專利名稱：抽油井液位測量系統(tǒng)、測量方法及抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抽油井液位測量系統(tǒng)、 一種抽油井液位測量方法和一 種抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國石油工業(yè)廣泛使用抽油井，井下液面深度測量是分析泵效及折算 井底流壓，分析油井產(chǎn)能的必測參數(shù)，是改善采油工藝和提高采油過程的 自動化和智能化水平的關(guān)鍵。受測量條件限制，抽油井液位測量一般采用 聲波法。聲波法的兩個關(guān)鍵問題是測量采用的硬件設(shè)備和相應(yīng)的測量計算 方法。硬件設(shè)備包括聲發(fā)射裝置、接收裝置等其他輔助控制裝置。測量計 算方法包括套管環(huán)隙內(nèi)聲速計算、液面回波的識別以及到達井口時刻的確 定。鑒于液位測量的重要性，我國投入了相當大的人力和物力進行了深入 研究，也取得了一些有益成果，但因油井開采自身的特殊性，目前我國的 抽油井液位測量技術(shù)仍停留在較低的水平上，主要還是通過爆炸聲源(子 彈爆炸)產(chǎn)生大功率聲激勵信號，利用接收器接收回波信號，人為地借助 于接箍波估算套管環(huán)隙內(nèi)聲速，通過簡單的硬低通濾波識別液面回波，然 后通過閾值法粗略地確定液面回波到達時刻。由于爆炸聲源功率大但能量 有限，以及受人為因素的影響和估算方法的不足，現(xiàn)有抽油井液位測量方 法和測量裝置的測量誤差大，探測能力低，操作不便，無法完成自動測量， 引入的火工品也存在安全隱患。因此亟需提供一種安全、可靠、快速、方 便、自動、精確的抽油井液位測量系統(tǒng)和測量方法。此外，還需要在可控 測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出一種適合在線控制的抽油井采油工藝綜合控制
6系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種抽油井液位測量系統(tǒng)、 測量方法及抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的抽油井液位測量系統(tǒng)包括聲激勵裝置，其用于發(fā)射持 續(xù)時間可控的聲激勵，以及用于抽吸氣體和加壓儲存氣體；與外界空氣隔 絕的放氣流體通路，其用于將聲激勵裝置發(fā)射的聲激勵傳送引導(dǎo)到套管環(huán) 隙內(nèi)；與外界空氣隔絕的吸氣流體通路，通過它可使得聲激勵裝置從套管 環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體；傳感器，其被設(shè)置成在聲激勵發(fā)射時不會受到聲激勵的 直接沖擊且能接收回波的位置處，用于探測壓力；以及本地控制處理單元， 其用于控制聲激勵裝置、放氣流體通路、吸氣流體通路和傳感器，使得可 向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間可控的聲激勵和從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體，同時 接收、存儲和處理從傳感器采集回的數(shù)據(jù)。
在抽油并液位測量系統(tǒng)的一個實施例中，抽油井液位測量系統(tǒng)還包括 顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示液位測量數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。
在抽油井液位測量系統(tǒng)的一個實施例中，抽油井液位測量系統(tǒng)還包括 遠程控制處理單元，所述遠程控制處理單元可與本地控制處理單元通信， 和/或直接控制聲激勵裝置、放氣流體通路、吸氣流體通路和傳感器。
在抽油井液位測量系統(tǒng)的一個實施例中，放氣流體通路和吸氣流體通 路共用井口連接裝置，所述井口連接裝置用于與井口連接部分密封流體連 通。
在抽油井液位測量系統(tǒng)的一個實施例中，井口連接裝置設(shè)有傳感器安 裝口 ，所述傳感器安裝口設(shè)置成使傳感器在聲激勵發(fā)射時不會受到聲激勵 的直接沖擊同時又可探測到回波。
在抽油井液位測量系統(tǒng)的一個實施例中，聲激勵裝置采用的是氣體壓縮裝置。
