一种带定位功能的超声波处理装置的制作方法

1.本发明涉及采油工具技术领域，特别涉及一种带定功位功能的超声波处理装置，用于井下定位和超声波解堵。


背景技术：

2.油田开发的中后期阶段，近井地带污染已成为一个普遍的问题。超声波解堵技术作为一项低成本的物理增产技术，措施有效率高，工艺简单，施工周期短，成本低，见效快，增产效果明显，不会使油层产生二次污染等特点，很好的弥补了压裂、酸化等措施的不足。
3.通常超声波井下装置包括马龙头、专用电缆、电磁定位、匹配器和超声波换能器，在作业过程中需要通过电磁定位确定换能器下放位置，然后用超声波换能器处理对应油层。
4.正常超声波解堵增油的作业过程是这样的，首先下放磁定位系统确定井下需要超声波作业的位置，做好标记，然后取出磁定位，更换超声波换能器，下放换能器到标记位置开始超声波作业。作业一次，需要两次下井，不但费时费力，而且精度较差，影响施工质量。
5.现有的一种用于油田油井解堵增油装置，井下系统主要包括马龙头、传输复合电缆、数据采集系统、换能匹配器和超声波发声器，如专利：一种油田增油装置（专利号：cn103953322a），工作原理是先用磁定位器确定层位取出，然后依次接好马龙头、数据采集系统、换能匹配器和超声波发射器，通过传输复合电缆连接地面系统，井下设备下井，到达目的层位开始超声波处理作业。存在问题：1）传输复合电缆需要多股隔离，成本较高；2）数据采集系统虽然解决实时跟踪问题，但过于繁复，同样提高了制造成本；3）虽然使用同一根电缆，但定位和超声波作业需要分别下井，一次施工两次下井，起下一次最少需要3小时，浪费作业时间；4）在多层位油井施工时，超声波作业只能依据前期定位记录确定层位，影响施工质量。
6.现有的《一种用于井下超声波的存储磁定位装置》，内设熔断保险管，测试结束后，利用超声波发生器的高压脉冲熔断保险管，断开定位测试探头，超声波发生器开始工作。存在问题：1）虽然测试探头被开路保护，但由于超声波发生器是高压脉冲信号，仍然有损坏测试电路的可能；2）井下定位装置电路及结构复杂，只需要校深定位时可以简化设计；3）采用磁定位换能器一体化井下作业装置，虽然提高了超声波增油作业的施工效率，但是，由于采用熔断装置，不能多次定位，只能先定位，做好记录，再依次超声波作业；4）电缆张力变化将影响井斜较大井和多层油井施工的精度。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术中井下超声解堵技术中存在的问题，提供一种可以一次下井多次定位和解堵的带定位功能的超声波处理装置，以简化下井解堵装置的结构，降低设备成本，提高井下超声作业的施工效率。
8.本发明的目的是这样实现的，一种带定位功能的超声波处理装置，包括设置于井
上通过转换开关交替切换电连接的井深定位仪和超声波发生器，所述转换开关的另一侧电连接有延伸至井下的专用电缆，所述专用电缆的另一端经马龙头连接有定位匹配一体化装置，所述定位匹配一体化装置另一端电连接有超声波换能器，其特征在于，所述定位匹配一体化装置包括并联连接的磁定位电路和匹配电路，所述磁定位电路和匹配电路之间设有隔离电路，所述隔离电路通过门坎电压限定作用隔离磁定位电路工作时与匹配电路之间的信号；所述匹配电路用于与超声波换能器的工作电路产生高频谐振以驱动超声波换能器实现超声波解堵作业。
