一拾音器无法采集共振信号情况，同时通过四个拾音器采集信号对共振信号进行增强，提高油井动液面深度探测器的测量范围。
3、本发明将拾音器、扬声器、功率放大模块、信号处理模块安装在套管内部，整体结构紧凑，能够适应于各种复杂的油井测量环境。具有体积小，使用方便，能够实时、在线测量的优点。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例本发明的结构示意图；
图2为本发明外壳部分全剖结构示意图；
图3为本发明外壳部分下视示意图；
图4为本发明拾音器结构示意图；
图5为本发明泄压部分平剖图；
图6为本发明泄压部分示意图；
图7为本发明扬声器爆炸图；
图8为本发明密封顶盖示意图；
图9为本发明顶盖导电盖示意图；
图10为本发明信号处理装置示意图；
图11为本发明信号处理装置爆炸图；
其中，1、套管接头，2、泄压部件，3、外壳部件，4、扬声器部件，5、密封顶盖部件，6、信号处理装置，7、第一拾音器部件，8、第二拾音器部件，9、第三拾音器部件，10、第四拾音器部件，11、第一软壳卡子，12、第二软壳卡子，13、第三软壳卡子，14、第四软壳卡子，15、网罩，16、软壳，17、信号传输线，18、泄压部件内斜面，19、泄压部件小管口，20、泄压部件大管口，21、第一泄压螺栓，22、第二泄压螺栓，23、第三泄压螺栓，24、空心泄压螺杆，25、泄压锥柱，26、锁紧螺帽，27、锁紧杆，28、泄压调节盘，29、扬声器主体，30、圆环磁石，31、扬声器主体定位盘，32、扬声器部件壳体，33、第一软壳孔，34、第二软壳孔，35、第三软壳孔，36、第四软壳孔，37、磁石定位环，38、密封顶盖泄压螺栓，39、电路板接口，40、密封顶盖壳体，39-1和39-2、第一组导电柱，39-3和39-4、第二组导电柱，39-5和39-6，第三组导电柱，39-7和39-8、第四组导电柱，39-9和39-10、第五组导电柱，41、信号处理装置基座，42、信号处理装置外壳，43、信号处理装置基座圆孔，44、第一电路板支撑柱，45、第二电路板支撑柱，46、第三电路板支撑柱，47、第一电路板，48、第二电路板，49、第三电路板。
具体实施方式
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
本发明提供一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，如图1，包括套管接头1、泄压部件2、外壳部件3、扬声器部件4、密封顶盖部件5、信号处理装置6；套管接头1上端与泄压部件2下端通过螺纹联接，泄压部件2的上端与外壳部件3的下端通过螺纹联接，外壳部件3的上端与扬声器部件4的下端通过螺纹联接，扬声器部件4的上端与密封顶盖部件5的下端通过螺纹联接，密封顶盖部件5的上端与信号处理装置6通过四颗M4的螺栓联接。
拾音器部件阵列如图2和图3所示，软壳卡子(11、12、13、14)焊接在外壳部件3的内壁，分别位于在外壳3底端第一、二、三、四凸缘处，并呈沿圆周均匀分布。拾音器部件7联接在外壳部件3的内壁底端凸缘对应处的软壳卡子11上，拾音器部件8联接在外壳部件3的内壁底端第二凸缘高度对应处的软壳卡子12上，拾音器部件9联接在外壳部件3的内壁底端第三凸缘高度对应处的软壳卡子13上，拾音器部件10联接在外壳部件3的内壁底端第四凸缘高度对应处的软壳卡子14上，四个拾音器部件(7、8、9、10)均匀分布在圆周方向，自底往上观察，拾音器(7、8、9、10)呈逆时针排布，四个拾音器部件(7、8、9、10)的网罩均朝管接头方向，四个拾音器部件(7、8、9、10)的管径长度约占外壳部件3的内径的1/3。
拾音器的内部结构和联接方式如图2、图4和图7所示，软壳16包裹住拾音器信号线17和拾音器网罩15的4/5部分；软壳16竖直部分底端通过过盈配合联接在软壳卡子内，并固定于外壳部件3的内壁，软壳16竖直部分顶端完全通过外壳部件3，分别穿过对应的扬声器外壳小孔(33、34、35、36)，之后拾音器部件(7、8、9、10)的信号线17分别与电路板接口39上的导电柱对应联接。
泄压部件结构如图5和图6所示，为了减少声波信号在口径变化过渡阶段的损失，泄压部件2的内部管径过渡采用斜面18(约为45°)过渡，其中大小口径的变化比例满足：泄压部件小管口19与泄压部件大管口20内径之比为0.55，泄压部件2中间沿圆周均匀分布四个泄压孔，分别联接第一泄压螺栓21、第二泄压螺栓22、第三泄压螺栓23和空心泄压螺杆24，空心泄压螺杆24底部有一个圆锥面与泄压锥柱25接触，泄压锥柱25通过锁紧杆27固定在泄压调节盘28上，空心泄压螺杆24顶部与泄压锥柱25通过螺纹联接，锁紧螺帽26通过螺纹与空心泄压螺杆24联接，锁紧螺帽26能够防止泄压锥柱25与空心泄压螺杆24之间完全脱离，导致泄压不可控。泄压时必须先部分松开锁紧螺帽26，然后通过扭转泄压调节盘28，从而调节泄压锥柱25与空心泄压螺杆24之间的高度差，达到控制泄压速度的目的。