根據(jù)本發(fā)明的抽油井液位測量方法，包括以下步驟(1)控制處理單 元控制聲激勵裝置通過與外界空氣隔絕的吸氣流體通路從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸 氣體，并壓縮存儲在聲激勵裝置中；(2)控制處理單元控制聲激勵裝置通 過與外界空氣隔絕的放氣流體通路向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為tl的聲激 勵，同時控制傳感器同步采集存儲一段時間t2內(nèi)的回波數(shù)據(jù)；(3)在第一 次聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集完成之后，控制處理單元控制聲激勵裝置通過與外界 空氣隔絕的放氣流體通路再次向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為t3的聲激勵， 同時控制傳感器同步采集存儲一段時間t4內(nèi)的回波數(shù)據(jù)；以及(4)通過控 制處理單元對采集數(shù)據(jù)進行處理，計算出套管環(huán)隙內(nèi)的聲速和液面回波到 達井口的時刻，最終獲得抽油井液位。
在抽油井液位測量方法的一個實施例中，tl=0-2s， t3^0.5s;或tl》 0.5s， t3=0-2s。
在抽油井液位測量方法的一個實施例中，優(yōu)選t2《30s， t4《30s。
在抽油井液位測量方法的一個實施例中，tl=0-2s， 0.5s《t3《t4;或 0.5s《tl《t2， t3=0-2s。
在抽油井液位測量方法的一個實施例中，在步驟(2)和(3)之間還 可包括以下步驟控制處理單元控制聲激勵裝置通過與外界空氣隔絕的吸 氣流體通路從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體，并壓縮存儲在聲激勵裝置中，從而為 聲激勵裝置補充氣體。
根據(jù)本發(fā)明的抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)，包括抽油井液位測量 系統(tǒng)，其用于測量抽油井液位；抽油機工作控制裝置，其用于控制抽油井 的工作過程；位移測量裝置，其用于測量抽油井的抽油機沖程；以及力測 量裝置，其用于測量抽油機抽吸力；所述抽油井液位測量系統(tǒng)、抽油機工 作控制裝置、位移測量裝置和力測量裝置之間可以以無線或有線方式通信， 所述抽油井工作控制裝置根據(jù)抽油井液位測量系統(tǒng)測量的油井液位、位移
8測量裝置測量的抽油機沖程、力測量裝置測量的抽油機抽吸力控制抽油井 的工作過程。
聲發(fā)射和接收裝置利用現(xiàn)代電子技術(shù)能實現(xiàn)本地自動控制或遠程自動 控制，無火工品的引入，整個測量過程可靠迅速。兩次聲發(fā)射的方法的采 用克服了傳統(tǒng)方法的探測能力差，操作不便，存在安全隱患，測量精度低 等缺點，極大地提高了液位測量的自動化程度，為釆油工藝的整體優(yōu)化和 遠程無線測量提供了條件。


圖1示意性地示出了根據(jù)第一實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)； 圖2示意性地示出了根據(jù)第二實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)； 圖3示意性地示出了根據(jù)第三實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)； 圖4示意性地示出了根據(jù)第四實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)； 圖5示意性地示出了根據(jù)第一實施例的井口連接裝置； 圖6示意性地示出了根據(jù)第二實施例的井口連接裝置； 圖7示意性地示出了根據(jù)第三實施例的井口連接裝置；以及 圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
下面，結(jié)合附圖詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的抽油井液位測量系統(tǒng)、測量 方法和抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。應(yīng)當理解，為了清楚起見，附圖并 未按比例繪制，且附圖僅用于目的，而非限制目的。
抽油井液位測量的兩個關(guān)鍵問題是，抽油井套管環(huán)隙內(nèi)聲速的確定和 液面回波到達井口時刻的確定。顯然，套管環(huán)隙內(nèi)聲速和液面回波到達時 刻確定得越準確，抽油井液位測量結(jié)果越精確、越可靠。
傳統(tǒng)的子彈爆炸產(chǎn)生的聲激勵為脈沖信號，以此為基礎(chǔ)的測量方法屬
9于脈沖測距。脈沖測距法的最大測量距離主要取決于能被準確檢測的回波強度。距離越遠，回波信號越弱，弱到不能被準確接收的臨界點時所對應(yīng)的距離就是最大測量距離。根據(jù)脈沖測距原理，在一定的噪聲水平下，發(fā)射功率越大，脈沖寬度越寬，測量距離越遠。然而，對于一般的測量系統(tǒng)來說，發(fā)射功率是一定的，因此，增大發(fā)射脈沖寬度即持續(xù)時間是提高測量距離的有效方法。但不幸的是，子彈爆炸聲激勵的發(fā)射時間實際中是不可控的。