9.本发明的带定位功能的超声波处理装置，在井上通过转换开关的切换，根据需要可以连接井深定位仪，与井下的磁定位电路连接，确定需要超声波作业的位置，然后再将转换开关切换至超声波发生器，进行井下超声波作业，作业信号和电力传输两种功能分别通过专用电缆的专用线路实现井上井下的传输，当一层超声作业结束后，再通过切换转换开关连接井深定位仪和超声波发生器进行下一层的磁定位和超声波作业操作，实现一趟下井多次定位和超声波作业。本发明中的定位匹配一体化装置中，集成设置磁定位电路和匹配电路，与井上电路切换连接，并且磁定位电路和匹配电路之间设置隔离电路，以隔离磁定位电路的脉冲信号和匹配电路的动力信号之间的互扰，从而防止两者电路的相互影响。
10.进一步的，所述隔离电路与匹配电路串联后与磁定位电路并联，所述隔离电路内设有反向并联连接的二极管电路，隔离电路的门坎电压为0.7～1.0v。隔离电路与匹配电路串联，测深定位系统工作时，阻断定位反馈电流信号的进入匹配电路，而影响地面系统的接收。
11.进一步的，所述磁定位电路包括同极相对安装的两个永磁铁芯及永磁铁芯之间采用多匝细线绕制的定位线圈，以便于通直流阻交流，所述定位线圈的直流电阻值大于1kω。本发明的磁定位电路中，采用的永磁铁芯，可提高交流阻抗，达到通直流阻交流的目的，在特定的频率范围内通过的电流小于50ma,对并联电路的低阻抗大电流电路影响可以忽略不计。
12.进一步地，所述匹配电路包括软磁铁芯，所述软磁铁芯外周配合套装有匹配骨架及采用粗线少匝绕制的匹配线圈，所述匹配线圈的直流电阻小于0.3ω。设计匹配线圈直流电阻小于0.3ω，采用相对粗线少匝绕制，软磁铁心为了提高电感量，同时，在交流电路中阻抗远远小于磁定位线圈阻抗，使匹配电路不受磁定位线圈影响。
13.进一步地，所述定位匹配一体化装置还包括外筒，所述外筒内依次安装电路板、磁定位电路和匹配电路，所述外筒一端通过密封接头与马龙头连接，另一端与超声换能器电连接，所述隔离电路设置于电路板上，所述电路板与磁定位电路和匹配电路电连接。
14.为便于定位匹配一体化装置在井下的安装连接，所述外筒靠近马龙头一侧的内周设有电器仓，所述电器仓内安装所述电路板，所述电器仓外端对应的外筒端部设有用于与马龙头连接的密封接头，所述密封接头内设有用于电连接的插孔，所述电路板的引线端部设有与插孔配合的连接接头。
15.进一步地，所述磁定位线圈对应的外筒内周固定设有内定位套，所述内定位套靠近电器仓的一端一体设有底盖，所述内定位套的另一端内侧盖装有内套压盖，所述内定位套的中心固定有便于穿线的空心骨架轴，所述磁定位线圈的绕线部位对应的空心骨架轴的位置设有用于绕线的定位骨架，所述永磁铁芯固定套装于定位骨架两侧的空心骨架轴上，
靠近内套压盖一侧的永磁铁芯外侧抵设有导磁垫圈。
16.为便于匹配线圈的安装连接，所述空心骨架轴一端伸出底盖外侧，另一端伸出内套压盖外侧，并且伸出内套压盖外侧的空心骨架轴的伸出端套装所述软磁铁芯，所述软磁铁芯的外周套装所述匹配骨架，所述匹配线圈绕设于匹配骨架外周，所述匹配骨架外侧对应的空心骨架轴的外端固定有压紧板，并且空心骨架轴的两端分别通过压紧螺母紧固压靠空心骨架轴上安装的各部件。
17.为便于定位匹配一体化装置与超声换能器的连接，所述外筒靠近超声波换能器端部的内侧螺纹旋接有转接头，所述转接头中心设有中心孔，所述中心孔内设有用于电气连接的母接头，所述母接头的中心穿设有与超声波换能器电气连接的线缆，线缆与母接头之间设有绝缘部件和用于即插连接的电芯母头。
18.进一步的，所述内套压盖与内定位套的周部通过若干径向螺钉固定安装。
附图说明
19.图1为本发明的带定位功能的超声波处理装置的电路原理图。
20.图2为本发明的带定位功能的超声波处理装置中的定位匹配一体化装置的结构示意图。
