[发明专利]油井动态液位自动探测仪

说明书

技术领域

本发明属于油田自动测试技术领域，特别是提供了一种油井动态液位自动探测仪。适于具有套管的油井，例如梁式抽油机采油井、螺杆泵采油井等。在套管压力高于0.1MPa的工况下，能够自动地测量井下液面深度。其输出信号可以就地用于抽油机的自动启停及转速控制，也可以远传到油田生产调度中心。

背景技术

当前测量油井液面普遍使用双频道回声探测仪。这种探测仪以火药弹的爆炸作为声源，所发出的声波从仪器与井口的接合处进入到井下的狭长套管空间，继续向下传播直到油/气分界面；声波在液面上被反射，待再次返回到井口时被传感器接收。传感器接收的回声信号经由滤波器分解成高频、低频两列声波信号，由人工或智能软件从高频声波信号中识别出接箍回声，从低频声波信号中识别出液面回声，从而计算出声速和井深。

现有的双频道回声探测仪有两个方面的缺陷，限制了它不能够用于自动测量，因此也就不能够在线地测量动态液面。其一，这种仪器所使用的火药弹的装卸、启爆必须靠人工操作；有限的火药弹装载量也不可能维持多次连续测试。其二，声波在井筒内传播时，能量被天然气及管壁吸收、衰减；管壁反射、筒内气体流动、压力起伏等因素会都会产生强噪声；在线测试中各种生产设备的运转也会加剧噪声；特别是由于接箍的反射截面很小，接箍回声的幅度是很弱的。在强噪声下对微弱接箍回声的准确自动识别是一个困难，而对接箍回声的误判和漏判会产生显著的声速误差，从而严重降低井深测量精度。总之，现有仪器在声源产生和接箍波声速测定两方面的不足，限制了其在动态液位测试中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井动态液位自动探测仪，解决了传统测试仪所用的声源只能人工操作的问题，也解决了利用微弱接箍波测定声速误差大的问题。

本发明由测试管、传感器、第一电磁阀、容器、第二电磁阀、电子单元、声速测定管、盲端组成。

(1)测试管、电磁阀和低压容器依次串联的结构，可以便捷地触发、控制脉冲声源强度和宽度。

在图1中，测试管1是一段三通管道，下端与油井的套管相连，上端与第一电磁阀相连，侧面开孔连接传感器。传感器用于测量测试管内的气体压力。

容器通过第一电磁阀与测试管相连，通过第二电磁阀通大气(或与外部低压管道相连)。

电子单元控制第一电磁阀和第二电磁阀5的启闭，并采集来自传感器的信号，计算出液位深度，并将数据显示和远传。

测试前，先开启第二电磁阀，将容器内的气体外泄直至压力降到低于测试管压力0.1MPa。此时，充满高压气体的测试管、第一电磁阀、容器依次相串联的结构，是产生脉冲声源的关键，也是本仪器的第一个特征。然后，瞬间开启第一电磁阀并迅速关闭，则在测试管内会形成一个负压波。第一电磁阀的开通时间、容器残留压力和容积，以及油井的套管尺寸等因素共同决定了这个负压波的宽度和强度。与常规测试中火药弹爆炸所形成的正压波类似，此负压波同样可以做为脉冲声源，同样能够向井下传播并在接箍、液面处产生回声，再由传感器接收此负压回声并经过电子单元处理和计算，即可得到声速和液位深度。

在电子单元控制下重复进行上述过程，就可以得到一系列的动态液位数据。

(2)在测试管中部三通的传感器之外的另一个接口上，安装专用的细长盲管，用于测定实际声速，见图2。

井下液位测试算法中必然要用到实际声速数据。实际声速的测定既可以利用图1结构所测得的微弱接箍回声信号，也可以利用图2结构中单独设立的声速测定管。声速测定管的一端封闭成盲端，另一端安装在测试管中部三通的传感器接口之外的另一个接口上，与测试管1相通。声速测定管的长度应该在7-20米，以保障回声时差测定精度；内径应该在5-20毫米，以减小声波传播阻力；为了节省管子占据的空间，可以弯成盘管的形式，但是不能有尖锐的弯曲角度以减少弯曲部位对声波的反射。

在测试过程中，负压波脉冲声源除沿套管向井下传播之外，同时必然在声速测定管中传播并在盲端产生反射回声。分析传感器采集的波形，找出这个回声信号的位置并确定时间差。这条管的长度精确已知，用长度的一半除以时间差就得到实际波速。

本声速测定管的长度较井筒短得多，其回声要比接箍回声强大，容易被智能软件自动识别。所以，本仪器测得的声速数据要比常规方法测得的声速数据更可靠。这种邻近传感器安装的一根细长盲管，专门用来产生强回波，以便于自动识别并准确测算波速，是本仪器的第二个特征。