根據(jù)以上分析，對于抽油井液位測量來說，若能采用可控聲源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的子彈爆炸聲源，則可通過適當?shù)卦黾勇暭畹某掷m(xù)時間增大發(fā)射信號的能量，使返回的液面回波的強度增大，以提高探測能力。但根據(jù)工程經(jīng)驗和現(xiàn)場實驗發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，聲激勵的持續(xù)時間也不宜選得太長，否則液面回波加長，不利于液面回波的提取。另一方面，根據(jù)工程經(jīng)驗和現(xiàn)場實驗發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，聲激勵持續(xù)時間越短，接箍波越清晰，越有利于聲速的準確確定。為此，本發(fā)明提出了一種利用可控聲源的兩次聲發(fā)射的抽油井液位測量方法，即在給定的時間間隔內(nèi)分別向井下發(fā)射一次較短持續(xù)時間的聲激勵和一次較長持續(xù)時間的聲激勵。較短持續(xù)時間的聲激勵用于確定套管環(huán)隙內(nèi)的聲速，較長持續(xù)時間的聲激勵用于獲得較強的液面回波，以準確確定液面回波到達井口時刻和提高實際探測能力。兩次聲發(fā)射的時間間隔不宜選得太大，也不宜太小。太大使得兩次測量條件不匹配，得到的液
位是不可靠的；太小又會使兩次測量間存在干擾的可能。兩次測量間隔可
根據(jù)實際情況選擇。在短的時間間隔內(nèi)，套管環(huán)隙內(nèi)的氣體介質(zhì)特性基本保持不變，從而可認為聲速也基本保持不變。
此外，根據(jù)采油工藝，采油過程中一般不允許向套管環(huán)隙內(nèi)注入空氣或其他易引起危險的氣體。在這種要求下，提出了壓縮井氣射流聲發(fā)射的技術(shù)方案，即，在液位測量之前，先從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體壓縮存儲在聲激勵發(fā)射裝置中，測量時再利用該氣體向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射聲激勵，整個測
10量過程沒有引入外界氣體，測量過程安全可靠。
顯然，較短持續(xù)時間的聲激勵和較長持續(xù)時間的聲激勵有兩種發(fā)射順序先發(fā)射較短持續(xù)時間的聲激勵，再發(fā)射長持續(xù)時間的聲激勵；先發(fā)射較長持續(xù)時間的聲激勵，再發(fā)射短持續(xù)時間的聲激勵。兩種發(fā)射順序根據(jù)現(xiàn)場測量條件確定。但一般優(yōu)選前者，因為在這種情況下，短持續(xù)時間的聲激勵對套管環(huán)隙內(nèi)的聲波傳播條件影響小，使得短持續(xù)時間的聲激勵測量過程中和長持續(xù)時間的聲激勵測量過程中的測量條件相匹配；短持續(xù)時間的聲激勵消耗的氣量小，使得在某些情況下聲激勵發(fā)射裝置中剩下的氣體仍可按所需的壓強發(fā)射長持續(xù)時間的聲激勵，從而不需馬上從套管環(huán)隙內(nèi)抽氣，簡化了測量過程。
根據(jù)大量現(xiàn)場實驗分析，短持續(xù)時間的聲激勵的持續(xù)時間為0 - 2s較合適，此時能夠獲得良好的接箍波。長持續(xù)時間的聲激勵的持續(xù)時間實際中需根據(jù)抽油井液位測量的難易程度確定， 一般應(yīng)選為0.5s以上。
兩次聲發(fā)射的時間間隔根據(jù)測量要求和實際情況確定，只要使第二次聲發(fā)射是在前次聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集完成之后即可。
下面，根據(jù)上述思想，結(jié)合本發(fā)明構(gòu)建的抽油井液位測量系統(tǒng)詳細地描述兩次聲發(fā)射測量方法的具體實現(xiàn)過程。
在兩次聲發(fā)射的液位測量方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述采油工藝的要求和現(xiàn)場實際情況，構(gòu)建了一種抽油井液位測量系統(tǒng)。圖1示出了根據(jù)第一實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)1。圖5示出了的井口連接裝置9的第一種實施方式。下面，參看圖1和圖5對抽油井液位測量系統(tǒng)的第一實施例進行詳細描述。
