專利名稱：注水井超聲波流量測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油開采工藝中的測量儀器。
背景技術：
在油田開發(fā)中，常采用向地層注水的方法提高油田的采收率，為此就需要進行計量以便掌握和控制向地層注水的多少。目前在注水井上常用的流量測試儀器有渦輪流量計、浮子流量計等。其中渦輪流量計、浮子流量計存在測量精度低，結構復雜，機械故障較多，在現(xiàn)場使用中，測量結果誤差較大，經(jīng)常出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障后維修也比較困難。另外，為了滿足一些注水井的低注水量及較高計量精度的要求，不但會使儀器結構更加復雜，使測試成功率進一步降低，在測試方法上多采用集流式，這樣就改變了注水井中水流的流型和流態(tài)，會出現(xiàn)降低注水量的可能性，導致測試資料與注水井原始狀態(tài)差別較大，影響這些儀器的推廣應用。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單、測量準確、使用可靠的注水井超聲波流量測試儀。
本實用新型的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的，一種注水井超聲波流量測試儀，由電纜頭、磁定位器、外殼和導錐通過螺紋相聯(lián)結構成，其特殊之處是，(1)在磁定位器和外殼之間通過螺紋安裝有電路筒，在電路筒內裝有電路板架和電路板，在電路板上安裝的電路由轉換電路、放大電路、檢波電路、消除干擾電路、整形電路、振蕩電路、數(shù)據(jù)采集電路及輸出電路通過導線相連接構成，振蕩電路通過發(fā)射電路和轉換電路相連接，數(shù)據(jù)采集電路通過導線和轉換電路相連接。(2)上換能器、下?lián)Q能器分別壓電陶瓷片構成，安裝在外殼內，上下?lián)Q能器通過導線和電路相連接。
在上述技術解決方案中，其特殊之處在于，(1)轉換電路由繼電器、三極管、二極管相連接構成，繼電器的腳1和電源接點B相連接，腳1、10和二極管D2相連接，腳10和三極管T3的集電極相連接，腳2、腳7相連接后和下?lián)Q能器相連接，腳4、腳9相連接后和上換能器相連接，三極管T3的基極通過電阻R30和接點M相連接。(2)放大電路由2個放大器相串聯(lián)，放大器OP1的腳6通過電容C3和放大器OP2的腳3相連接，腳3通過電容C1、電感L1接地，放大器OP2的腳2通過電阻R8和腳6相連接，腳6通過電阻RX、電容C5和檢波器腳3相連接。(3)檢波電路由檢波器構成，其腳6分別和模擬開關芯片的腳13、整形器芯片的腳9相連接，腳7通過電容C7和模擬開關芯片的腳1相連接。(4)消除干擾電路由模擬開關芯片構成，其腳2和整形器芯片的腳5相連接，腳13和整形芯器片的腳9相連接。(5)整形電路由整形器芯片構成，其腳7和振蕩器芯片的腳4相連接，腳11和接點G相連接。(6)振蕩電路由振蕩器芯片構成，其腳3通過電阻R18和三極管T1的基極相連接，腳3還和接點G相連接。(7)發(fā)射電路由三極管T1、T2相連接構成，三極管T1的集電極和電源接點A相連，其發(fā)射極通過電容C13和三極管T2的基極相連接，三極管T2集電極通過電阻R21和電源接點C連接，集電極還通過電容C14、電感L2和發(fā)射極相連接并接地。(8)數(shù)據(jù)采集電路由單片機MCU構成，其腳1通過電容C15和電源接點D相連接，腳9通過電阻R22和接點G相連接，腳4、腳5通過晶振JZ相連接，腳2和轉換接口RS485的腳4相連接。(9)輸出電路由轉換接口RS485構成，其腳2、腳3相連接后和電源接點D相連接，腳6通過電阻R25和電源接點D相連接，腳7通過電阻R27和腳5連接并接地。
