专利名称：井下无电缆动态监测信号发射器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电变量测量装置技术领域，涉及一种油气井生产过程中用于井下动态遥控监测的井下无电缆遥测装置信号发射器。
背景技术：
目前全国有几十万口抽油井在生产过程中均存在有各种各样的井下测试问题，其中大约1/3的井按有关规定和需要每年进行诸如温度、压力及流量等井下参数的测量或常年井下动态监测，工作量相当之大。现有技术已为公知的井下动态监测装置包括分别采用双油管法、起泵测压法、临时气举法、绑扎环空电缆监测法、毛细钢管监测法及环空测试法等的常规电缆形式的监测装置。在实际应用中，受结构原理的制约，这些装置相应存在有测量参数少、精度差、操作难度大、现场施工不便、施工费用昂贵以及不利于油井与油田管理等缺陷。随着当今科学技术的发展，抽油井开采技术越来越新颖，而使用电缆的常规测试方法与设备已很难适应现代化油井的生产需要。为此，本领域工程技术人员近年来一直致力于寻找不用电缆的井下测试技术，或者又称为井下无电缆数据传输技术DNTD(Downhole Nonwire TransmittedData)以满足现代抽油井生产的需要。
DNTD的技术设备主要包括地面接收部分和井下信号发射部分，其中井下信号发射部分与井下无电缆信号通道密切相关。就抽油井而言，井内的钢铁介质、地层、岩石和充满井筒的水均可构成井下无电缆信号传输的通道，而这类通道可以借助电场、磁场或声场发挥其作用，特别是声场的用途更为广泛。由于声波在钢铁介质中的传播速度很快(C＝5000m/s)，因此可以用做远距离传输信息，这点已在生产与生活实践中得到证实。存在的问题是虽然声波在同种材质的钢铁介质中传播时，几乎无衰减，但当其遇到不同材料的界面或同种材料的界面时，均将发生声反射和声折射，造成声波信号不同程度的衰减；当利用油管柱推送仪器设备下井后，它们就成为声波信号的传播介质，而油管的接箍虽为同种钢材，是声波信号的良导体，但在接箍的丝扣连接处却将发生多次声反射，这样势必造成声能波量的衰减，影响监测效果。显然，研制可充分利用发射声能量的井下信号发射器应是实现DNTD技术的至关重要的环节。
实用新型内容本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构性能合理、使用方便、有利于井下声波信号远距离传输的井下无电缆动态监测信号发射器。
用于实现上述发明目的的技术解决方案是这样的所提供的井下无电缆动态监测信号发射器是一种利用电榔头(Electrical Hammer)冲击结构以产生合适固有频率声波的信号传输仪器，它具有同轴设置的外壳和电磁动力线圈，在电磁动力线圈内设有可沿线圈轴向运动的发声锤，在动力线圈两端装有固定支撑衔铁。工作中，通过油管柱将该置信号发射器于井下，当电信号加至电磁动力线圈时，设于线圈内的发声锤立即冲击一端的固定支撑衔铁而产生强劲的声波信号，声波信号被耦合至仪器外壳和/或油管柱后，进而再被传输至井口的信号接收仪器，使油田工作人员得以方便并准确地获取井下动态监测资料。
对井下声波信号发射器而言，发射声波的固有频率越高，衰减系数将迅速增加，但固有频率太低又容易遭受环境噪声的干扰(井场噪声干扰背景大约在0.5～1.6KHz之间，以1KHz最为严重)，而若把固有频率定在500Hz以下时，又会使信号发射器的径向尺寸过大，难以下入井中。本实用新型发射声波的固有频率在2KHz左右，该频率的确定可使仪器在井下几何空间允许条件下的声强度值尽可能大，同时亦可使声波的反射系数不致过大，保证其与油管柱具有很好的声耦合特性，有利于井下声波信号不受环境干扰地远距离传送。
与现有技术相比，本实用新型所述井下无电缆动态监测信号发射器的结构性能合理、使用方便、实用性强，该仪器的外型非常小巧，便于携带，一般可利用油井检泵时顺便将它们带下井，从而简化了施工工艺，在井下它们可以每天或随时向地面发送信号，传输井下动态资料，实现井下无电缆地面解读解决了油田工程技术人员长期以来在此技术问题上的迫切需要；如果在油田采油井的数口井内同时安装具有该信号发射器的电子测试设备，就可以通过这些井的井下资料了解到该采油厂或该区块油层的动态变化情况，它对于调整油田开发设计或调整生产措施等都能发挥极重要的作用；此外，相对于常规仪器仅能在井下监测几天或几十天的现状，该信号发射器在井下停留时间可长达一年之久，完全可以满足一个检泵周期内井下动态监测的需要。
本实用新型的实际结构包括适于在垂直井内设置的垂向信号发射器、适于在水平井内设置的轴向信号发射器以及适于在斜井内设置的径向信号发射器三种类型，其中垂向信号发射器为基本型仪器，轴向信号发射器和径向信号发射器是在基本型仪器结构基础上的拓展型仪器。
图1为垂向动态监测信号发射器的结构示意图。
图2为轴向动态监测信号发射器的结构示意图。
图3为径向动态监测信号发射器的结构示意图。
具体实施方式
