专利名称：注水井超声波流量测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油开采工艺中的测量仪器。
背景技术：
在油田开发中，常采用向地层注水的方法提高油田的采收率，为此就需要进行计量以便掌握和控制向地层注水的多少。目前在注水井上常用的流量测试仪器有涡轮流量计、浮子流量计等。其中涡轮流量计、浮子流量计存在测量精度低，结构复杂，机械故障较多，在现场使用中，测量结果误差较大，经常出现故障，一旦出现故障后维修也比较困难。另外，为了满足一些注水井的低注水量及较高计量精度的要求，不但会使仪器结构更加复杂，使测试成功率进一步降低，在测试方法上多采用集流式，这样就改变了注水井中水流的流型和流态，会出现降低注水量的可能性，导致测试资料与注水井原始状态差别较大，影响这些仪器的推广应用。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、测量准确、使用可靠的注水井超声波流量测试仪。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的，一种注水井超声波流量测试仪，由电缆头、磁定位器、外壳和导锥通过螺纹相联结构成，其特殊之处是，(1)在磁定位器和外壳之间通过螺纹安装有电路筒，在电路筒内装有电路板架和电路板，在电路板上安装的电路由转换电路、放大电路、检波电路、消除干扰电路、整形电路、振荡电路、数据采集电路及输出电路通过导线相连接构成，振荡电路通过发射电路和转换电路相连接，数据采集电路通过导线和转换电路相连接。(2)上换能器、下换能器分别压电陶瓷片构成，安装在外壳内，上下换能器通过导线和电路相连接。
在上述技术解决方案中，其特殊之处在于，(1)转换电路由继电器、三极管、二极管相连接构成，继电器的脚1和电源接点B相连接，脚1、10和二极管D2相连接，脚10和三极管T3的集电极相连接，脚2、脚7相连接后和下换能器相连接，脚4、脚9相连接后和上换能器相连接，三极管T3的基极通过电阻R30和接点M相连接。(2)放大电路由2个放大器相串联，放大器OP1的脚6通过电容C3和放大器OP2的脚3相连接，脚3通过电容C1、电感L1接地，放大器OP2的脚2通过电阻R8和脚6相连接，脚6通过电阻RX、电容C5和检波器脚3相连接。(3)检波电路由检波器构成，其脚6分别和模拟开关芯片的脚13、整形器芯片的脚9相连接，脚7通过电容C7和模拟开关芯片的脚1相连接。(4)消除干扰电路由模拟开关芯片构成，其脚2和整形器芯片的脚5相连接，脚13和整形芯器片的脚9相连接。(5)整形电路由整形器芯片构成，其脚7和振荡器芯片的脚4相连接，脚11和接点G相连接。(6)振荡电路由振荡器芯片构成，其脚3通过电阻R18和三极管T1的基极相连接，脚3还和接点G相连接。(7)发射电路由三极管T1、T2相连接构成，三极管T1的集电极和电源接点A相连，其发射极通过电容C13和三极管T2的基极相连接，三极管T2集电极通过电阻R21和电源接点C连接，集电极还通过电容C14、电感L2和发射极相连接并接地。(8)数据采集电路由单片机MCU构成，其脚1通过电容C15和电源接点D相连接，脚9通过电阻R22和接点G相连接，脚4、脚5通过晶振JZ相连接，脚2和转换接口RS485的脚4相连接。(9)输出电路由转换接口RS485构成，其脚2、脚3相连接后和电源接点D相连接，脚6通过电阻R25和电源接点D相连接，脚7通过电阻R27和脚5连接并接地。
