本发明属于油田测试领域，具体涉及的是基于音速传感器的油井多功能液面自动监测仪。
背景技术：
油井动液面是反映油田地层供液能力的重要指标，及时掌握动液面情况，合理调整抽油泵沉没度，使抽油泵吸入口压力稳定在一个合理的范围内，是提高油井工作效率、保证油井稳产、节能减排的重要措施。
目前大部分油井液面监测仪都使用回声原理，即在井口发送一个声波信号，用仪器检测油井内的反射波。发声介质使用无弹头火药子弹、高压氮气瓶压缩气体声弹等，测试方法是人工定期进行操作，使用的设备比较危险、笨重，而且也很难长时间连续测试。也有使用其他诸如电动气枪、电动氮气瓶等测量方式，但因工艺结构复杂，成本较高，使用周期短，因此推广起来比较困难。
采用回声法测试油井液面，液面深度s等于回波时间t乘以音速v除以2，即s＝t*v/2，因此，声音在油井套管中传播的速度v的精确度决定了得到的油井液面深度是否精确；通常情况下，音速v是通过回音标的回波或油管接箍回波时间来确定的。但是，实际工作中大多数油井都没有设置回音标，而且随着再生油管的广泛使用油管长度参差不齐，通过油管接箍回波来确定音速也不够准确，特别是接箍回波不清晰时，需要反复测量甚至无法得出液面值。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于音速传感器的油井多功能液面自动监测仪，用于解决目前使用的回声仪音速测不准、功能单一、操作复杂、成本较高、精度低的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于音速传感器的油井多功能自动液面监测仪，包括：音速传感器、控制电路、次声波发生器、拾音器、a/d电路、cpu、存储器、dtu、压力传感器、电源系统、井口连接器、壳体；所述的音速传感器、次声波发生器、拾音器、压力传感器与井口连接器连通；井口连接器与油井套管相连通；拾音器信号输出与a/d电路连接；控制电路、a/d电路、存储器、dtu与cpu连接。
作为本发明的进一步方案，所述的音速传感器是超声波测速模块，所述的音速传感器与井口连接器相连通、控制信号、输出信号与cpu连接，用于测量在不同油井套管压力、温度、介质中声音的传播速度。
作为本发明的进一步方案，所述的拾音器是微型压电陶瓷拾音器，拾音面与井口连接器相连通，用于把声音信号转换为电信号，输出信号与a/d电路输入端连接。
作为本发明的进一步方案，所述的次声波发生器包括电动打气泵、储气罐、对外放气电磁阀、对内放气电磁阀以及高压气管；电动打气泵通过控制电路与cpu连接、出气口与储气罐连通；对外放气电磁阀通过控制电路与cpu连接，进气端与井口连接器连通，出气端通过气管连接到壳体的外面；对内放气电磁阀通过控制电路与cpu连接，进气端通过气管与储气罐连接，出气端与井口连接器相连通。
作为本发明的进一步方案，所述的cpu是带有实时时钟的单片机系统。
作为本发明的进一步方案，所述的a/d电路是采样精度10位以上的模数转换电路，可以是单片机自带的，为了获得更高的精度也可以采用单独的a/d芯片或模块。
作为本发明的进一步方案，所述的dtu是无线数传模块，经串行通信接口和cpu连接，通过所述的无线数传模块实现数据远传和远程控制；所述的无线数传模块可以根据通信距离选用gprs、4g、lora或wifi模块。
作为本发明的进一步方案，所述的压力传感器与井口连接器相连通，输出信号与a/d电路输入端连接，用于测量油井套管压力。
作为本发明的进一步方案，所述的电源系统可以是交流供电、太阳能加可充电电池供电，为整个装置提供电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用音速传感器测量声音在油井套管内传播的速度，比现有测量音速的方法更精确，因此得到的油井动液面更准确更可靠。
2、本发明根据套压大小，采用对内、对外双向放气的方法作为测试声源，既可以用于有套压油井的液面测试也可以用于无套压油井的液面测试，既可以用于抽油机井也可以用于螺杆泵井、电泵井还可以用于煤层气井的液面测试。