21.其中，1超声波发生器；2井深定位仪；3转换开关；4专用电缆；5马龙头；6磁定位电路；601定位线圈；602永磁铁芯；603定位骨架；7匹配电路；701匹配线圈；702匹配骨架；703软磁铁芯；8隔离电路；9超声波换能器；10定位匹配一体化装置；11电路板；12电器仓；13外筒；14内定位套；15导磁垫圈；16内套压盖；17压紧板；18转接头；19母接头；20密封接头；21密封圈；22紧固螺母；23空心骨架轴；24径向螺钉；25紧固螺母；26密封圈；27绝缘部件；28电芯接头。
具体实施方式
22.实施例1如图1和图2所示为本发明的定位功能的超声波处理装置，包括设置于井上通过转换开关3交替切换电连接的井深定位仪2和超声波发生器1，转换开关3的另一侧电连接有延伸至井下的专用电缆4，专用电缆4的另一端经马龙头5连接有定位匹配一体化装置10，定位匹配一体化装置10另一端电连接有超声波换能器9，定位匹配一体化装置10包括并联连接的磁定位电路6和匹配电路7，磁定位电路6和匹配电路7之间设有隔离电路8用于隔离两电路之间的信号干扰，隔离电路8通过门坎电压限定作用，隔离磁定位电路6工作时，信号分流到匹配电路7，影响对磁定位信号的地面接收灵敏度。本实施例中的隔离电路8与匹配电路7串联后与磁定位电路6并联，隔离电路8内设有反向并联连接的二极管电路，隔离电路8的门坎电压为0.7～1.0v；匹配电路7用于与超声波换能器9的工作电路产生高频谐振以驱动超声波换能器实现超声波解堵。
23.为便于合理设置磁电定位6电路，本实施例的磁定位电路6包括同极相对安装的两个永磁铁芯602及永磁铁芯602之间采用多匝细线绕制的定位线圈601，以便于实现定位和通直流阻交流的功能，定位线圈的直流电阻值大于1kω。磁定位电路6中，采用的永磁铁芯602，可提高高频交流阻抗，达到通直流阻交流的目的，在特定的频率范围内通过的电流小
于50ma,对并联电路的低阻抗大电流电路影响可以忽略不计。
24.本实施例的匹配电路7包括软磁铁芯703，软磁铁芯703外周配合套装有匹配骨架703及采用粗线少匝绕制的匹配线圈701，匹配线圈701的直流电阻小于0.3ω。匹配线圈701直流电阻小于0.3ω，并采用相对粗线少匝绕制，并采用软磁铁心进一步提高电感量，在高频交流匹配电路中阻抗远远小于磁定位线圈的阻抗，使匹配电路7不受磁定位电路6的影响。
25.为便于定位匹配一休化装置10的井下安装连接，本实施例的定位匹配一体化装置10还包括外筒13，外筒13内依次安装电路板11、磁定位电路6和匹配电路7，外筒13一端设有与马龙头5电连接公接头20，另一端设有与超声换能器9电连接的母接头19，隔离电路8设置于电路板11上，电路板11与磁定位电路6和匹配电路7电连接。
26.为便于定位匹配一体化装置10与马龙头5的连接，外筒13靠近马龙头5一侧的内周设有电器仓12，该电器仓12内安装电路板11，电器仓12外端对应的外筒13端部设有用于与马龙头5连接的密封接头20，该密封接头20内设有用于电连接的插孔，电路板11的引线端部设有与插孔配合的连接接头，为确保密封接头20与外筒的马龙头的密封连接，在密封接头20与马龙头及密封接头20与外筒13的旋接部位均匀配合设置密封圈21。
27.为便于在外筒13内安装磁定位电路6的各部件，定位线圈601对应的外筒13内周固定设有内定位套14，内定位套14靠近电器仓12的一端一体设有底盖，内定位套14的另一端内侧盖装有内套压盖16，并且内套压盖16与内定位套14的周部通过若干径向螺钉24固定安装；内定位套14的中心固定有便于穿线的空心骨架轴23，定位线圈601的绕线部位对应的空心骨架轴23的位置设有用于绕线的定位骨架603，永磁铁芯602固定套装于定位骨架603两侧的空心骨架轴23上，靠近内套压盖16一侧的永磁铁芯602外侧抵设有导磁垫圈15。空心骨架轴23的空心结构，便于穿设容纳磁定位电路的匹配电路的连接线路，也便于装置的拆装连接。
