CN201972693U - 自动连续油井液位检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动连续油井液位检测仪，包括气源、气枪、油管和套管，油管安装在套管内，在每两节油管的接头处有接箍，整个环形空间构成一个截面变化的狭长管道，气枪与环形空间相连接。本实用新型有益的效果是：仪器具有液位连续监测、现场声速解算、数据存储、数据回放等功能。同时，仪器集成多种接口模块，实现了设备的远程控制、数据远程发送和抽油机的智能控制功能。本仪器对于保证石油设备安全运行、提高开采效率、节能降耗等方面具有重要意义，广泛应用于石油工业中试油、采油、修井等各工艺技术领域。

Description

自动连续油井液位检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于电缆卷绕和对倒的机械设备，主要是一种自动连续油井液位检测仪。

背景技术

在油田的开发过程中，连续实时液位动态数据监测，对于分析、解释地层的有关参数，为试油井或采油井的下一步方案制定提供相关指导具有重要作用。针对易喷、易漏储层试油压井期间，可以准确计算出地层压力，在地层流体刚进入井筒时就发现溢流，并控制溢流，降低起、下钻作业期间风险；在修井作业期间，监测液位变化情况，防止井涌、井喷等。采油工艺中，利用油井液位检测仪对油井内液位的准确测量，结合抽油机制能控制，可以为试油抽汲制度或采油过程泵的各种参数的设置提供依据，减少抽汲车的空返降低采油泵的功耗，对提高泵效；有效延长泵的使用寿命等方面都具有重要意义。

通过一种快速、简洁的方法获取井下液面的数据一直是采油工艺的一个重要课题。上世纪80年代，国外提出用发射空炮弹的方法产生的爆炸波作为声源，利用回声定位的原理，实现了在井口完成检测液面技术。此项技术后来被国内引进。但是，空炮弹本身属于火工品，在油井易燃、易爆环境下使用存在一定的安全隐患。同时，利用空炮弹产生的爆炸声源的频谱特性并不完全适于在井内远距离传输，在井内传播的衰减很快，对于液面超过2000m的油井难以探测。

由于油井的结构复杂多变，油井环空内不通畅如被原油、泥浆堵住，井内噪声、混响等因素的影响，使得液位检测存在一些许多不确定性。因此，需要借助图形的方式给用户一个直观的液位信息，传统的热敏纸带打印方式和简单的波形显示都无法得到的效果。不利于异常数据的剔除。

节能、降耗对于目前的低产井具有重要意义。要提高采油效率、降低功耗，必需获取当前井内的工况，根据当前供、采状况，适时调整抽油机的工作制度。传统抽油机的控制器的输入参数是功图数据、温度传感器数据或管道流量数据，这些参数并没有完全准确反映当前井内的供、采关系，而且，它们提供的参数存在一定的滞后，作用有限，节能、降耗的效果并不明显。液位是反映当前井内的供、采关系最为直接的参数，相对其它参数的具有更强的适用性。

实用新型内容

本实用新型的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种自动连续油井液位检测仪。

本实用新型实现目的所采用的技术方案。这种自动连续油井液位检测仪，包括气源、气枪、油管和套管，油管安装在套管内，在每两节油管的接头处有接箍，整个环形空间构成一个截面变化的狭长管道，气枪与环形空间相连接。

作为优选，所述的气枪包括麦克风、连接体、卸压阀、电磁阀、活塞、储气室、转接管、压力表、压力传感器、法兰式插座和连接进气口，气源通过连接进气口、充气通道与储气室相连通，储气室通过由控制发射通道开闭的电磁阀与活塞相连接。低频声源也称气枪本质上是一个电控先导阀，气枪的工作过程包括以下几个步骤：打开充气电磁阀，开始气枪充气，充气5s后关闭充气阀，充气过程结束；设备启动采集程序；打开发射电磁阀，气枪内部由于压差的变化，打开阀体内的移动活塞，高压气体突然释放，形成爆炸波；发射阀在1s后关闭，一次发射结束。

作为优选，检测仪中设置有数据远程传输模块。

本实用新型有益的效果是：本实用新型提供一种可自动激发的油井液位检测仪器，仪器具有液位连续监测、现场声速解算、数据存储、数据回放等功能。同时，仪器集成多种接口模块，实现了设备的远程控制、数据远程发送和抽油机的智能控制功能。本仪器对于保证石油设备安全运行、提高开采效率、节能降耗等方面具有重要意义，广泛应用于石油工业中试油、采油、修井等各工艺技术领域。