本实用新型的有益效果是，(1)由于在本测试仪中采用了超声波时差法测量流体速度，其测试原理先进，能克服以往注水井测试中的温度、压力、矿化度等因素对测试结果的影响，可提高注入水的计量精度，达到定量解释的目的。(2)由于该测试仪是采用非集流式测试方法，不会破坏注水井中原有的流态和流型的情况下，测量注水井的中心流速，能够真实地反映注水井的吸水情况，并且实现了测试仪一次下井，可进行多层测试的要求。(3)因超声波在液体中传播速度快，而井筒中液体流速慢，导致超声波时间差变化量极其微小，用常规方法难以检测，本测试仪解决了将微小的时间变化量变为可测量的变化量的技术难题。(4)本测试仪结构简单，没有活动部件，不易出现机械故障，测试成功率高。
图1是本实用新型的局部剖面结构示意图。
图2是本实用新型的电路方框图。
图3是本实用新型的电路图。
图4是本实用新型中的电源电路图。
具体实施方式
电缆头1选用现有的电缆头总成，磁定位器2选用现有的磁定位器总成，它们通过螺纹连接在一起。电路板制作如下(1)电源电路由4个稳压器DY构成，稳压器分别选用7818、7812、7805、7812。24V的直流电源通过电阻R31和稳压器DY1的脚1(输入端)相连接，脚1还分别通过电容C31、C32接地，稳压器DY1的脚3(输出端)分别和稳压器GND2、3、4的输入端相联结，它们的输出端A、B、C、D分别作为输出端，分别输出电压12V、12V、18V、5V。稳压器DY1、DY2、DY3的脚3分别通过电容C33、C34、C35接地，DY4的脚3分别通过电容C37、C38接地，各稳压器的脚2接地。
(2)转换电路中，继电器选用TQY-12，三极管T3选用3DK4。继电器的脚1、10和二极管D2相连接，继电器的脚2、脚7相连接后和下换能器8相连接，脚4、脚9相连接和上换能器6相连接，继电器脚10和三极管T3的集电极相连接，构成转换电路。继电器的脚1和电源接点B相连接，脚3和接点E相连接，三极管T3基极通过电阻R30、接点M和单片机MCU的脚14相连接。
(3)放大器OP选用AD8301，选R1、R2、R5、R6值20K，R3、R7值0.5K，R4值10K、R8值8K，RX值10Ω，C1、C3值0.1μ，C2、C4值0.01μ，C5值2200Pf，L1值10微H。放大电路由二个放大器OP1、OP2相串联，放大器OP1的脚2通过电阻R4和脚6相连接，脚2还通过电阻R3、电容C2接地，脚3通过电阻R2接地，并通过电阻R1和电源接点A连接，接点F通过电容C1、电感L1接地，脚4接地，脚7和电源接点A相连，脚6通过电容C3和放大器OP2的脚3相连接。放大器OP2的脚2通过滑动电阻R8和脚6相连接，用滑动电阻R8进行调试，当确定电阻值后，可将其换成固定电阻。放大器OP2的脚2还通过电阻R7、C4接地，脚3通过电阻R5和电源接点A相连，通过电阻R6接地，脚4接地，脚7和电源接点A相连构成放大电路，放大器OP2脚6通过电阻RX、电容C5和检波器JBQ的脚3相连接。
(4)检波器JBQ采用比较器LM111，选R9值5K，R10、R11值50K，R12值10K、C6值100pF、C7值2200pF。比较器LM111的脚1和脚4相连接并接地，脚2通过滑动电阻R11接地，脚2还通过滑动电阻R11、电阻10和电源接点A相连接，脚3分别通过电阻R9、电容C6接地，脚6分别和模拟开关芯片的脚13、整形器芯片的脚9相连接，脚7通过电阻R12和脚8相连接，并和电源接点A相连接，构成检波电路。脚7还通过电容C7和模拟开关芯片的脚1相连接。
(5)模拟开关选用CMOS芯片，R13值5K、C8值100pF。模拟开关的脚1通过电阻R13接地，脚2通过电容C8接地，脚7接地，脚14和电源接点A相连接，构成消除干扰电路。模拟开关芯片的脚2和整形器的脚5相连接，脚13和整形器的脚9相连接。