本實用新型的有益效果是，(1)由于在本測試儀中采用了超聲波時差法測量流體速度，其測試原理先進，能克服以往注水井測試中的溫度、壓力、礦化度等因素對測試結果的影響，可提高注入水的計量精度，達到定量解釋的目的。(2)由于該測試儀是采用非集流式測試方法，不會破壞注水井中原有的流態(tài)和流型的情況下，測量注水井的中心流速，能夠真實地反映注水井的吸水情況，并且實現(xiàn)了測試儀一次下井，可進行多層測試的要求。(3)因超聲波在液體中傳播速度快，而井筒中液體流速慢，導致超聲波時間差變化量極其微小，用常規(guī)方法難以檢測，本測試儀解決了將微小的時間變化量變?yōu)榭蓽y量的變化量的技術難題。(4)本測試儀結構簡單，沒有活動部件，不易出現(xiàn)機械故障，測試成功率高。


圖1是本實用新型的局部剖面結構示意圖。
圖2是本實用新型的電路方框圖。
圖3是本實用新型的電路圖。
圖4是本實用新型中的電源電路圖。
具體實施方式
電纜頭1選用現(xiàn)有的電纜頭總成，磁定位器2選用現(xiàn)有的磁定位器總成，它們通過螺紋連接在一起。電路板制作如下(1)電源電路由4個穩(wěn)壓器DY構成，穩(wěn)壓器分別選用7818、7812、7805、7812。24V的直流電源通過電阻R31和穩(wěn)壓器DY1的腳1(輸入端)相連接，腳1還分別通過電容C31、C32接地，穩(wěn)壓器DY1的腳3(輸出端)分別和穩(wěn)壓器GND2、3、4的輸入端相聯(lián)結，它們的輸出端A、B、C、D分別作為輸出端，分別輸出電壓12V、12V、18V、5V。穩(wěn)壓器DY1、DY2、DY3的腳3分別通過電容C33、C34、C35接地，DY4的腳3分別通過電容C37、C38接地，各穩(wěn)壓器的腳2接地。
(2)轉換電路中，繼電器選用TQY-12，三極管T3選用3DK4。繼電器的腳1、10和二極管D2相連接，繼電器的腳2、腳7相連接后和下?lián)Q能器8相連接，腳4、腳9相連接和上換能器6相連接，繼電器腳10和三極管T3的集電極相連接，構成轉換電路。繼電器的腳1和電源接點B相連接，腳3和接點E相連接，三極管T3基極通過電阻R30、接點M和單片機MCU的腳14相連接。
(3)放大器OP選用AD8301，選R1、R2、R5、R6值20K，R3、R7值0.5K，R4值10K、R8值8K，RX值10Ω，C1、C3值0.1μ，C2、C4值0.01μ，C5值2200Pf，L1值10微H。放大電路由二個放大器OP1、OP2相串聯(lián)，放大器OP1的腳2通過電阻R4和腳6相連接，腳2還通過電阻R3、電容C2接地，腳3通過電阻R2接地，并通過電阻R1和電源接點A連接，接點F通過電容C1、電感L1接地，腳4接地，腳7和電源接點A相連，腳6通過電容C3和放大器OP2的腳3相連接。放大器OP2的腳2通過滑動電阻R8和腳6相連接，用滑動電阻R8進行調試，當確定電阻值后，可將其換成固定電阻。放大器OP2的腳2還通過電阻R7、C4接地，腳3通過電阻R5和電源接點A相連，通過電阻R6接地，腳4接地，腳7和電源接點A相連構成放大電路，放大器OP2腳6通過電阻RX、電容C5和檢波器JBQ的腳3相連接。
(4)檢波器JBQ采用比較器LM111，選R9值5K，R10、R11值50K，R12值10K、C6值100pF、C7值2200pF。比較器LM111的腳1和腳4相連接并接地，腳2通過滑動電阻R11接地，腳2還通過滑動電阻R11、電阻10和電源接點A相連接，腳3分別通過電阻R9、電容C6接地，腳6分別和模擬開關芯片的腳13、整形器芯片的腳9相連接，腳7通過電阻R12和腳8相連接，并和電源接點A相連接，構成檢波電路。腳7還通過電容C7和模擬開關芯片的腳1相連接。
(5)模擬開關選用CMOS芯片，R13值5K、C8值100pF。模擬開關的腳1通過電阻R13接地，腳2通過電容C8接地，腳7接地，腳14和電源接點A相連接，構成消除干擾電路。模擬開關芯片的腳2和整形器的腳5相連接，腳13和整形器的腳9相連接。
(6)整形器選用CD4098觸發(fā)器，R14值2.2K、R15值4K，R14、R15的電阻值可根據(jù)實際情況調整，C9值2200pF、C10值0.1μ。整形器的腳1通過電容C9和腳2相連接，腳2通過電阻R14和電源接點A相連，腳3、16、13相互連接在一起后和電源接點A相連，腳14、15通過電容C10連接在一起，腳14通過電阻15和電源接點A相連，腳7通過電容C23接地，腳4、8、12相互連接在一起后接地，構成整形電路。整形器的腳7和振蕩器的腳4相連接，腳11通過接點G和振蕩器的腳3相連接。
