本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)技術領域，具體涉及一種用頻差式次聲波發(fā)生器測量油井動液面的方法。

背景技術：

在油田生產過程中，動液面表示抽油井的油管和套管之間環(huán)空液面距離井底的高度，通常用來判斷地層壓力的高低，是反映地層供液能力的一個關鍵指標，成為確定合理沉沒度、制定合理工作制度的重要依據。目前測量動液面的方式有壓力傳感器測試、放空炮彈、氣動聲源測試等，由于壓力傳感器測試和放空炮彈方式存在操作復雜、安全性和可靠性相對較差等問題使用較少，氣動聲源是目前使用最廣的測量方式，利用聲波原理，主要分為聲波式和次聲波式兩種，聲波式存在信號強度衰竭嚴重、無法連續(xù)測量、需要多次作業(yè)才能得到準確結果等問題；而次聲波式雖然具有信號強度穩(wěn)定、不易衰減、可進行較長距離傳播的特點，但次聲波發(fā)生器由于存在各種問題而使其應用受到限制，比如目前應用最多的氣爆式次聲波發(fā)生器，需要專用的外部氣源進行供氣，經壓縮后氣爆產生次聲波，該方式產生的次聲波不可控，且不連續(xù)，測量結果不夠準確，而頻差式次聲波發(fā)生器主要利用聲波的非線性頻差來獲得低頻次聲波，雖然具有成本較低、頻率可調的優(yōu)點，但由于無法與現(xiàn)有油井設備配合使用，一直沒有用于油井動液面測量中。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用頻差式次聲波發(fā)生器測量油井動液面的方法，具有安全性高、作業(yè)成本和施工強度低、測量誤差小、連續(xù)且穩(wěn)定的優(yōu)點。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種用頻差式次聲波發(fā)生器測量油井動液面的方法，包括以下步驟：

(1)預安裝回音器

在油井下套管和下油管作業(yè)時，分別在每根套管接箍的內側和每根油管接箍的外側預裝反射次聲波的回音器；

(2)安裝頻差式次聲波發(fā)生器

將頻差式次聲波發(fā)生器安裝于井口上方，并與控制單元相連，控制單元再分別與井口的微音器以及遠端的上位機和示波器相連；

(3)測量操作

通過上位機給控制單元發(fā)出信號，進而產生次聲波并向井下發(fā)射，隨后，井口微音器接收井下回音器以及動液面反射回的次聲波反射波，再將次聲波反射波轉換為電信號并在示波器上顯示出來；

(4)計算動液面高度并實時傳輸

將電信號傳輸給ad采樣芯片，經過ad采樣芯片處理、計算得出動液面高度，并將結果傳送給上位機。

進一步的，所述頻差式次聲波發(fā)生器由超聲波發(fā)射裝置和次聲波合成裝置兩部分組成，該兩部分裝置通過換能器下接頭相連；所述超聲波發(fā)射裝置包括超聲波外筒，在超聲波外筒內部的一端設有換能器上接頭，所述換能器上接頭與超聲波換能器一端連接，換能器上接頭內部嵌裝有傳輸線，超聲波換能器的另一端穿過換能器下接頭；所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒，次聲波外筒一端外接于換能器下接頭，另一端的內部設有次聲波合成器，所述換能器下接頭、次聲波外筒和次聲波合成器三者形成空腔；所述次聲波合成器包括控制單元和次聲波合成單元fpga，控制單元一端配置的地址總線、數(shù)據總線和控制總線與次聲波合成單元fpga以并行傳輸方式相連，次聲波合成單元fpga再與數(shù)模轉換器和低通濾波器順序串行相連，所述控制單元還分別連接有輸入模塊、輸出模塊和通信端口。

進一步的，所述空腔內填充有氮氣。

進一步的，在所述微音器外側加裝一層抗非次聲波干擾、抗瞬時強氣壓沖擊的陶瓷層。

進一步的，所述控制單元為arm控制單元。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的先進性及有益效果為：

本發(fā)明由于使用了頻差式次聲波發(fā)生器產生次聲波，所以過程可控，并可對油井動液面進行實時連續(xù)地遠程無人監(jiān)測；無高壓氣體存在，所以具有較高的安全性，另外，由于信號強度衰減非常小、也無需外部設備配合，因而作業(yè)成本和施工強度低；除此而外，本發(fā)明回音器安裝在每根套管接箍和油管接箍處，相比于傳統(tǒng)的200-500米的安裝間距，反射波位置更加確定，而且回音器反射信號與動液面反射信號頻率差別明顯，所以測量誤差較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明動液面測量方法示意圖；