28.为便于匹配电路7各部件的的安装连接，空心骨架轴23一端伸出伸出内套压盖16外侧，进一步伸出压紧板17外侧，并且伸出内套压盖16外侧的空心骨架轴23的伸出端套装软磁铁芯703，软磁铁芯703的外周套装匹配骨架702，匹配线圈701绕设于匹配骨架702的外周，匹配骨架702外侧对应的空心骨架轴23的外端固定有压紧板17，并且空心骨架轴23的两端分别通过压紧螺母22和压紧螺母25紧固压靠空心骨架轴23上安装的各部件。
29.为便于定位匹配一体化装置10的另一端与超声换能器9的连接，外筒13靠近超声波换能器9端部的内侧螺纹旋接有转接头18，转接头18中心设有中心孔，中心孔内设有用于密封旋接有母接头19，母接头19的中心穿设有与超声波换能器9电气连接的线缆，线缆与母接头19之间设有绝缘部件27和用于即插连接的电芯接头28，为确保接头连接部的密封，转接头18与外筒之间及转接头18与母接头19之间的旋接部位均配合设置密封圈26。
30.本发明的带定位功能的超声波处理装置，地面电路通过转换开关3切换设计，能够满足磁定位系统和超声波解堵系统的转换要求；隔离电路8的设计，确保定位线圈601产生的信号有效传输到地面井深定位仪2；定位线圈601和匹配线圈701绕组设计，确保两套系统工作时相互不影响，在超声波高频电路工作时，定位系统的阻抗不会影响匹配电路；接头连接设计，保证连接可靠，井下电气连接部件的绝缘密封设置满足井下压力要求，并利用电器器件的性能，隔离不同的电气工作状态。首先系统工作在较低的电压状态，查找需要做超声
波的层位，完成定位功能，然后，在不需要更换下井设备的情况下，地面系统直接切换到较高电压的超声波设备工作。同时，井下的磁定位系统和超声波换能器的工作部件无需反复交替提出地面，通过地面的切抽象操作可以反复切换，提高地层定位精度，增加超声波解堵作业的有效率。
31.实施例2本实施例详细说明实施例1的定位功能的超声波处理装置的井下施工作业过程。
32.进行井下施工时，按图1和图2组装连接装置各部件，检查正常后放入井口，转换开关3打到井深定位仪2，控制绞车下放速度，井下定位系统每经过一个套管接箍，在地面井深定位仪2的显示屏显示一个强的脉冲信号反馈。因井下磁定位系统由定位线圈601和永磁铁芯602组成，当仪器井下在井中移动经过套管接箍时，由于接箍处套管加厚，改变了定位线圈601周围磁场的分布，使穿过线圈的磁通量变化而产生感应电动势，在闭合线圈回路中产生电流反馈，地面井深定位仪2通过转换开关3、专用电缆4和马龙头5检测到电流变化的反馈，可以检测到井下仪器经过的套管数量并确定油井的深度；由于隔离电路8中设置的门槛电压起到了隔离作用，不会和匹配电路的换能电路形成回路而影响地面系统检测。
33.超声波换能器工作实施过程，如图1和图2所示：井深定位系统确定好井深后，关闭井深定位仪2的电源，地面转换开关3切换到超声波发生器1电路，打开超声波系统电源，启动超声波发生器1，电源输出信号通过转换开关3、专用电缆4、马龙头5和隔离电路8输送到井下超声波换能器9及匹配电路7。由于井深定位电路的高阻抗作用，在高频工作时相当于开路，忽略其对超声波作用的影响。因此，在井下匹配线圈701只和超声波换能器电路有关，通过调节地面参数，当匹配电路7和超声波换能器9的电路发生谐振时，超声波换能器9得到较大的工作电流，达到较高的发射功率，对油层产生较强的处理作用，实施油层解堵。
34.当一个油层超声波处理结束后，地面转换开关3切换到井深定位仪2，精确定位好下一个要处理的层位，转换开关3再切换到超声波发生器1进行超声波作业，如此往复，直到完成该井所有需要的超声波作业，提出井下设备。实现一趟下井多次多层位进行井下定位和超声波作业。