CN1124319A - 油井无线传输压力温度参数声波检测装置 - Google Patents

Abstract

一种油井无线传输压力温度参数声波检测装置，是由压力传感器、温度传感器、声发射换能器及相应的井下发射电路构成的井下发射装置和由声接收换能器、选频前置放大器、锁相放大器和显示器等构成的井上接收装置组成。其特征是利用低频声波段和以油管作为声传输信息通道的方法，及专门设计成带锥顶角θ的声发射换能器和接收换能器，获得高效率的电—声—电的能量转换，实现无电缆传输，可随时监测井底诸参数，安装使用方便，大量节省资财。

Description

油井无线传输压力温度参数声波检测装置

一种涉及利用声传输检测油井井下参数(井温、井压)的油井无线传输压力温度参数的声波检测装置。

已有井温、井压等参数的观测方法甚多，但从井下向地面传输信号参量的方法均采用专门敷设的电缆的有线传输。这就必须将电缆及所需参数的相应传感器穿过油管与围管之间的间隙，送入井下，井下诸传感器获得的信号再通过该敷设的电缆输送到地面的接收装置。鉴于大多数油井围管与油管之间隙较小，且油井深达数千米以上，因此往往需停产将电缆放到井底，加上一年内又要进行多次测试，因而费时费力耗资巨大，影响采油量。而上述这些测井参数设备多数还需进口，价格昂贵，耗费大量外汇。

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种及时准确了解井下压力温度，以方便对井况做出正确判断的油井无线传输相关参数的检测装置和方法。

本发明是这样实施的：通过井下设置的传感器将压力、温度参数编码成声信号，经专门设计的声发射换能器及相应的发射电路构成的井下发射装置，以油管本身作为信号传输通道送至井口处，由声接收换能器等组成的井上接收装置，经译码后实时获得井下有关参数。具体在油管下端设置发射装置，发射一定频率的电信号供给声发射换能器，利用其产生的压电效应将电信号转换成相同频率的声信号，该声信号沿油管向上传播，在油管的另一端(井口)安装声接收换能器，将从油管中接收到的声信号通过反压电效应，转换成同一频率的电信号，再由相应的接收电路构成的井上接收装置放大、显示和记录。温度传感亦然。

下面结合附图详细给出本发明的具体实施例。

图1声发射(接收)换能器剖面结构示意图。

图2本发明总体结构示意图

图3井下发射装置电原理方框图

图4井上接收装置电原理方框图

其中：1.压力传感器；2.压—频变换器；3.温—频变换器；4.温度传感器；5.电源；6.晶振及分频器；7.发射控制电路；8.周期分频器；9.温—压转换器；10.电子开关电路；11.开机控制电路；12.定时器电路；13.关机控制电路；14.波形变换电路；15.电压放大电路；16.功率放大电路；17.声发射换能器；18.声接收换能器；19.选频前置放大器；20.锁相放大器；21.记录器；22.显示器；23.井上接收装置；24.油管；25.围管；26.井下发射装置；27.油层；28.筛管； 29.外壳；30.外螺纹；31.前盖板；32.压电陶瓷圆片堆；33.予应力螺杆；34.电极圆片；35.后负载体。

