一种测量油井动液面的频差式次声波发生器的制作方法

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种测量油井动液面的频差式次声波发生器。

背景技术：

在油田生产过程中，动液面指的是抽油井油套环空液面距离井底的高度，是反应地层供液能力的一个关键指标，成为确定合理沉没度、制定合理工作制度的重要依据。目前测量动液面的方式主要有压力传感器测试、放空炮弹、气动声源测试等。压力传感器测试和放空炮弹方式操作复杂、安全性和可靠性相对较差，而气动声源检测方式频带较宽，声波衰竭严重，还因为包含有超声波和次声波，使得现场工作人员需要多次测量才能得到准确数据，增加了施工成本和作业强度。由于次声波是频率小于20hz的低频声波，具有信号强度稳定、不易衰减的特点，可进行较长距离的传播，可被用来测定油井动液面高度。

目前的次声波发生器主要有五种类型：(1)气爆式次声波发生器：该发生器强度较低，近距离使用才有效，(2)爆弹式次声波发生器：使用时需要控制好云雾团的数量和起爆时间间隔，才能获得所需频率的次声波，(3)管式次声波发生器：需要管子必须足够长才可产生所需频率的次声波，携带及安装极为不便，(4)扬声器式次声波发生器：要产生一定强度的次声波，除要求较高的振幅外，还必须使振动膜面积足够大，其周长大致要与次声波波长相当，

(5)频差式次声波发生器：成本较低、频率可调。

尽管频差式次声波发生器具有一定的优势，但由于无法与现有油井设备配合使用，一直没有用于油井动液面测量中，所以，目前仅有气爆式次声波发生器被用于测量油井动液面，但其需要专用的外部气源进行供气，经压缩后气爆产生次声波，该方式产生的次声波不可控，且不连续，测量结果不够准确。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量油井动液面的频差式次声波发生器，不需要外接电源和气源、具有频率可控、连续且稳定的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种测量油井动液面的频差式次声波发生器，由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，该两部分装置通过换能器下接头相连；所述超声波发射装置包括超声波外筒，在超声波外筒内部的一端设有换能器上接头，所述换能器上接头与超声波换能器一端连接，换能器上接头内部嵌装有传输线，超声波换能器的另一端穿过换能器下接头；所述次声波合成装置包括次声波外筒，次声波外筒一端外接于换能器下接头，另一端的内部设有次声波合成器，所述换能器下接头、次声波外筒和次声波合成器三者形成空腔；所述次声波合成器包括控制单元arm和次声波合成单元fpga，控制单元arm一端配置的地址总线、数据总线和控制总线与次声波合成单元fpga以并行传输方式相连，次声波合成单元fpga的两个输出端分别连有数模转换器ⅰ和数模转换器ⅱ，数模转换器ⅰ和数模转换器ⅱ再分别连有低通滤波器a和低通滤波器b，所述控制单元arm还分别连接有输入模块、输出模块和通信端口。

进一步的，所述空腔内填充有氮气。

相对于现有技术，本发明的先进性及有益效果为：

本发明将传统的单片机改为了控制单元arm，其不仅可实现单片机的所有功能，还留有可编程接口，可进行其它的后续扩展应用，比如通过监测到的动液面高度，自动控制注水量等；由于频差式次声波合成器可连续发射信号产生次声波，所以可对油井动液面进行实时连续监测；本发明还可根据实际需要，对次声波频率进行控制，因而测量结果更加准确；次声波空腔内填充的氮气，可有效避免超声波空化产生的副作用，能够更加精确的控制频率。

附图说明

图1是频差式次声波合成器结构示意图；

图2是次声波合成器的外部电路图；

图中：1、超声波外筒，2、超声波换能器，3、换能器上接头，4、换能器下接头，5、次声波外筒，6、次声波合成器，7、传输线，8、空腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构作详细论述。

如图1所示，一种测量油井动液面的频差式次声波发生器，由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，该两部分装置通过换能器下接头4相连；所述超声波发射装置包括超声波外筒1，在超声波外筒1内部的一端设有换能器上接头3，所述换能器上接头3与超声波换能器2一端连接，换能器上接头3内部嵌装有传输线7，传输线7用于合成器外部控制系统与超声波换能器2之间的通信，超声波换能器2的另一端穿过换能器下接头4；所述次声波合成装置包括次声波外筒5，次声波外筒5一端外接于换能器下接头4，另一端的内部设有次声波合成器6，所述换能器下接头4、次声波外筒5和次声波合成器6三者形成的空腔8内填充有氮气，以减弱超声波空化产生的副作用，能够更加精确的控制频率；

如图2所示，所述次声波合成器6包括控制单元arm和次声波合成单元fpga，控制单元arm一端配置的地址总线、数据总线和控制总线与次声波合成单元fpga以并行传输方式相连，次声波合成单元fpga的两个输出端分别连有数模转换器ⅰ和数模转换器ⅱ，数模转换器ⅰ和数模转换器ⅱ再分别连有低通滤波器a和低通滤波器b，所述控制单元arm还分别连接有输入模块、输出模块和通信端口，所述控制单元arm主要提供数据的显示功能，而次声波合成单元fpga主要用来实现数据的高速采样，通信端口用于信号的无线远程传输。

本发明的工作原理为：首先通过上位机给控制单元arm发出信号，然后控制超声波换能器发出两列超声波，要求该两列超声波为同相、频率差小于20hz的高频正弦波，该两列高频正弦波f1和f2在次声波合成器中生成一列频率小于20hz次声波，再经过滤波处理，得到所需频率的次声波；当用于测量油井动液面时，次声波向井下传播，遇到油套管接箍及动液面时，反射出不同频率的反射波，被ad芯片接收、处理后，最终得到动液面高度。

技术特征：

技术总结
一种测量油井动液面的频差式次声波发生器，由超声波发射装置和次声波合成装置两部分组成，并通过换能器下接头相连；超声波发射装置包括超声波外筒，在外筒内部的一端设有换能器上接头，该上接头内部嵌装有传输线、并与超声波换能器一端连接，超声波换能器的另一端穿过换能器下接头；所述次声波合成装置包括次声波外筒，外筒一端外接于换能器下接头，另一端的内部设有次声波合成器，下接头、次声波外筒和次声波合成器三者形成空腔；次声波合成器包括控制单元ARM，ARM端的地址总线、数据总线和控制总线与次声波合成单元FPGA以并行传输方式相连；本发明预留了可编程接口，可进行其它的后续扩展应用，能够对动液面实时连续监测，可精确控制频率。

技术研发人员：周德胜;杨华;张楠
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：2017.06.30
技术公布日：2017.09.08