(7)振蕩器選用NE555振蕩芯片，R16值6.8K、R17值560Ω、R18值1K、C11值0.022μF、C12值0.01μF。振蕩芯片的腳1接地，腳2、6相連接后通過電容C11接地，并通過電阻R17和腳7相連接，腳7通過電阻R16和電源接點A相連，電阻R16、R17的值可根據(jù)具體情況調整，振蕩芯片腳8和電源接點A相連，腳5通過電容C12接地，腳4通過電容C23接地，構成振蕩器電路。振蕩芯片的腳3通過電阻R18和三極管T1的基極相連接。
(8)發(fā)射電路中，三極管T1、T2選用3DK4，R19值1K、R20值2K、R21值10K，C13值910pF、C14值0.47μF、電感L2值95微H。三極管T1的發(fā)射極通過電容13和三極管T2的基極相連接，還通過電阻R19接地，其集電極和電源接點A相連，三極管T2基極分別通過電阻R20、二極管D1接地，發(fā)射極接地，集電極通過電容C14、可變電感L2接地，集電極通過電阻R21和電源接點C相連接，組成發(fā)射電路。接點H和繼電器腳8相連接。
(9)數(shù)據(jù)采集電路中，單片機MCU選用89C2051，選R22、R23值為2K、R24值1K，電容C15值10μF、C16值100pf、C17、C18值30pF、晶振JZ選用12M赫。單片機MCU的腳1通過電容C15和電源接點D相連，腳2和腳3相連接，腳4通過電容C17接地，腳5通過電容C18接地，腳4、腳5還通過晶振JZ相連接，腳9通過電阻R23接地，腳10接地，腳10通過電阻R24和腳1相連接，腳20和電源接點D相連，腳14通過電容C16接地，構成數(shù)據(jù)采集電路。單片機MCU的腳9通過電阻R24和接點G相連接，腳2和轉換接口RS485的腳4相連接。
(10)輸出電路中，轉換接口選用RS485，R25、R27值3.3K，R26值120Ω，R28、R29值20Ω。轉換接口RS485的腳2、3相連接并和電源接點D相連接，腳8和電源接點D相連，腳6通過電阻R25和電源接點D相連接，腳6通過電阻R26和腳7相連接，腳7通過電阻R27和腳5相連接，腳5接地，構成輸出電路。轉換接口RS485的腳6、腳7分別通過電阻R28、R29和計算機相連接。選電容C19值0.01μF、C20值0.1μF、C21值10μF、C22值47μF，電路接點I、J、K、L分別通過電容C19、C20、C21、C22和電源接點A相連接。
將按電路圖制作好的電路板3安裝在電路板架4上，將電路板架4固定安裝在電路筒5內，電路筒5的上端通過螺紋和磁定位器2相聯(lián)接，下端通過螺紋和外殼7相聯(lián)接，外殼7和導錐9通過螺紋連接在一起，它們之間裝有密封圈。外殼7上具有縱向槽和通孔，在縱向槽內通過螺紋固定有上換能器6和下?lián)Q能器8，和換能器相連接的導線通過通孔和電路板相聯(lián)接，構成本流量測試儀。
將組裝完畢的測試儀通過電纜下到井筒的設計位置，接通電源，振蕩電路開始工作，其信號分三路輸出，一路作為數(shù)據(jù)采集和換向觸發(fā)信號，送到數(shù)據(jù)采集電路中；一路經(jīng)整形電路消除發(fā)射干擾信號；另一路經(jīng)發(fā)射電路與上換能器6共振，在液體中產(chǎn)生超聲波。當下?lián)Q能器8接收到超聲波時，產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)放大、檢波、消除發(fā)射干擾、整形后，形成閉環(huán)的連續(xù)工作方式，由單片機MCU控制繼電器交替轉換，實現(xiàn)上下?lián)Q能器6、8雙向發(fā)射、接收的功能。單片機MCU采集到的數(shù)據(jù)通過電纜頭1傳向地面，測試深度由磁定位器2來確定。地面微機對井下傳來的數(shù)據(jù)進行處理，就可以求出流體的流速和流量。