扬声器部件示意图如图7所示，圆环磁石30与扬声器主体29之间通过过盈配合紧密联接，联接时扬声器主体29竖直朝下，使得扬声器主体29发出的声波能够沿着竖直朝下的方向传递，扬声器主体29底部有四个定位槽，扬声器主体定位盘31上有四个定位柱，联接时扬声器主体定位盘31的定位柱对应卡在扬声器主体29四个定位槽内，对扬声器主体29进行周向定位，扬声器主体定位盘31与扬声器部件壳体32通过螺纹联接，磁石定位环37通过螺纹与扬声器部件壳体32联接，磁石定位环37与圆环磁石30通过磁力联接，从而固定扬声器主体29的竖直位置。扬声器主体29上的信号线沿着扬声器部件壳体32内的凹槽联接到电路板接口上的39-9和39-10导电柱上。
密封顶盖部件的结构示意图如图8和图9所示，密封顶盖壳体40与扬声器部件壳体32上端通过螺纹联接，电路板接口39底端与密封顶盖壳体40顶部通过过盈配合联接，电路板接口39内外均有导电柱，其中39-9和39-10导电柱组合联接扬声器信号线与第一电路板47、第二电路板48，而39-1和39-2导电柱组合联接拾音器7内信号线与第三电路板49，39-3和39-4导电柱组合联接拾音器8内信号线与第三电路板49，39-5和39-6导电柱组合联接拾音器9内信号线与第三电路板49，39-7和39-8导电柱组合联接拾音器10内信号线与第三电路板49.密封顶盖泄压螺栓38与密封顶盖壳体40通过螺纹联接，松开密封顶盖泄压螺栓38能够达到泄压的目的。
信号处理装置结构示意如图10和图11，信号处理装置基座41与密封顶盖壳体40通过四颗M4螺栓联接，信号处理装置基座内有一圆孔43，电路板接口39上所有导电柱联接的信号线均通过信号处理装置基座圆孔43之后联接对应的电路板，信号处理装置基座41上沿着圆周均匀分布第一电路板支撑柱44、第二电路板支撑柱45、第三电路板支撑柱46，三个电路板支撑柱(44、45、46)上分别在三个相同竖直高度上有同等大小的台阶，且台阶的直径自底向上减小，第一电路板47定位在第一台阶上，第二电路板48定位在第二台阶上，第三电路板49定位在第三台阶上，信号处理装置外壳42与信号处理装置基座41通过四颗M2螺栓联接，第三电路板49分为四个区域(第一区域、第二区域、第三区域和第四区域)进行信号处理，拾音器(7、8、9、10)内的信号线分别联接电路板接口39(39-1和39-2导电柱、39-3和39-4导电柱、39-5和39-6导电柱、39-7和39-8导电柱)，并通过信号处理装置基座圆孔43之后联接到第三电路板49四个区域内，从而使得拾音器部件(7、8、9、10)采集到的信号能够传输到第三电路板49上(第一区域、第二区域、第三区域、第四区域)，由第三电路板49进行信号处理之后再采集。第一电路板47和第二电路板48通过信号线联接，第二电路板48产生驱动信号，第一电路板47对驱动信号进行功率放大，第一电路板信号线通过信号处理装置基座圆孔43之后联接到39-9和39-10导电柱组合，之后信号传递到扬声器上，使扬声器发出声波。
本发明提供一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其具体工作原理如下：
如图1为本发明的结构示意图，通过套管接头1与油井套管相连接。进一步的，由第二电路板48产生特定的声波信号，第一电路板47对声波信号进行功率放大，通过信号线使得扬声器主体29发出声波并沿着油井套管竖直朝下的方向传递。进一步的，由四个拾音器7、8、9、10接收共振声波信号，传输到第三电路板49上第一区域、第二区域、第三区域、第四区域，由第三电路板49进行信号处理之后再采集，经计算得到油井动液面深度。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，包括：一套管，还包括与套管通过粗牙螺纹相联接的管接头(1)、管接头(1)的上端通过细牙螺纹与泄压部件(2)连接；泄压部件(2)的上端通过细牙螺纹与外壳部件(3)连接；外壳部件(3)的上端通过细牙螺纹与扬声器部件(4)连接；扬声器部件(4)的上端通过细牙螺纹与密封顶盖部件(5)连接；信号处理装置(6)通过4个沿圆周均匀分布的螺栓与密封顶盖部件(5)连接，管接头(1)用于连接油井套管，泄压部件(2)用于油井套管泄压，扬声器部件(4)用于发出声波信号，密封顶盖部件(5)用于对探测器进行密封与安装信号处理装置，信号处理装置(6)用于生成特定声信号与处理拾音器接收的信号，油井动液面深度探测器通过信号处理装置(6)产生声信号，经功率放大后由扬声器部件(4)发出声波信号，再通过信号处理装置(6)处理拾音器接收到的声波信号，计算得到油井动液面深度。
