一种自适应井下动液面实时监测装置的制作方法

本发明涉及油井动液面深度监测技术领域，尤其涉及一种自适应井下动液面实时监测装置。

背景技术：

在油田开采中，油井动液面数据是一项重要的油井管理基础资料，它直接反映着油井的供油能力，实时了解油井动液面的深度，以便了解油井储层压力和抽油泵的沉没度以及油井是否有溢流、井漏、井涌等状况；并且根据油井动液面的深度变化情况设置抽油泵的沉没度、抽油作业的快慢以及抽油作业的起停，可以减少抽油机空抽时间，提高采油效率。

油井动液面测试的常规方法为声学间接测量法，该常规方法采用的油井动液面测试装置通过在井口利用氮气瓶或空压机作为声源，并与套管连接，向套管中释放高压气体，当高压气体释放到低压气体中时会瞬间膨胀发出声波，并沿油管、套管内的环行空间向下传播，当遇到油管节箍以及井下动液面时发生反射，利用井口声波接收装置通过接收初始声波以及油管节箍以及井下动液面反射回的声波来计算井下动液面的深度。声波的强度由高压气体与井口套管中的气体的气压差决定的，当气压差越大，相应的声波强度越高，由于油井非常深，声波在传播过程中会发生损失，只有足够强的声波经井下动液面反射后才能被接收装置所接收，采用常规方法监测油井动液面时，由于无法探知井口套管中气压的大小及实时变化，通常直接采用较高气压的高压气体通入井口套管中。这种常规的测试方法存在以下问题：

1)由于油井都在野外，作业人员需要携带笨重的设备，工作量大。

2)氮气瓶中的氮气随着使用时间的增长，逐渐消耗，无法长时间连续使用；空压机压缩空气会将空气中的氧气输送到井下套管中，容易导致套管中可燃性气体与氧气混合达到爆炸极限，存在安全隐患。

3)无法自动适应各种套压，特别在井口套管中的气压不稳定时，无法根据井口套管中的气压的实时数值，及时调整释放到套管中高压气体的压力值，导致测试效果不稳定或者根本不能测，并且还造成能源的无效浪费。

4)探测手法单一，只能通过向井口套管中充入高压气体来监测井下动液面的深度。

5)无法实现远程监控。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自适应井下动液面实时监测装置，以解决现有油井动液面测试装置无法持续监测，测试作业人员携带设备量大，作业存在安全隐患的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种自适应井下动液面实时监测装置，包括井口连接装置、监控装置以及气体压缩装置；其中：

所述井口连接装置内部设有一端未封闭的第一腔室，所述井口连接装置上设有分别与所述第一腔室连通的进气接口及出气接口，所述第一腔室能够与井口套管的内部空腔连通；所述监控装置包括微音器以及控制器，所述微音器固定于所述井口连接装置上，且处于所述第一腔室中，所述微音器以及气体压缩装置分别与所述控制器连接；所述气体压缩装置的输出端与所述进气接口连接，输入端与所述出气接口连接，当所述井口连接装置与所述井口套管连接时，所述气体压缩装置能够经所述出气接口从所述第一腔室中抽取气体，并压缩为高压气体，并将高压气体经所述进气接口释放到所述第一腔室。

气体压缩装置输入端通过出气接口从井口套管内抽取气体，并压缩成高压气体，然后通过进气接口将高压气体释放到井口套管内，从而不必单独配置高压气源，也不会将外界的空气输入到井口套管内，解决了现有油井动液面测试装置无法持续监测以及存在安全风险的问题，并降低了测试作业人员携带的设备量，提高了测试效率。

作为优选，所述监控装置还包括固定在所述井口连接装置上并与所述控制器连接的第一压力变送器，所述第一压力变送器用于测试所述第一腔室中气体的压力。

通过设置第一压力变送器，测试井口套管内部气压，并将其转换成电信号传递给控制器，从而可以对井口套管内部气压进行实时监测，并根据井口套管内的实时气压调整气体压缩装置所压缩的气体的压力。

作为优选，所述监控装置还包括与所述控制器连接的第二压力变送器，所述第二压力变送器用于测试所述气体压缩装置所压缩的气体的压力。

通过设置第二压力变送器，测试气体压缩装置所压缩的高压气体的压力，并将其转换成电信号传递给控制器，从而能够对气体压缩装置所压缩的高压气体的压力进行实时监测，精确的控制井口套管内部气压与气体压缩装置所压缩的高压气体的压力差，从而当井口套管内部气压不稳定时，能够实时调整所压缩的高压气体的压力，保证上述压力差的稳定，保证了监测效果的准确性，同时，可以将气体压缩装置所压缩的高压气体的压力控制在最合适的大小，避免压力过高浪费能源。