附图说明

图1为油井液位仪的现场安装图；

图2为气枪声源的时域波形示意图；

图3为气枪声源的功率谱图；

图4为油井液位检测仪硬件功能框图；

图5为抽油机控制接口处理流程图；

图6为油井液面检测仪设备组成。

图7为气枪声源主视结构示意图；

图8为气枪声源A-A剖视结构示意图。

附图标记：麦克风1，连接体2，卸压阀3，电磁阀4，活塞5，储气室6，转接管7，压力表8，压力传感器9，法兰式插座10，连接进气口11；油管12，套管13，接箍14，环形空间15，气枪16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型包括以下几个方面的内容：针对现在深井液面探测需求，通过发射声源的设计，提高液位检测深度；引进气枪发射的电控技术，实现自动连续液面监测功能；改善设备的人机界面，使得用户能通过显示曲线获得油井液位的直观效果，增加数据远程传输功能，方便用户的数据管理；增加抽油机控制接口及控制流程设计，实现抽油机的智能控制。

3.1气枪声源设计

油井液位仪的声传播环境是油管和套管之间的环形空间，图1是油井液位仪的现场安装图，包括气源、气枪16、油管12和套管13，油管12安装在套管13内，在每两节油管12的接头处有接箍14，整个环形空间15构成一个截面变化的狭长管道，气枪16与环形空间15相连接。声传播通道是图中的环形空间，对声传播通道的建模是声源设计的前提，根据声学理论，可以将油井声场环境类比一个低通滤波器网络。相应，油井环空是一个级联低通声滤波网络，该特性决定了适宜在此空间内远距离传播的必需是低频信号。

理论分析和实际测试效果显示，气枪声源的谱特性和气枪的结构、内部阀门的开启速度、气枪容积的选择、开口大小都有关联。

通过对以上各种要素的综合权衡，我们设计了一款类似先导式的气动阀的气枪声源，阀门分两级开启，第一级开启采用电磁阀控制，第二级由气体推动快速打开相应通道，形成爆炸波。检测结果显示气枪声源级高达110dB，气枪声源谱特性很好地适应了井孔传播环境。图2、3分别为气枪声源的时域波形和功率谱图。

通过以上技术的应用，液位仪声源的有效功率明显增加，探测深度较现有技术有了较大突破。根据现场实采数据分析，在良好井况下，本设备可以检测达5000m深的液位。

另外，在气枪激发方式采用电控技术，实现了气枪的周期激发。气枪的电控发射技术通过两个电磁阀的控制实现，其中一个电磁阀控制气枪的充气，另外一个电磁阀用于气枪的激发。两个电磁阀的配合使用很好地满足了液位仪连续自动测试的需求，自动连续测试的技术的实现为开展油井底层参数估计、石油产量分析、合理制定采油制度提供了有力的技术支撑。

3.2抽油机冲程控制算法

仪器自带抽油机控制接口，可直接与抽油机变频器控制器对接。现有多采用功图仪、流量计等设备的数据对抽油机控制，实际使用中发现以上设备并不能完全真实反映油井供、采关系，特别是不能在液位低于油泵的情况下及时反应。通过液位仪与抽油机的对接，采用油井液位数据控制抽油机的运转可以避免抽油机空采，保证采油设备的安全运行，同时，也可提高抽油机的工作效率。图5是抽油机控制接口处理流程。

3.3良好的人机接口

在自动连续液位检测仪中，本实用新型开发了基于Windows系统的人机界面，界面操作简单，包含现场多种信息，其中图形包括原始波形显示、滤波后的波形显示、接箍波形显示，还包括多种图形放大工具和多参数分析设置。图5为液位仪人机接口主页面。通过以上信息的显示和图形工具设置，为使用者提供了直观的测试结果，可以有效剔除一些因井况不好造成的异常数据。

另外，本仪器还配备数据远程传输模块。远程数据传输方式选用现有的商用移动通信网络，设备内部集成GSM模块，仪器采集、处理完成的结果通过串行口向无线模块发送。设备的启、停、参数设置等均可远程实现，远程控制和数据传送功能极大方便了油井数据的分析和管理，更好地为采油工艺服务。