權利要求1.一種注水井超聲波流量測試儀，由電纜頭(1)、磁定位器(2)、外殼(7)和導錐(9)通過螺紋相聯(lián)結構成，其特征是，①在磁定位器(2)和外殼(7)之間通過螺紋安裝有電路筒(3)，在電路筒(3)內裝有電路板架(5)和電路板(4)，在電路板(4)上安裝的電路由轉換電路、放大電路、檢波電路、消除干擾電路、整形電路、振蕩電路、數(shù)據(jù)采集電路及輸出電路通過導線相連接構成，振蕩電路通過發(fā)射電路和轉換電路相連接，數(shù)據(jù)采集電路通過導線和轉換電路相連接；②上換能器(6)、下?lián)Q能器(8)由分別由壓電陶瓷片構成，安裝在外殼(7)內，上換能器(6)、下?lián)Q能器(8)通過導線和電路相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的注水井超聲波流量測試儀，其特征是，①轉換電路由繼電器、三極管(T3)、二極管(D2)相連接構成，繼電器的腳1和電源接點B相連接，腳1、10和二極管(D2)相連接，腳10和三極管(T3)的集電極相連接，腳2、腳7相連接后和下?lián)Q能器相連接，腳4、腳9和上換能器相連接，三極管(T3)的基極通過電阻(R30)和接點M相連接；②放大電路由2個放大器(OP1、OP2)相串聯(lián)，放大器(OP1)腳6通過電容(C3)和放大器(OP2)的腳3相連接，腳3通過電容(C1)、電感(L1)接地，放大器(OP2)的腳2通過電阻(R8)和腳6相連接，腳6通過電阻(RX)、電容(C5)和檢波器腳3相連接；③檢波電路由檢波器(JBQ)構成，其腳6分別和模擬開關芯片的腳13、整形器芯片的腳9相連接，腳7通過電容(C7)和模擬開關芯片的腳1相連接；④消除干擾電路由模擬開關芯片構成，其腳2和整形器芯片的腳5相連接，腳13和整形器芯片的腳9相連接；⑤整形電路由整形器芯片構成，其腳7和振蕩器芯片的腳4相連接，腳11和接點G相連接；⑥振蕩電路由振蕩器芯片構成，其腳3通過電阻(R18)和三極管(T1)的基極相連接，腳3還和接點G相連接；⑦發(fā)射電路由三極管(T1、T2)相連接構成，三極管(T1)的集電極和電源接點A相連，其發(fā)射極通過電容(C13)和三極管(T2)的基極相連接，三極管(T2)集電極通過電阻(R21)和電源接點C連接，集電極還通過電容(C14)、電感(L2)和發(fā)射極相連接并接地；⑧數(shù)據(jù)采集電路由單片機(MCU)構成，其腳1通過電容(C15)和電源接點D相連，腳9通過電阻(R22)和接點G相連接，腳4、腳5通過晶振(JZ)相連接，腳2和轉換接口(RS485)的腳4相連接；⑨輸出電路由轉換接口(RS485)構成，其腳2、腳3相連接后和電源接點D相連接，腳6通過電阻(R25)和電源接點D相連接，腳7通過電阻(R27)和腳5連接并接地。
專利摘要注水井超聲波流量測試儀，涉及一種石油開采工藝中的測量儀器。其特征是主要由電纜頭、磁定位器、外殼和導錐通過螺紋相聯(lián)結，在電路板上由轉換電路、放大電路、檢波電路、消除干擾電路、整形電路、振蕩電路、數(shù)據(jù)采集電路及輸出電路通過導線相連接構成，數(shù)據(jù)采集電路和轉換電路相連接，振蕩電路通過發(fā)射電路和轉換電路相連接，輸出和計算機相連接，換能器由壓電陶瓷片構成。其有益效果是可提高注入水的計量精度，達到定量解釋的目的，能夠真實地反映注水井的吸水情況，滿足多層測試的要求，本測試儀結構簡單，沒有活動部件，不易出現(xiàn)機械故障，測試成功率高。本測試儀適用于油田注水井的水量計量。
文檔編號E21B47/00GK2685835SQ200420007710
公開日2005年3月16日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權日2004年3月24日
發(fā)明者李鉅儒, 韓興華, 陳成才, 高振濤, 薛淑霞, 王淑琴 申請人:中國石油天然氣股份有限公司