作为优选，所述气体压缩装置包括第一控制阀、储气室、单向阀以及增压泵，所述进气接口与所述储气室通过所述第一控制阀连接，所述储气室与所述增压泵的输出端通过所述单向阀连接，所述增压泵的输入端通过管道与所述出气接口连接，所述第一控制阀及所述增压泵分别与所述控制器连接，当所述井口连接装置与所述井口套管连接时，所述第一腔室与所述井口套管内部空腔连通，所述增压泵能够经所述出气接口从所述第一腔室中抽取气体，并压缩为高压气体，并将高压气体依次经单向阀、储气室、第一控制阀以及进气接口释放到所述第一腔室。

气体压缩装置通过增压泵从井口套管中抽取气体进行压缩，并将压缩后气体储存在储气室中，然后将压缩后气体通过进气接口释放到井口套管中，发出声波，通过设置单向阀能够防止被压缩进入储气室中的高压气体回流。

作为优选，所述气体压缩装置还包括与所述控制器连接的第二控制阀，所述第二控制阀通过管道与所述储气室连接。

当井口套管中气体压力大于外界大气压力，并且当二者的气压差能够保证当套管中的气体释放到外界大气中时，所产生的声波能够到达井下动液面并能够被反射回来被微音器接收，可以不使用增压泵，进而节省能源消耗。

作为优选，所述气体压缩装置还包括与所述控制器连接的第三控制阀，所述增压泵的输入端通过所述第三控制阀与所述出气接口连接。

作为优选，所述气体压缩装置还包括内部设有第二腔室的外壳，所述外壳与所述井口连接装置连接，所述第一控制阀、储气室，单向阀、第二控制阀、第三控制阀、第一压力变送器以及第二压力变送器均位于所述第二腔室中。

通过外壳对其中的零部件提供保护。

作为优选，所述井口连接装置上设有装卸孔，所述井口连接装置通过所述装卸孔与所述井口套管的阀门出口活动连接。

作为优选，所述增压泵采用摇摆活塞式气泵，所述摇摆活塞式气泵外形尺寸为190mm×63mm×115mm，额定电压为dc24v，额定电流为6a，空载流量为15l/m，最大压力为1.6mpa。

作为优选，所述监控装置还包括显示器，所述显示器与所述控制器连接。

本发明的有益效果：

1)气体压缩装置输入端通过出气接口从井口套管内抽取气体，并压缩成高压气体，然后通过进气接口将高压气体释放到井口套管内，从而不必单独配置高压气源，也不会将外界的空气输入到井口套管内，解决了现有油井动液面测试装置无法持续监测以及存在安全隐患的问题，并降低了测试工作人员的设备携带量，提高了测试效率。

2)通过设置第一压力变送器，对井口套管内部气压进行实时监测，通过设置第二压力变送器，对气体压缩装置所压缩的气体的压力进行实时监测，从而能够精确的控制井口套管内部气压与气体压缩装置所压缩的高压气体的压力差，从而当井口套管内部气压不稳定时，能够实时调整所压缩的高压气体的压力，保证上述压力差的稳定，保证了监测效果的准确性，解决了现有技术中当井口套管压力不稳定时，监测结果不稳定或者不能测并造成能源无效浪费的问题，同时，可以将气体压缩装置所压缩的高压气体的压力控制在最合适的大小，避免因压力过高而浪费能源。

3)当井口套管中气体压力大于外界大气压力，并且当二者的气压差能够保证当套管中的气体释放到外界大气中时，所产生的声波能够到达井下动液面并能够被反射回来被微音器接收，可以不使用增压泵，通过将井口套管中的气体向外界释放，实现对井下动液面的监测，解决了现有技术只能通过向井口套管内充入高压气体进行监测的问题，节省能源消耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自适应井下动液面实时监测装置示意图；

图2是图1所示自适应井下动液面实时监测装置的井口连接装置及气体压缩装置的示意图；

图3是图1所示自适应井下动液面实时监测装置的监控装置及气体压缩装置的连接关系示意图。

图中：

1、井口连接装置；101、第一腔室；102、进气接口；103、出气接口；104、装卸孔；105、井口安装接头；106、安装板；

2、监控装置；201、微音器；202、控制器；2021、微处理器；2022、测控接口；2023、存储电路；2024、通讯模块；2025、rs485通讯接口；203、第一压力变送器；204、第二压力变送器；205、显示器；

3、气体压缩装置；301、第一控制阀；302、储气室；303、单向阀；304、增压泵；305、第二控制阀；306、第三控制阀；307、第二腔室；308、外壳；3081、外筒；3082、尾板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供一种自适应井下动液面实时监测装置，如图1-3所示，该自适应井下动液面实时监测装置包括井口连接装置1、监控装置2以及气体压缩装置3，其中：