2.根据权利要求1所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，所述外壳部件(3)内表面圆周上均匀分布安装4个软壳卡子(11；12；13；14)，用于将软壳(16)卡住，软壳卡子(11；12；13；14)内安装有拾音器(7、8、9、10)；拾音器(7、8、9、10)包括拾音器信号线(17)和拾音器网罩(15)，拾音器网罩(15)朝套管接头(1)方向。
3.根据权利要求2所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，所述拾音器(7、8、9、10)分别安装在外壳部件(3)的内壁底端凸缘对应处的软壳卡子(11；12；13；14)上，四个拾音器部件(7、8、9、10)的管径长度约占外壳部件(3)的内径的1/3。
4.根据权利要求2所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，软壳(16)包裹住拾音器信号线(17)和拾音器网罩(15)的4/5部分；软壳(16)竖直部分底端通过过盈配合联接在软壳卡子内，并固定于外壳部件(3)的内壁，软壳(16)竖直部分顶端完全通过外壳部件(3)，分别穿过对应的扬声器外壳小孔(33、34、35、36)，之后拾音器部件(7、8、9、10)的信号线(17)分别与电路板接口(39)上的导电柱对应联接。
5.根据权利要求1所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，所述泄压部件(2)包括泄压部件小管口(19)与泄压部件大管口(20)，泄压部件(2)的内部管径过渡采用斜面(1,8)过渡，泄压部件小管口(19)与泄压部件大管口(20)内径之比为0.55，泄压部件(2)中间沿圆周均匀分布四个泄压孔，分别联接第一泄压螺栓(21)、第二泄压螺栓(22)、第三泄压螺栓(23)和空心泄压螺杆(24)，空心泄压螺杆(24)底部有一个圆锥面与泄压锥柱(25)接触，泄压锥柱(25)通过锁紧杆(27)固定在泄压调节盘(28)上，空心泄压螺杆(24)顶部与泄压锥柱(25)通过螺纹联接，锁紧螺帽(26)通过螺纹与空心泄压螺杆(24)连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，所述扬声器部件(4)包扬声器主体(29)、圆环磁石(30)、扬声器主体定位盘(31)及扬声器部件壳体(32)，圆环磁石(30)与扬声器主体(29)之间通过过盈配合紧密连接，连接时扬声器主体(29)竖直朝下，使得扬声器主体(29)发出的声波能够沿着竖直朝下的方向传递，扬声器主体(29)底部有四个定位槽，扬声器主体定位盘(31)上有四个定位柱，连接时扬声器主体定位盘(31)的定位柱对应卡在扬声器主体(29)四个定位槽内，对扬声器主体(29)进行周向定位，扬声器主体定位盘(31)与扬声器部件壳体(32)通过螺纹联接，磁石定位环(37)通过螺纹与扬声器部件壳体(32)连接，磁石定位环(37)与圆环磁石(30)通过磁力联接，从而固定扬声器主体(29)的竖直位置。扬声器主体(29)上的信号线沿着扬声器部件壳体(32)内的凹槽联接到电路板接口上的导电柱上。
7.根据权利要求,6所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，密封顶盖部件(5)包括密封顶盖泄压螺栓(38)、电路板接口(39)、密封顶盖壳体(40)，密封顶盖壳体(40)与扬声器部件壳体(32)上端通过螺纹联接，电路板接口(39)底端与密封顶盖壳体(40)顶部通过过盈配合连接，电路板接口(39)内外均有导电柱。
8.根据权利要求2所述的一种基于管柱声场特性的油井动液面深度探测器，其特征在于，信号处理装置(6)主要包含第一电路板(47)、第二电路板(48)和第三电路板(49)，第一电路板(47)和第二电路板(48)主要控制扬声器部件发出特定的声波，第三电路板(49)主要是处理四个拾音器(7、8、9、10)接收到的共振声波。
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