抽油井液位測量系統(tǒng)1包括聲激勵裝置2、本地控制處理單元3、遠程控制處理單元4、第一段放氣通道5、放氣控制裝置6、第二段放氣通道5，、第一段吸氣通道7、吸氣控制裝置8、第二段吸氣通道7'、井口連接裝置9和傳感器10。聲激勵裝置2通過放氣通道5和5'、放氣控制裝置6與
ii位于大致圓筒狀的井口連接裝置9端部處的放氣口 96流體密封連通，用于向位于抽油井套管12與油管13之間的套管環(huán)隙14發(fā)射聲激勵，如圖1中的箭頭21所示。放氣控制裝置6以有線或無線方式根據(jù)本地控制處理單元3的指令或根據(jù)遠程控制處理單元4的指令控制聲激勵的發(fā)射(包括發(fā)射持續(xù)時間)。而且，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，放氣控制裝置6也可與聲激勵裝置2 —體形成或集成到聲^[勵裝置2中，此時第一段放氣通道5和第二段放氣通道5'可形成一體。
同時，聲激勵裝置2通過吸氣通道7和7'、吸氣控制裝置8與位于井口連接裝置9側(cè)面的吸氣口 95流體密封連通，用于從抽油井的套管環(huán)隙14中吸氣，如圖1中的箭頭22所示，并將吸取的氣體壓縮存儲在聲激勵裝置2中，以備向套管環(huán)隙14發(fā)射聲激勵之用。
井口連接裝置9通過連接部分94與井口連接部分11密封連接，井口連接部分11固定在抽油井上且與套管環(huán)隙14相通。傳感器10密封性地安裝在井口連接裝置9的傳感器安裝口 92中，用于探測套管環(huán)隙14內(nèi)的壓力。本地控制處理單元3除了控制放氣控制裝置6外，還對吸氣控制裝置8、傳感器10和聲激勵裝置2進行控制，實現(xiàn)聲激勵裝置2的發(fā)射、吸氣等操作以及傳感器的采集操作。類似地，吸氣控制裝置8也可與聲激勵裝置2一體形成或集成到聲激勵裝置2中，此時第一段放氣通道7和第二段放氣通道7'可形成一體。
如圖1所示，在放氣控制裝置6打開的情況下，可形成聲激勵裝置2-第一段放氣通道5 -放氣控制裝置6 -第二段放氣通道5'-放氣口 96 -井口連接裝置9的空腔97 -井口連接部分11 -套管環(huán)隙14的流體通路。在吸氣控制裝置8打開的情況下，可形成套管環(huán)隙14 -井口連接部分11 -井口連接裝置9的空腔97 -吸氣口 95 -第二段吸氣通道7，-吸氣控制裝置8-第一段吸氣通道7-聲激勵裝置2的流體通路。在此，前者稱為放氣流體通路，后者稱為吸氣流體通路。兩條流體通路均與外界空氣隔絕。此外，本地控制單元3還可與遠程控制處理單元4通信，，將采集數(shù)據(jù)和處理結(jié)果等信息傳送到遠程控制處理單元4，以備査詢和使用。本地控制處理單元3可設(shè)置顯示屏，從而現(xiàn)場也可査詢采集結(jié)果和處理結(jié)果。
圖2示出了根據(jù)第二實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)1A。為了簡單起見，省去了與第一實施例相同的部分和相應(yīng)的描述。第二實施例與第一實施例的不同之處在于聲激勵裝置2A、放氣通道5A和5A'、放氣控制裝置6A、吸氣通道7A和7A'、吸氣控制裝置8A和井口連接裝置9A的一部分密封放置在密閉殼體20A中。應(yīng)至少使井口連接裝置9A的連接部分94A暴露在殼體20A之外，以便與井口連接部分ll密封連接。此時，可省去第二段吸氣通道7A，，并可將吸氣口 95A加工成一個或多個通孔即可。在這種情況下，放氣流體通路保持不變，吸氣流體通路變?yōu)樘坠墉h(huán)隙14-井口連接部分11 _井口連接裝置9A的空腔97A -吸氣口 95A -殼體20A的內(nèi)腔20A，-第二段吸氣通道7A，-吸氣控制裝置8A -第一段吸氣通道7A-聲激勵裝置2;或套管環(huán)隙14 -井口連接部分11 -井口連接裝置9A的空腔97A -吸氣口 95A -殼體20A的內(nèi)腔20A，-吸氣控制裝置8A -第一段吸氣通道7A -聲激勵裝置2A。
圖3示出了根據(jù)第三實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)1B。為了簡單起見，
同樣省去了與第一實施例相同的部分和相應(yīng)的描述。第三實施例與第二實施例的不同之處在于對第二實施例中的井口連接裝置9A進行了變化，且使傳感器10B在這種情況下設(shè)置在外殼20B上。此時，井口連接裝置至少保留井口連接部分94B。在至少保留有足以放置傳感器10B的一部分主體部分93B的情況下，傳感器10B也可設(shè)在主體部分93B上。顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，傳感器10B甚至可放置在聲激勵裝置20B、放氣控制裝置6B上，只要傳感器10B能夠探測到殼體20B的內(nèi)腔20B'內(nèi)的壓力即可。也可省去第二段放氣通道5B，和第二段吸氣通道7B'。