3、本发明可以连续自动测试油井液面。
4、本发明可以通过无线网络实现数据远传和远程控制。
5、本发明采用微型压电陶瓷拾音器，比常规回声仪使用的拾音器体积小、耐高压、耐腐蚀更经济可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1、音速传感器2、控制电路，3、拾音器，4、a/d电路，5、cpu，6、存储器，7、dtu，8、压力传感器，9、电源系统，10、井口连接器，11、壳体，20、次声波发生器，21、电动打气泵，22、储气罐，23、对外放气电磁阀，24、对内放气电磁阀，30、油井套管，31、油管，32、油管接箍，33、液面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，基于音速传感器的油井多功能自动液面监测仪，包括：音速传感器1、控制电路2、次声波发生器20、拾音器3、a/d电路4、cpu5、存储器6、dtu7、压力传感器8、电源系统9、井口连接器10、壳体11；所述的音速传感器1、次声波发生器20、拾音器3、压力传感器8与井口连接器10连通；井口连接器9与油井套管相连通；拾音器3信号输出与a/d电路3连接；控制电路2、a/d电路4、存储器6、dtu7与cpu5连接。
如图1所示，音速传感器1是超声波测速模块，所述的音速传感器1与井口连接器10相连通，控制信号、输出信号与cpu5连接，用于测量在不同油井套管压力、温度、介质中声音的传播速度。
如图1所示，拾音器3是微型压电陶瓷拾音器，拾音面与井口连接器9相连通，用于把声音信号转换为电信号，输出信号与a/d电路4输入端连接。
如图1所示，次声波发生器20包括电动打气泵21、储气罐22、对外放气电磁阀23、对内放气电磁阀24以及高压气管；电动打气泵21通过控制电路2与cpu5连接、出气口与储气罐22连通；对外放气电磁阀23通过控制电路与cpu5连接，进气端与井口连接器9连通，出气端通过气管连接到壳体11的外面；对内放气电磁阀24通过控制电路2与cpu5连接，进气端通过气管与储气罐22连接，出气端与井口连接器9相连通。
如图1所示，cpu5是带有实时时钟的单片机系统。
如图1所示，a/d电路4是采样精度10位以上的模数转换电路，可以是单片机自带的，为了获得更高的精度也可以采用单独的a/d芯片或模块。
如图1所示，dtu7是无线数传模块，经串行通信接口和cpu5连接，通过所述的无线数传模块实现数据远传和远程控制；所述的无线数传模块可以根据通信距离选用gprs、4g、lora或wifi模块。
如图1所示，与a/d电路4输入端连接，用于测量油井套管压力。
如图1所示，电源系统9可以是交流供电、太阳能加可充电电池供电，为整个装置提供电源。
本实施方案的工作过程是：在cpu5的控制下，当接收到测试指令或达到设定的测试时间，首先通过压力传感器8检测套管压力，如果套压大于0.3mpa则通过控制电路2打开次声波发生器20的对外放气电磁阀23向空气中释放套管30中的气体；否则，通过控制电路2启动电动打气泵21向储气罐22中打气，当储气罐压力达到设定值时停止打气，设定的压力根据被测液面的深度和储气罐的容积不同可以变化，然后，打开对内放气电磁阀13向套管30内放气。电磁阀的开启时间可以根据压力、液面深度在一定范围内调整。在打开电磁阀的同时启动a/d转换，由于气体释放产生的次声波在套管30内传播，在遇到障碍时将产生反射，这些反射波被拾音器2拾取并经a/d电路4转换后记录到存储器5中。采样时间长度根据液面深度可以设定在15～30秒之间。在完成一个测量周期后，cpu5启动音速传感器1测量音速v。回波信号经过数字滤波和处理得到回波时间t，采用公式s＝t*v/2即可计算出液面深度。通过dtu7把采集的原始数据和音速值发送到上位机或后台服务器进行处理计算得到油井动液面波形，这样就完成了油井液面的远程自动监测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。