(6)整形器选用CD4098触发器，R14值2.2K、R15值4K，R14、R15的电阻值可根据实际情况调整，C9值2200pF、C10值0.1μ。整形器的脚1通过电容C9和脚2相连接，脚2通过电阻R14和电源接点A相连，脚3、16、13相互连接在一起后和电源接点A相连，脚14、15通过电容C10连接在一起，脚14通过电阻15和电源接点A相连，脚7通过电容C23接地，脚4、8、12相互连接在一起后接地，构成整形电路。整形器的脚7和振荡器的脚4相连接，脚11通过接点G和振荡器的脚3相连接。
(7)振荡器选用NE555振荡芯片，R16值6.8K、R17值560Ω、R18值1K、C11值0.022μF、C12值0.01μF。振荡芯片的脚1接地，脚2、6相连接后通过电容C11接地，并通过电阻R17和脚7相连接，脚7通过电阻R16和电源接点A相连，电阻R16、R17的值可根据具体情况调整，振荡芯片脚8和电源接点A相连，脚5通过电容C12接地，脚4通过电容C23接地，构成振荡器电路。振荡芯片的脚3通过电阻R18和三极管T1的基极相连接。
(8)发射电路中，三极管T1、T2选用3DK4，R19值1K、R20值2K、R21值10K，C13值910pF、C14值0.47μF、电感L2值95微H。三极管T1的发射极通过电容13和三极管T2的基极相连接，还通过电阻R19接地，其集电极和电源接点A相连，三极管T2基极分别通过电阻R20、二极管D1接地，发射极接地，集电极通过电容C14、可变电感L2接地，集电极通过电阻R21和电源接点C相连接，组成发射电路。接点H和继电器脚8相连接。
(9)数据采集电路中，单片机MCU选用89C2051，选R22、R23值为2K、R24值1K，电容C15值10μF、C16值100pf、C17、C18值30pF、晶振JZ选用12M赫。单片机MCU的脚1通过电容C15和电源接点D相连，脚2和脚3相连接，脚4通过电容C17接地，脚5通过电容C18接地，脚4、脚5还通过晶振JZ相连接，脚9通过电阻R23接地，脚10接地，脚10通过电阻R24和脚1相连接，脚20和电源接点D相连，脚14通过电容C16接地，构成数据采集电路。单片机MCU的脚9通过电阻R24和接点G相连接，脚2和转换接口RS485的脚4相连接。
(10)输出电路中，转换接口选用RS485，R25、R27值3.3K，R26值120Ω，R28、R29值20Ω。转换接口RS485的脚2、3相连接并和电源接点D相连接，脚8和电源接点D相连，脚6通过电阻R25和电源接点D相连接，脚6通过电阻R26和脚7相连接，脚7通过电阻R27和脚5相连接，脚5接地，构成输出电路。转换接口RS485的脚6、脚7分别通过电阻R28、R29和计算机相连接。选电容C19值0.01μF、C20值0.1μF、C21值10μF、C22值47μF，电路接点I、J、K、L分别通过电容C19、C20、C21、C22和电源接点A相连接。
将按电路图制作好的电路板3安装在电路板架4上，将电路板架4固定安装在电路筒5内，电路筒5的上端通过螺纹和磁定位器2相联接，下端通过螺纹和外壳7相联接，外壳7和导锥9通过螺纹连接在一起，它们之间装有密封圈。外壳7上具有纵向槽和通孔，在纵向槽内通过螺纹固定有上换能器6和下换能器8，和换能器相连接的导线通过通孔和电路板相联接，构成本流量测试仪。
将组装完毕的测试仪通过电缆下到井筒的设计位置，接通电源，振荡电路开始工作，其信号分三路输出，一路作为数据采集和换向触发信号，送到数据采集电路中；一路经整形电路消除发射干扰信号；另一路经发射电路与上换能器6共振，在液体中产生超声波。当下换能器8接收到超声波时，产生电压信号，经放大、检波、消除发射干扰、整形后，形成闭环的连续工作方式，由单片机MCU控制继电器交替转换，实现上下换能器6、8双向发射、接收的功能。单片机MCU采集到的数据通过电缆头1传向地面，测试深度由磁定位器2来确定。地面微机对井下传来的数据进行处理，就可以求出流体的流速和流量。