在這種情況下，放氣流體通路變?yōu)槁暭钛b置2B-第一段放氣通道5B-放氣控制裝置6B -第二段放氣通道5B，-殼體20B的內(nèi)腔20B，-井口連接裝置9B的空腔97B -井口連接部分11 -套管環(huán)隙14;或聲激勵裝置2B -第一段放氣通道5B -放氣控制裝置6B -殼體20B的內(nèi)腔20B，-井口連接裝置9B的空腔97B -井口連接部分11 -套管環(huán)隙14。吸氣流體通路變?yōu)樘坠墉h(huán)隙14 -井口連接部分11 -井口連接裝置9B的空腔97B -殼體20B的內(nèi)腔20B'-第二段吸氣通道7B' _吸氣控制裝置8B -第一段吸氣通道7B -聲激勵裝置2B;或套管環(huán)隙14 -井口連接部分11 -井口連接裝置9B的空腔97B -殼體20B的內(nèi)腔20B'-吸氣控制裝置8B -第一段吸氣通道7B -聲激勵裝置2B。
圖4示出了根據(jù)第四實施例的抽油井液位測量系統(tǒng)1C。為了簡單起見，同樣省去了與第一實施例相同的部分和相應(yīng)的描述。第四實施例與第三實施例的不同之處在于對第三實施例中的殼體20B進行了改變，僅使放氣通道5C和5C，、吸氣通道7C和7C，、放氣控制裝置6C、吸氣控制裝置8C密閉放置在殼體20C內(nèi)。此時，顯然也可省去第二段放氣通道5C'和第二段吸氣通道7C，。在這種情況下，放氣流體通路和吸氣流體通路不變。
應(yīng)當指出，在第二、三和四實施例中，本地控制處理單元3可設(shè)置在殼體20A、 20B和20C上、內(nèi)或外。傳感器IOA、 10B和10C也不必按如上所述的方式設(shè)置，只要使傳感器能探測到聲激勵的回波即可。此外，由于實際中不需要對吸氣進行精確控制，只需在進行下次測量之前完成吸氣即可，因此，在某些情況下可以省去吸氣控制裝置和吸氣通道。另外，也可將放氣控制裝置和吸氣控制裝置與聲激勵裝置集成一體。甚至在某些情況下還可將放氣通道和吸氣通道與聲激勵裝置集成一體。
根據(jù)以上所述，抽油井液位測量方法具體如下(1)本地和或遠程控制處理單元控制聲激勵裝置通過與外界空氣隔絕的吸氣流體通路從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體，并壓縮存儲在聲激勵裝置中；(2)本地和/或遠程控制處理單元控制聲激勵裝置通過與外界空氣隔絕的放氣流體通路向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)
14射持續(xù)時間為tl的聲激勵，同時控制傳感器同步采集存儲一段時間t2內(nèi)的
回波數(shù)據(jù)；(3)在第一次聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集完成之后，本地和/或遠程控制處理單元控制聲激勵裝置通過與外界空氣隔絕的放氣流體通路再次向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為t3的聲激勵，同時控制傳感器同步采集存儲一段時間t4內(nèi)的回波數(shù)據(jù)；(4)通過本地和/或遠程控制處理單元或遠程控制處理單元對采集數(shù)據(jù)進行處理，計算出套管環(huán)隙內(nèi)的聲速和液面回波到達井口的時刻，最終獲得抽油井液位。
在抽油井液位測量方法的第一實施例中，tl=0-2s， t3》0.5s。在抽油井液位測量方法的第二實施例中，tl^0.5s， t3-0-2s。根據(jù)抽油井液位的一般深度，傳感器的兩次采集時間優(yōu)選為t2《30s， t4《30s。在另一實施例中，tl=0-2s， 0.5s《t3《t4。在又一實施例中，0.5s《tl《t2， t3=0-2s。
根據(jù)現(xiàn)場情況，采用可控的氣體壓縮裝置加壓氣體來產(chǎn)生聲激勵。該方法原理簡單，實現(xiàn)成本低。
下面，參看圖5-7描述井口連接裝置。圖5示出了井口連接裝置9的第一實施例。在該實施例中，整體上成大致圓柱形的井口連接裝置9包括大致圓筒狀主體部分93;大致圓筒狀連接部分94，其與主體部分93密封連接或一體形成；貫通的傳感器安裝口92，其大致垂直于主體部分93的中心軸線23設(shè)置在主體部分93上或一體形成，供安裝傳感器10用；貫通的吸氣口 95，其設(shè)置在主體部分93上或一體形成，用于與吸氣通道7'流體連通；大致平坦的端蓋91，其密封設(shè)置在主體部分93與連接部分94相反的端部處或與該端部一體形成；以及貫通的放氣口 96，其設(shè)置在端蓋91上或一體形成，用于與放氣通道5'流體連通，且優(yōu)選與主體部分93同心設(shè)置。
圖6示出了根據(jù)第二實施例的井口連接裝置9D。其與第一實施例不同之處在于傳感器安裝口 92D與主體部分93D的中心軸線23D成銳角地朝向連接部分94D設(shè)置在主體部分93D上或一體形成。從而，當發(fā)射聲激勵