本实用新型公开了一种利用气枪声源测量油井液位深度的实用仪器，仪器在测深范围、人机接口、控制接口等方面具有较大的优势。液位检测仪组成如图8所示，包括以下几个主要部分：井口装置、电磁阀、微音器、气瓶、减压阀、控制盒、信号处理、显示、控制等。

显示控制界面如图5所示，选择采集方式为“单次采集”或“连续采集”，点击“发射”按钮，启动测量过程。测量过程包括以下步骤：气枪激发、信号采集、信号处理、波形显示、远程数据传输、抽油机控制等一系列过程。下面按顺序对测试步骤详细描述。

步骤一：井口装置如图6所示，所述的气枪16包括麦克风1、连接体2、卸压阀3、电磁阀4、活塞5、储气室6、转接管7、压力表8、压力传感器9、法兰式插座10和连接进气口11，气源通过连接进气口11、充气通道与储气室6相连通，储气室6通过由控制发射通道开闭的电磁阀4与活塞5相连接。它的主要部分是一个气动先导阀，先导阀在电磁阀的控制下激发，产生需要的低频声源，在人机交互界面点击“发射”按钮，显示控制模块向控制盒发出激发气枪的信号，控制模块通过充气电磁阀打开充气通道，外部气体注入气枪声源的储气室图中10，充气时间约3秒，完成对气枪声源充气。充气完成后，控制模块关闭充气通道，通过发射电磁阀图中4触发气枪声源内部的活塞动作，储气室内气体突然向井内释放，形成爆炸波。气枪激发过程结束。

步骤二：在完成气枪激发的同时，控制盒启动数据采集过程，采集任务主要由图4中的采集控制模块完成，采集过程包括：微音器声电转换、信号的限幅保护、信号放大、增益控制、A/D转换等，其中的增益控制可人工设置，增益控制用于减小发射信号的溢出，增加小信号的放大，提高A/D的有效利用位数，A/D转换后的数字信号通过通信口向ARM9工控板输出。

步骤三：信号处理的开发环境为linux系统，硬件环境为以ARM9为CPU的工控板，本模块完成数据的接收、存储和处理，处理结果向PIC单片机回送。信号处理工作包括：低通滤波、发射波提取、带通滤波、节箍波提取、声速计算、液位回波提取等。数据同时存储在可移动的存储介质中，便于数据的回放分析。处理结果向PIC单片机回送。

步骤四：采集数据可以现场显示或通过回放显示，显控界面的操作界面为典型的Windows程序，所有操作通过键盘、鼠标完成。界面包括液位回波和节箍波两幅子图，两幅子图分别位于人机界面的中部和右下部，可以直观显示波形数据，界面配置有图形缩放工具，可以对图形局部放大、缩小。界面设置多项可调参数，用于液位和声速的精确分析。

步骤五：信号处理得到的液位深度通过通信口回送至PIC单片机，在配备GSM模块的情况下，PIC单片机以短信方式通知测试数据管理者，方便油井的远程管理，提高工作效率，节省人力资源。

步骤六：信号处理得到的液位深度通过通信口回送至PIC单片机，根据液位变化速度和泵挂深度控制抽油机的工作机制。以保证电机的安全运行、提高泵效增加产量。抽油机控制流程如图5所示。

现场测试结果：新疆某油井的数据回放，油井液位深度达2687m，经过处理后回波信号信噪比高达19dB。据此推算在当时的井况下，设备检测可达5000m，远高于当前其他设备的探测距离。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种自动连续油井液位检测仪，其特征是：包括气源、气枪(16)、油管(12)和套管(13)，油管(12)安装在套管(13)内，在每两节油管(12)的接头处有接箍(14)，整个环形空间(15)构成一个截面变化的狭长管道，气枪(16)与环形空间(15)相连接。

2.根据权利要求1所述的自动连续油井液位检测仪，其特征是：所述的气枪(16)包括麦克风(1)、连接体(2)、卸压阀(3)、电磁阀(4)、活塞(5)、储气室(6)、转接管(7)、压力表(8)、压力传感器(9)、法兰式插座(10)和连接进气口(11)，气源通过连接进气口(11)、充气通道与储气室(6)相连通，储气室(6)通过由控制发射通道开闭的电磁阀(4)与活塞(5)相连接。

3.根据权利要求1所述的自动连续油井液位检测仪，其特征是：检测仪中设置有数据远程传输模块。

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