权利要求1.一种注水井超声波流量测试仪，由电缆头(1)、磁定位器(2)、外壳(7)和导锥(9)通过螺纹相联结构成，其特征是，①在磁定位器(2)和外壳(7)之间通过螺纹安装有电路筒(3)，在电路筒(3)内装有电路板架(5)和电路板(4)，在电路板(4)上安装的电路由转换电路、放大电路、检波电路、消除干扰电路、整形电路、振荡电路、数据采集电路及输出电路通过导线相连接构成，振荡电路通过发射电路和转换电路相连接，数据采集电路通过导线和转换电路相连接；②上换能器(6)、下换能器(8)由分别由压电陶瓷片构成，安装在外壳(7)内，上换能器(6)、下换能器(8)通过导线和电路相连接。
2.根据权利要求1所述的注水井超声波流量测试仪，其特征是，①转换电路由继电器、三极管(T3)、二极管(D2)相连接构成，继电器的脚1和电源接点B相连接，脚1、10和二极管(D2)相连接，脚10和三极管(T3)的集电极相连接，脚2、脚7相连接后和下换能器相连接，脚4、脚9和上换能器相连接，三极管(T3)的基极通过电阻(R30)和接点M相连接；②放大电路由2个放大器(OP1、OP2)相串联，放大器(OP1)脚6通过电容(C3)和放大器(OP2)的脚3相连接，脚3通过电容(C1)、电感(L1)接地，放大器(OP2)的脚2通过电阻(R8)和脚6相连接，脚6通过电阻(RX)、电容(C5)和检波器脚3相连接；③检波电路由检波器(JBQ)构成，其脚6分别和模拟开关芯片的脚13、整形器芯片的脚9相连接，脚7通过电容(C7)和模拟开关芯片的脚1相连接；④消除干扰电路由模拟开关芯片构成，其脚2和整形器芯片的脚5相连接，脚13和整形器芯片的脚9相连接；⑤整形电路由整形器芯片构成，其脚7和振荡器芯片的脚4相连接，脚11和接点G相连接；⑥振荡电路由振荡器芯片构成，其脚3通过电阻(R18)和三极管(T1)的基极相连接，脚3还和接点G相连接；⑦发射电路由三极管(T1、T2)相连接构成，三极管(T1)的集电极和电源接点A相连，其发射极通过电容(C13)和三极管(T2)的基极相连接，三极管(T2)集电极通过电阻(R21)和电源接点C连接，集电极还通过电容(C14)、电感(L2)和发射极相连接并接地；⑧数据采集电路由单片机(MCU)构成，其脚1通过电容(C15)和电源接点D相连，脚9通过电阻(R22)和接点G相连接，脚4、脚5通过晶振(JZ)相连接，脚2和转换接口(RS485)的脚4相连接；⑨输出电路由转换接口(RS485)构成，其脚2、脚3相连接后和电源接点D相连接，脚6通过电阻(R25)和电源接点D相连接，脚7通过电阻(R27)和脚5连接并接地。
专利摘要注水井超声波流量测试仪，涉及一种石油开采工艺中的测量仪器。其特征是主要由电缆头、磁定位器、外壳和导锥通过螺纹相联结，在电路板上由转换电路、放大电路、检波电路、消除干扰电路、整形电路、振荡电路、数据采集电路及输出电路通过导线相连接构成，数据采集电路和转换电路相连接，振荡电路通过发射电路和转换电路相连接，输出和计算机相连接，换能器由压电陶瓷片构成。其有益效果是可提高注入水的计量精度，达到定量解释的目的，能够真实地反映注水井的吸水情况，满足多层测试的要求，本测试仪结构简单，没有活动部件，不易出现机械故障，测试成功率高。本测试仪适用于油田注水井的水量计量。
文档编号E21B47/00GK2685835SQ200420007710
公开日2005年3月16日 申请日期2004年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者李钜儒, 韩兴华, 陈成才, 高振涛, 薛淑霞, 王淑琴 申请人:中国石油天然气股份有限公司