井口连接装置1包括井口安装接头105以及安装板106，井口安装接头105的中间设有通孔，井口安装接头105的一端与安装板106连接，井口安装接头105的侧壁上设有装卸孔104，井口安装接头105通过装卸孔104能够实现与井口套管(附图中未示出)的活动连接，井口安装接头105与安装板106构成一端未封闭的第一腔室101，当井口安装接头105连接到井口套管的阀门出口(附图中未示出)上时，第一腔室101与井口套管的内部空腔连通，安装板106上设有出气接口103及进气接口102，出气接口103及进气接口102均与第一腔室101连通。本实施例中，井口安装接头105通过装卸孔104与井口套管的连接，需要用专用工具进行装卸，用专用工具装紧后，赤手或采用通用工具不易拆卸，具有一定防盗功能。

监控装置2包括微音器201、控制器202、显示器205、第一压力变送器203以及第二压力变送器204，控制器202分别与微音器201、控制器202、显示器205、第一压力变送器203以及第二压力变送器204连接，微音器201固定在安装板106上并位于第一腔室101内，用于采集声波信号，并将声波信号转换成电信号传递给控制器202，具体的，微音器201固定在安装板106的正中央，从而能够更好的接收油管节箍(附图中未示出)及井下动液面(附图中未示出)反射回来的声波。第一压力变送器203固定在安装板106上，用来测试第一腔室101中气体的压力，本实施例中，第一压力变送器203采用电动式压力变送器，能够将压力信号转换成电信号并将电信号传送给控制器202。

气体压缩装置3包括第一控制阀301、第二控制阀305、第三控制阀306、储气室302、单向阀303以及增压泵304，其中：第二压力变送器204固定在储气室302上，用来测试储气室302中气体的压力。本实施例中的第二压力变送器204采用电动式压力变送器，能够将压力信号转换成电信号并将电信号传送给控制器202。增压泵304的输入端通过第三控制阀306与出气接口103连接，增压泵304的输出端通过单向阀303与储气室302连接，储气室302通过第一控制阀301与进气接口102连接，储气室302还通过管路与第二控制阀305连接，第一控制阀301、第二控制阀305、第三控制阀306以及增压泵304均与控制器202连接。单向阀303能够保证增压泵304压缩的气体只能从增压泵304的输出端流入储气室302中而不能从储气室302中回流到增压泵304，通过控制器202能够控制增压泵304、第一控制阀301、第二控制阀305以及第三控制阀306的打开与关闭。本实施例中，第一控制阀301、第二控制阀305以及第三控制阀306优选耐高压电磁阀，能够承受较大的气压；储气室302优选内置耐压钢罐，储气容量大于0.8升，以保证有足够储气量；增压泵304优选微型摇摆活塞式气泵，该微型摇摆活塞式气泵额定电压为dc24v，额定电流为6a，空载流量为15l/m，最大压力为1.6mpa，外形尺寸为190mm×63mm×115mm，市面上有售，具有体积小，重量轻，便于携带等优点。

优选的，气体压缩装置3还包括外壳308，所述外壳308包括外筒3081及尾板3082，外筒3081的一端与井口安装接头105连接，另一端与尾板3082连接，外筒3081、井口安装接头105、安装板106以及尾板3082构成第二腔室307，第一压力变送器203、第二压力变送器204、第一控制阀301、第二控制阀305、第三控制阀306、储气室302以及单向阀303均位于第二腔室307中，通过外筒3081、井口安装接头105、尾板3082及安装板106对上述部件进行保护，本实施例中，外筒3081与井口安装接头105采用螺纹连接，并且可以用锁紧销(附图中未示出)锁死，赤手或采用通用工具不易拆卸，具有一定防盗功能。

如图3所示，显示器205与控制器202相连，本实施例中显示器205优选采用触摸led显示屏，控制器202包括微处理器2021、测控接口2022、存储电路2023、通讯模块2024以及rs485通讯接口2025(一种计算机通讯串口，市面上有售)，其中：微处理器2021设置为与存储电路2023、通讯模块2024连接以及测控接口2022连接，测控接口2022分别与微音器201、第一压力变送器203、第二压力变送器204、第一控制阀301、第二控制阀305、第三控制阀306以及增压泵304电连接，通过微音器201接收井口套管内的声波信号经测控接口2022传送给微处理器2021，第一压力变送器203及第二压力变送器204分别将压力信号转换为电信号经测控接口2022传送给微处理器2021，微处理器2021经测控接口2022控制第一控制阀301、第二控制阀305、第三控制阀306以及增压泵304的打开与关闭，本实施例中的微处理器2021优选arm处理器。通讯模块2024与rs485通讯接口2025连接，通过rs485通讯接口2025连接远程终端控制系统(remoteterminalunitrtu)(附图中未示出)能够实现数据远传监控与分析。