15時，可防止強大的氣流直接沖擊傳感器，同時又能使傳感器朝向回波而有利于接收回波。
圖7示出了根據(jù)第三實施例的井口連接裝置9E。其與第一實施例不同之處在于:傳感器安裝口 92E與放氣口 96E并排貫通地設(shè)置在端蓋92E上。優(yōu)選使傳感器安裝口 92E的中心軸線24E平行于主體部分93E的中心軸線23E。類似地，當發(fā)射聲激勵時，可防止強大氣流直接沖擊傳感器10,同時又能使傳感器直接朝向回波而有利于接收回波。
在井口連接裝置的上述三個實施例中，原則上，吸氣口可與主體部分的中心軸線成任意角度設(shè)置，但優(yōu)選使吸氣口垂直于主體部分的軸線或與主體部分的中心軸線成銳角地朝向連接部分設(shè)置。顯然，吸氣口也可有利地設(shè)置在端蓋上。
除了以上實施方式以外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可想到傳感器安裝口的其他設(shè)置方式，只要能避開聲脈沖的直接沖擊同時又不影響回波接收即可。
在本發(fā)明提出的抽油井液位測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明又提出了一種抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。如圖8所示，抽油井采油工藝綜合控制系
統(tǒng)100包括根據(jù)本發(fā)明的抽油井液位測量系統(tǒng)1 (或1A; 1B; 1C)，其
用于測量抽油井液位；抽油機工作控制裝置101，其用于控制抽油井的工作過程；位移測量裝置102，其用于測量抽油機沖程；以及力測量裝置103，其用于測量抽油機抽吸力。它們之間可以以無線或有線方式通信。抽油井工作控制裝置101根據(jù)抽油井液位測量系統(tǒng)1測量的油井液位、位移測量裝置102測量的抽油機沖程、力測量裝置103測量的抽油機抽吸力控制抽油井的工作過程，優(yōu)化采油工藝。
1權(quán)利要求
1. 一種抽油井液位測量系統(tǒng)(1；1A；1B；1C)，包括聲激勵裝置(2；2A；2B；2C)，其用于發(fā)射持續(xù)時間可控的聲激勵，以及用于抽吸氣體和加壓儲存氣體；與外界空氣隔絕的放氣流體通路(2-5-6-5’-96-97-11-14；2A-5A-6A-5A’-96A-97A-11-14；2B-5B-6B-5B’-20B’-97B-11-14；2C-5C-6C-5C’-20C’-97C-11-14)，其用于將聲激勵裝置(2；2A；2B；2C)發(fā)射的聲激勵傳送引導(dǎo)到套管環(huán)隙(14)內(nèi)；與外界空氣隔絕的吸氣流體通路(14-11-97-95-7’-8-7-2；14-11-97A-95A-20A’-7A’-8A-7A-2A；14-11-97B-20B’-7B’-8B-7B-2B；14-11-97C-20C’-7C’-8C-7C-2C)，通過它可使得聲激勵裝置(2；2A；2B；2C)從套管環(huán)隙(14)內(nèi)抽吸氣體；傳感器(10；10A；10B；10C)，其被設(shè)置成在聲激勵發(fā)射時不會受到聲激勵的直接沖擊且能接收回波的位置處，用于探測壓力；以及本地控制處理單元(3)，其用于控制聲激勵裝置(2；2A；2B；2C)、放氣流體通路(2-5-6-5’-96-97-11-14；2A-5A-6A-5A’-96A-97A-11-14；2B-5B-6B-5B’-20B’-97B-11-14；2C-5C-6C-5C’-20C’-97C-11-14)、吸氣流體通路(14-11-97-95-7’-8-7-2；14-11-97A-95A-20A’-7A’-8A-7A-2A；14-11-97B-20B’-7B’-8B-7B-2B；14-11-97C-20C’-7C’-8C-7C-2C)和傳感器(10；10A；10B；10C)，使得可向套管環(huán)隙(14)內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間可控的聲激勵和從套管環(huán)隙(14)內(nèi)抽吸氣體，同時接收、存儲并處理從傳感器(10，10A，10B，10C)采集回的數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; 1B; 1C)，其 特征在于，還包括顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示液位測量數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1至2中任一所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; 