参见附图，由于垂直井占当今油井总数的绝大多数，故信号发射器的基本型为图1所示的垂向信号发射器。该信号发射器具有沿竖直轴向同轴设置的外壳6和电磁动力线圈3，在电磁动力线圈3内设有可沿竖直向运动的发声锤5，在动力线圈3的上端和下端分别装有顶支撑衔铁1和底支撑衔铁8，顶支撑衔铁1和底支撑衔铁8紧密配合并被压紧在壳体内，以利于声波信号直接耦合至油管柱而达到远距离传输信号的目的。实际工作过程中，当电信号加至电磁动力线圈3，发声锤5在磁场作用下立即冲击顶支撑衔铁1而产生强劲的声信号，当电信号结束后，磁场消失，发声锤5在重力作用下自动返回原位，并等待下次信号的到来。图1中标号2为绝缘套，4为短路环，7为减震垫。
图2所示的动态监测信号发射器主要用于水平井井下测试时发射信息，该信号发射器的电磁动力线圈3的轴线为水平向，在电磁动力线圈3内设有可沿水平向运动的发声锤5，在动力线圈3的左右两端各装有一个固定支撑衔铁1、8；在发射器的一端(左端)设有一个用于使发声锤回归原位的发声锤复位构件，所说的发声锤复位构件具有一个与电磁动力线圈3同轴设置的电磁推力线圈11，在推力线圈11内设有一根可沿水平向运动的推杆12，在推力线圈11的两端各装有一块支撑件10、13，当推力线圈11得电工作后，推杆12杆体可(向右)穿过设在一侧支撑件13和固定支撑衔铁1的内孔推动发声锤5复位。实际结构中，左、右固定支撑衔铁1、8被压紧在壳体内，使它们的声信号直接耦合至油柱管，以利于声信号的远距离传输。该信号发射器在井下测试时处于水平状态。平时发声锤5位于右支撑衔铁8内，当电信号加至动力线圈3时，发声锤5立即冲击左支撑衔铁1而发出声信号；当电信号结束后，发声锤5不能自动返回原位，此时另一个返回电信号加至复位构件中的电磁推力线圈11使推杆12向右移动，推动发声锤5回归原位。图2中标号18为推力衔铁。
除垂直井和水平井外，目前各油田还有一种丛式井，这种井的斜度不大，适于这种斜井的动态监测信号发射器如图3所示，其特征是在仪器外壳内套装有一个筒状内支撑17，在内支撑17中通过上下滚珠轴承14、15连装有一个可沿内支撑17纵向轴转动的衔铁芯壳16，在衔铁芯壳16内沿内支撑17横向轴并行设置有两个绕向相反的在电磁动力线圈3a、3b，在两动力线圈3a、3b的中心通道内设有可沿线圈轴向运动的发声锤5。当图3中的件16、3a、3b、5被安装在轴承14、15之间时，再通过连接孔19的偏芯重块保证发声系统在270°范围内摆动。该信号发射器可保证发声锤5始终处于水平的工作状态，这样，电能量就可以充分地用于发射声能量。当电信号首先加至电磁动力线圈3a时，发声锤5立即向左冲击内支撑17的振动发生壁，内支撑17的材质与几何尺寸可以决定声波信号的固有频率，它产生的声波信号通过上部螺纹丝扣耦合至下井仪器的外壳，再通过油管传输至井口；当电信号加至电磁动力线圈3b时，发声锤5立即向右冲击内支撑17的振动发生壁，产生同样的声波信号。图3中标号20为补芯，21为下支撑，22为引出线连接孔。
权利要求1.一种井下无电缆动态监测信号发射器，其特征在于具有同轴设置的外壳(6)和电磁动力线圈(3)，在电磁动力线圈(3)内设有可沿线圈轴向运动的发声锤(5)，在动力线圈(3)两端装有固定支撑衔铁(1、8)。
2.如权利要求1所述的无电缆动态监测信号发射器，其特征在于电磁动力线圈(3)的轴线为竖直向，在电磁动力线圈(3)内设有可沿竖直向运动的发声锤(5)，在动力线圈(3)的上端和下端分别装有顶支撑衔铁(1)和底支撑衔铁(8)。
3.如权利要求1所述的无电缆动态监测信号发射器，其特征在于电磁动力线圈(3)的轴线为水平向，在电磁动力线圈(3)内设有可沿水平向运动的发声锤(5)，在动力线圈(3)的左右两端各装有一个固定支撑衔铁(1、8)；在发射器的一端设有一个发声锤复位构件，所说的发声锤复位构件具有一个与电磁动力线圈(3)同轴设置的电磁推力线圈(11)，在推力线圈(11)内设有一根可沿水平向运动的推杆(12)，在推力线圈(11)的两端各装有一块支撑件(10、13)，当推力线圈(11)得电工作后，推杆(12)杆体可穿过设在一侧支撑件(13)和固定支撑衔铁(1)的内孔推动发声锤(5)复位。
4.如权利要求1所述的无电缆动态监测信号发射器，其特征是在仪器外壳内套装有一个筒状内支撑(17)，在内支撑(17)中通过上下滚珠轴承(14、15)连装有一个可沿内支撑(17)纵向轴转动的衔铁芯壳(16)，在衔铁芯壳(16)内沿内支撑(17)横向轴并行设置有两个绕向相反的在电磁动力线圈(3a、3b)，在两动力线圈(3a、3b)的中心通道内设有可沿线圈轴向运动的发声锤(5)。
专利摘要本实用新型涉及一种油气井生产过程中用于井下动态遥控监测的信号发射器，具有同轴设置的外壳和电磁动力线圈，在动力线圈内设有可沿线圈轴向运动的发声锤，在动力线圈两端装有固定支撑衔铁。当电信号加至电磁动力线圈时，发声锤立即冲击一端的固定支撑衔铁而产生强劲的声波信号，声波信号被耦合至油管柱后传输至井口的信号接收仪器，使油田工作人员得以准确方便地获取井下动态监测资料。
文档编号E21B47/12GK2695636SQ20042004192
公开日2005年4月27日 申请日期2004年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者刘光汉, 刘炜 申请人:刘光汉