如图2所示，本装置由包括压力传感器1、温度传感器4、声发射换能器17及相应的发射电路构成的井下发射装置26和包括声接收换能器18，先后与之连接的选频前置放大器19，锁相放大器20和记录器21及显示器22构成的井上接收装置23两大部分组成。其中上述井上接收装置23中的声接收换能器18的前盖板之前端面用螺栓与井口处油管内侧面固定在一起。其电输出信号与选频前置放大器19相连，之后与锁相放大器20及显示器22和记录器21相连。上述井下发射装置26，密封在金属壳体内并用外螺纹30固定在筛管28下端，使其内的声发射换能器17前盖板的前端面跟筛管28内侧面固定为—体。该声发射换能器17作为井下发射电路的负载与功率放大电路16和电压放大电路15相连。而感受端的压力传感器1和温度传感器4，当井下的压力(或温度)变化时输出的模拟信号分别经压—频变换器2和温—频变换器3转换成相应的数字信号频率施加在温—压转换器9上，该温压转换器9受控于定时器电路12，开、关机控制电路11、13，电子开关电路10及周期分频器8，发射控制电路7，使压力—温度信号按要求轮番转换和发射，当压力温度参数皆发射完毕之后，自动关闭电源，使整个装置处于待命状态。该状态耗电10μA，发射时耗电400mA左右。技术上保证根据压力(或温度)分频后的数字信号，控制由晶振及分频器8，波形转换电路14，电压放大电路15和功率放大电路16构成的换能器电路，即该电路为声发射换能器提供频率稳定、发射占空比受压力(或温度)控制的载频声脉冲使声发射换能器17按所检测压力(或温度)的周期向地面发射与之相应的声信号。以油管为传输媒质向地面发射。为使发射频率稳定，可以采用晶振电路，晶振分频后得到最佳传输频带，以提高声发射换能器17的电—声转换效率。上述压力传感器1可采用张弦传感器，温度传感器4为热敏电阻。电源5则采用高容量高温锂电池。应该强调整个井下发射装置26在井下的耐温、耐压及密封性能相当重要，除了压敏传感器1的敏感头外其它皆密封在金属外壳29内。

本装置实现电—声转换的声发射换能器17和声—电转换的声接收换能器18在结构上类似的，其尺寸不同。作为示例如图1所示，声发射换能器17的驱动元件是由多只并联压电陶瓷圆片堆迭成，并凭借予应力螺杆33将柱状后负载体35和带有圆锥孔的圆台状前盖板31，把压电陶瓷圆片堆32固定在其间成—体。在电路上与功率放大电路16相连，并应用于几千周以下的声低频波段。本装置采用八只锆钛酸铅压电陶瓷圆片，片间用导电胶粘结吻合的电极圆片34是用康铜片制成的圆片与供并联连结的突角部。为减少声传输损耗，使声传输能量集中向输油管壁中传输，将前盖板31的前端面设计成圆锥孔状，锥顶角θ在32°～40°范围内(声接收换能器的锥顶角则为θ′≈3θ)，可选用金属材料硬铝制成，上述后负载体35和予应力螺杆33皆选用45#钢制成。

综上所述，本发明提供了一种利用低频声波段和以油管作为声传输信息通道的方法及其相应的井下发射装置和井上接收装置，凭借专门设计的声发射换能器和声接收换能器可获得高效率的电—声—电能量转换，实现了油井压力温度参数的无电缆传输的方便实用的监测。应该指出，声传输信号对不同井深、不同井况，应寻求其最佳声频传输频带，以尽量减少传输信号的衰减，提高监测距离。本装置初步实测已可达2千米，安装使用方便，大量节省资财。

Claims (4)

1.一种油井无线传输压力温度参数声波检测装置，其特征在于它是由包括压力传感器[1]、温度传感器[4]、声发射换能器[17]及相应的发射电路构成的井下发射装置[26]和包括声接收换能器[18]、选频前置放大器[19]、锁相放大器[20]以及记录器[21]、显示器[22]构成的井上接收装置[23]组成，其中

a).除压敏传感器[1]的敏感头外皆密封在金属外壳[29]内的井下发射装置[26]，用外螺纹[30]固定在筛管[28]下端，使其内的声发射换能器[17]前盖板[31]的前端面跟筛管[28]的内侧面固定为一体，作为井下发射电路负载的声发射换能器[17]则与功率放大器[16]和电压放大器相连；

b).井上接收装置[23]中的声接收换能器[18]前盖板之前端面用螺栓与井口处油管[24]内侧面固定一起，其电输出信号与选频前置放大器[19]相连，之后与锁相放大器[20]、记录器[21]和显示器[22]相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于井下发射装置[26]和井上接收装置[23]是利用几千周以下的低频声波段和油管[24]作为声传输信息的通道的方法实现无电缆检测的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述声发射换能器[17]由堆迭的多只并联压电陶瓷圆片[32]，凭借予应力螺杆[33]将后负载体[35]和带有圆锥孔的圆台状前盖板[31]把压电陶瓷圆片堆[32]固定在其间成一体。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于声发射换能器[17]的前盖板[3]的前端面锥顶角在32°～40°之间。

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