1B; 1C)，其特征在于，還包括遠程控制處理單元(4)，所述遠程控制處理單元 (4)可與本地控制處理單元(3)通信，和/或直接控制聲激勵裝置(2; 2A;2B; 2C)、放氣流體通路(2 - 5 - 6 - 5， - 96 - 97 - 11 - 14; 2A - 5A - 6A -5A， - 96A - 97A - 11 - 14; 2B - 5B - 6B - 5B， - 20B， - 97B - 11 - 14; 2C -5C-6C-5C，-20C，-97C-11-14)、吸氣流體通路(14-11-97-95 -7，-8-7-2; 14-11 - 97A-95A-20A, - 7A， - 8A-7A-2A; 14-11 -97B - 20B， - 7B'-犯-7B - 2B; 14 - 11 - 97C - 20C， - 7C， - 8C - 7C -2C)和傳感器(10; 10A; 10B; IOC)。
4. 如權(quán)利要求1所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; 1B; 1C)，其特征在于，所述放氣流體通路(2 - 5 - 6 - 5， - 96 - 97 - 11 - 14; 2A - 5A -6A - 5A， - 96A - 97A - 11 - 14; 2B - 5B - 6B - 5B， - 20B， - 97B - 11 -14; 2C - 5C - 6C - 5C， - 20C， - 97C - 11 - 14)和所述吸氣流體通路(14 -11 - 97 - 95 - 7， - 8 - 7 - 2; 14 - 11 - 97A - 95A - 20A， - 7A， - 8A - 7A -2A; 14-11 - 97B-20B，-7B，-8B-7B-2B; 14 - 11 - 97C - 20C， - 7C， -8C-7C-2C)共用井口連接裝置(9， 9D， 9E; 9A; 9B; 9C)，所述井口連接裝置(9， 9D， 9E; 9A; 9B; 9C)用于與井口連接部分(11)密封流體連通。
5. 如權(quán)利要求4所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A)，其特征在于， 所述井口連接裝置(9; 9D; 9E)設(shè)有傳感器安裝口 (92; 92D; 92E)，所 述傳感器安裝口 (92; 92D; 92E)設(shè)置成使傳感器(10A; 10B)在聲激勵 發(fā)射時不會受到聲激勵的直接沖擊同時又可探測到回波。
6. 如權(quán)利要求1所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; IB; 1C)，其 特征在于，所述聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)是氣體壓縮裝置。
7. —種抽油井液位測量方法，包括以下步驟(1) 控制處理單元(3; 4)控制聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)通過 與外界空氣隔絕的吸氣流體通路(14- 11 -97-95 -7'-8-7-2; 14-11 -97A - 95A - 20A， - 7A， - 8A - 7A - 2A; 14 - 11 - 97B - 20B， - 7B， - 8B -7B - 2B; 14 - 11 - 97C — 20C， - 7C， - 8C - 7C - 2C)從套管環(huán)隙(14) 內(nèi)抽吸氣體，并壓縮存儲在聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)中；(2) 控制處理單元(3; 4)控制聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)通過 與外界空氣隔絕的放氣流體通路(2 - 5 - 6 - 5， - 96 - 97 - 11 - 14; 2A - 5A -6A - 5A， - 96A - 97A - 11 - 14; 2B - 5B - 6B - 5B， - 20B， - 97B - 11 -14; 2C-5C-6C-5C，-20C，-97C-11-14)向套管環(huán)隙(14)內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為tl的聲激勵，同時控制傳感器(10; 10A; 10B; 10C)同步采集 存儲一段時間t2內(nèi)的回波數(shù)據(jù)；(3) 在第一次聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集完成之后，控制處理單元(3; 4)控 制聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)通過與外界空氣隔絕的放氣流體通路(2 -5 - 6 - 5， - 96 - 97 - 11 - 14; 2A - 5A - 6A - 5A, - 96A - 97A - 11 - 14;2B - 5B - 6B - 5B， - 20B， - 97B - 11 - 14; 2C - 5C - 6C - 5C， - 20C， - 97C -11 - 14)再次向套管環(huán)隙(14)內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為t3的聲激勵，同時控制傳感器(10; 10A; 10B; 10C)同步采集存儲一段時間t4內(nèi)的回波數(shù)據(jù);以及(4) 通過控制處理單元(3; 4)對采集數(shù)據(jù)進行處理，計算出套管環(huán) 隙(14)內(nèi)的聲速和液面回波到達井口的時刻，最終獲得抽油井液位。
8. 如權(quán)利要求7所述的抽油井液位測量方法，其特征在于，tl =0 - 2s，t3^0.5s;或tlX).5s， t3=0-2s。
9. 如權(quán)利要求7所述的抽油井液位測量方法，其特征在于，優(yōu)選t2《 30s, t4《30s。
10. 如權(quán)利要求7所述的抽油井液位測量方法，其特征在于，tl=0 - 2s， 0.5s《t3《t4;或0.5s《tl《仏t3=0-2s。
11. 如權(quán)利要求7至10中任一所述的抽油井液位測量方法，其特征在于，在步驟(2)和(3)之間還可包括以下步驟控制處理單元(3; 4) 控制聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)通過與外界空氣隔絕的吸氣流體通路 (14 - 11 - 97 - 95 - 7' - 8 - 7 - 2; 14 - 11 - 97A - 95A - 20A， - 7A， - 8A -7A-2A; 14 - 11-97B - 20B'- 7B'- 8B - 7B - 2B; 14 - 11 - 97C - 20C， -7C'-8C-7C-2C)從套管環(huán)隙(14)內(nèi)抽吸氣體，并壓縮存儲在聲激 勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)中，從而為聲激勵裝置(2; 2A; 2B; 2C)補 充氣體。
12. —種抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)(100)，包括如權(quán)利要求1 至6中任一所述的抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; 1B; 1C)，其用于測量抽 油井液位；抽油機工作控制裝置(101)，其用于控制抽油井的工作過程； 位移測量裝置(102)，其用于測量抽油井的抽油機沖程；以及力測量裝置(103)，其用于測量抽油機抽吸力；抽油井液位測量系統(tǒng)(1; 1A; 1B; 1C)、抽油機工作控制裝置(101)、位移測量裝置(102)和力測量裝置(103) 之間可以以無線或有線方式通信，所述抽油井工作控制裝置(101)根據(jù)抽 油井液位測量系統(tǒng)(l; 1A; 1B; 1C)測量的油井液位、位移測量裝置(102) 測量的抽油機沖程、力測量裝置(103)測量的抽油機抽吸力控制抽油井的 工作過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抽油井液位測量系統(tǒng)、一種抽油井液位測量方法和一種抽油井采油工藝綜合控制系統(tǒng)。抽油井液位測量系統(tǒng)包括聲激勵裝置、與外界空氣隔絕的放氣流體通路、與外界空氣隔絕的吸氣流體通路、傳感器以及本地控制處理單元。抽油井液位測量方法包括步驟控制處理單元控制聲激勵裝置從套管環(huán)隙內(nèi)抽吸氣體；控制處理單元控制聲激勵裝置向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為t1的聲激勵；在第一次聲發(fā)射的數(shù)據(jù)采集完成之后，控制處理單元控制聲激勵裝置再次向套管環(huán)隙內(nèi)發(fā)射持續(xù)時間為t3的聲激勵；以及通過控制處理單元對采集數(shù)據(jù)進行處理，計算出抽油井液位。兩次聲發(fā)射的方法克服了傳統(tǒng)方法探測能力差，操作不便，存在安全隱患，測量精度低等缺點。
文檔編號E21B47/04GK101469609SQ20071030233
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者緒 周, 李枝梅, 王維光 申請人:李枝梅;王維光