圖2為本發(fā)明動液面測量方法流程圖；

圖3為頻差式次聲波發(fā)生器結構示意圖；

圖4為改進后的微音器結構示意圖；

圖5為arm和fpga的模塊連接示意圖；

圖中：1、油管回音器，2、套管回音器，3、油管，4、套管，5、次聲波反射波，6、動液面，7、傳輸線，8、換能器上接頭，9、超聲波外筒，10、超聲波換能器，11、換能器下接頭，12、次聲波外筒，13、次聲波合成器，14、空腔，15、微音器，16、陶瓷層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的操作方法作詳細論述。

如圖1所示，一種用頻差式次聲波發(fā)生器測量油井動液面的方法，包括以下步驟：

(1)預安裝回音器

在油井下套管和下油管作業(yè)時，分別在每根套管接箍的內側安裝套管回音器2、每根油管接箍的外側預裝油管回音器1，回音器作為井口次聲波的反射器，可精確測出接箍所在位置；

(2)安裝頻差式次聲波發(fā)生器

參見圖4，將頻差式次聲波發(fā)生器安裝于井口上方，并與控制單元相連，控制單元再分別與井口的微音器以及遠端的上位機和示波器相連，所述微音器的外側加裝了一層陶瓷層，可起到抗非次聲波干擾、抗瞬時強氣壓沖擊的作用；

(3)測量操作

如圖2所示，通過上位機給控制單元arm發(fā)出信號，進而產生次聲波并向井下發(fā)射，隨后，井口微音器接收井下回音器以及動液面反射回的次聲波反射波5，再將次聲波反射波5轉換為電信號并在示波器上顯示出來；

(4)計算動液面高度并實時傳輸

將電信號傳輸給ad采樣芯片，經過ad采樣芯片處理、計算得出動液面高度，并將結果傳送給上位機。

如圖3所示，所述頻差式次聲波發(fā)生器由超聲波發(fā)射裝置和次聲波合成裝置兩部分組成，該兩部分裝置通過換能器下接頭11相連；所述超聲波發(fā)射裝置包括超聲波外筒9，在超聲波外筒9內部的一端設有換能器上接頭8，所述換能器上接頭8與超聲波換能器10一端連接，換能器上接頭8內部嵌裝有傳輸線7，超聲波換能器10的另一端穿過換能器下接頭11；所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒12，次聲波外筒12一端外接于換能器下接頭11，另一端的內部設有次聲波合成器13，所述換能器下接頭11、次聲波外筒12和次聲波合成器13三者形成的空腔14內部填充有氮氣，以減弱超聲波空化產生的副作用，能夠更加精確的控制頻率；

如圖5所示，所述次聲波合成器包括控制單元arm和次聲波合成單元fpga，控制單元端配置的地址總線、數(shù)據總線和控制總線和次聲波合成單元fpga以并行傳輸方式相連，次聲波合成單元fpga再與數(shù)模轉換器和低通濾波器順序串行相連，所述控制單元還分別連接有輸入模塊、輸出模塊和通信端口，所述控制單元arm主要提供數(shù)據的顯示功能，而次聲波合成單元fpga主要用來實現(xiàn)數(shù)據的高速采樣。

表1本發(fā)明方法測量的動液面值與目前現(xiàn)場測量值的對比

注：表1中的“。。。。。。”表示未展示出的中間數(shù)據。

從表1數(shù)據可知，對于三千多米的液面深度，目前現(xiàn)場的測量方法只有11個反射信號，而本發(fā)明每個接箍都有反射信號，最終的測量結果是，目前的測量方法誤差為9.8米，而本發(fā)明的測量誤差只有0.8米，結果表明，本發(fā)明相對于現(xiàn)有的方法，測量精度大大提高。

本發(fā)明的工作方法及原理為：

在下套管及下油管過程中，在每根套管接箍內測和每根油管接箍外側分別安裝回音器，其中，油管上的回音器反射波頻率低于套管上的回音器反射波頻率。當井口發(fā)射的次聲波向井下傳播過程中，遇到油套管接箍的回音器及動液面時，都會反射出不同頻率的反射波，反射波傳入微音器后，在微音器中轉換為電信號，并在示波器上顯示出來，電信號傳輸給ad采樣芯片，經過芯片計算得出井底液面位置，并將結果傳送給上位機。由于液體對次聲波具有吸附作用，導致次聲波頻率明顯降低，會產生一個低頻信號，根據低頻信號的出現(xiàn)可以判斷次聲波到達了動液面位置，分別計算套管接箍和油管接箍回音器上的反射信號數(shù)量，再結合每根套管或每根油管的長度，可分別計算出動液面所在深度，當兩者差值小于3米時，取其平均值即為最終結果，而當差值大于3米時，需重新發(fā)射次聲波再次測試。