本实施例中，控制器202根据微音器201采集的初始声波信号，以及经油管节箍及井下动液面反射回的声波信号能够计算出井下动液面的深度。通过控制器202能够设定额定压力差、设定测试间隔时间以及设定测试模式，额定压力差是指井口套管内气体压力与储气室302中气体的差值需要达到的设定数值，所设定的额定压力差能够保证声波发出后经井下动液面反射，能够被微音器201采集到；测试模式包括内压模式、外压模式或自动模式，在自动模式下，自适应井下动液面监测装置能够根据当前第一压力变送器203所测试的第一腔室101内气体压力的大小结合外界大气压力及所设定的额定压力差，选择即将进行的测试是以内压模式进行测试还是以外压模式进行测试。以自动模式为例，自动模式的具体控制过程如下：

控制器202先根据当前第一压力变送器203所测的井口套管中气体的压力与外界大气压力进行比较，当井口套管中气体压力不小于外界大气压与额定压力差的总和时，控制器202自动控制进入内压模式，控制器202先控制第二控制阀305打开，然后控制第一控制阀301瞬间打开然后关闭，最后控制第二控制阀305关闭，上述过程中，当第一控制阀301打开时，井口套管中的气体瞬间与外界连通，气体由井口套管中向外界大气流动并急速膨胀发声，声波向各个方向传播，微声器先后采集到刚发出的声波，以及油管节箍和井下动液面反射回的声波，并将上述采集到的各个声波信号转换成电信号发送给控制器202，经控制器202记录、处理，计算出井下动液面距离地面的深度，并将所计算出的深度保存并通过显示器205显示出来，控制器202按照所设置的测试时间间隔准备进行下一次测试循环。当井口套管中气体压力小于外界大气压与额定压力差的总和时，控制器202自动控制进入外压模式，控制器202控制第三控制阀306打开，然后控制增压泵304启动，井口套管中的气体经增压泵304抽取并压缩后进入储气室302，控制器202通过第二压力变送器204对储气室302中的气体压力进行实时监测，当储气室302中的气体压力大于井口套管中气体压力与额定压力差的总和时，控制器202控制增压泵304关闭，然后控制第三控制阀306关闭，在测试循环时间到后控制第一控制阀301打开，储气室302与井口套管连通，气体由储气室302中向井口套管中急速膨胀发声，声波向各个方向传播，微声器先后采集到刚发出的声波，以及油管节箍和井下动液面反射回的声波，并将上述采集到的各个声波信号转换成电信号发送给控制器202，控制器202同前一循环一样记录、处理各个声波信号，计算出井下动液面距离地面的深度，将所计算出的深度保存并通过显示器205显示出来，并按照所设置的测试时间间隔准备进行下一次测试循环。

需要注意的是，在内压模式下，第三控制阀306以及增压泵304在整个过程均不打开，通过将井口套管中的气体向外界释放，实现对井下动液面的监测，节省能源消耗，在外压模式下，通过增压泵304从井口套管中抽取气体，并将气体压缩后再释放到井口套管中，可以实现持续监测，在自动模式下，通过第一压力变送器203对井口套管中的气压进行实时探测，根据井口套管中气压的不同选择相应的监测模式，特别当井口套管内气体压力不稳定的时候，可以做出实时调整，并能保证监测结果的准确性。

本实施例中所有的电线接头均采用防爆接头(附图中未示出)，例如，微音器201、显示器205、控制器202、第一压力变送器203、第二压力变送器204、第一控制阀301、增压泵304、第二控制阀305以及第三控制阀306均需要连接外部电源进行供电；控制器202与微音器201、显示器205、第一压力变送器203、第二压力变送器204、第一控制阀301、增压泵304、第二控制阀305以及第三控制阀306均需要电连接，输送电信号，上述所有的电线接头均采用防爆接头，防止产生电火花引爆周围的易燃气体，由于电子器件、外部电源以及两者的连接关系均为现有技术，在此不做赘述。

本实施例通过增压泵304从井口套管中抽取气体，并将气体压缩后再释放到井口套管中，解决了现有技术无法持续监测，测试作业人员携带设备量大的问题，通过设置第一压力变送器203和第二压力变送器204分别对井口套管及储气室302中的气体压力进行实时监测，根据井口套管的实时压力选择相应的监测模式，解决了现有技术面对井口套管压力不稳定的情况监测结果不准确或者无法监测并造成能源无效浪费的问题，通过设置第二控制阀305，当井口套管中压力大于外界大气压力与额定差之和时，能够直接通过将井口套管中的气体向外界释放进行探测，解决了现有技术中只能通过向井口套管中充入高压气体进行探测，造成能源不必要浪费的问题，通过rs485通讯接口2025连接rtu实现数据的远程传输与监控。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。