基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置及方法。包括置于地面的信号调理系统、标准声源、多通道大功率D类数字功率放大器、第一电声器件、第二电声器件、声波合路波导管和井口声波接收器件，通过标准声源产生两路或者多路音频信号，经过功率放大器放大后馈入各个电声器件产生音频声波信号，经耦合后馈入井下，经油井动液面反射后通过测量其回波信号与馈入声波信号的时间差，计算出油井动液面的深度。本发明专利技术通过声波耦合管可以实现理论上无限制地放大声波功率，同时可以根据井下的音频特性动态改变所用频率，从而保证了系统能适用于不同深度和井况的各种应用条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置及方法。
技术介绍
对于油井动液面的深度探测有很多种方法，最常用的是回声法，浮筒法和压力计探测法。回声法的缺点是容易受到油套中泡沫段的影响，增加液面计算误差；因为浮筒法不能进行带压测试，一般应用于油套环形空间没有压力的环空和敞开井口的作业井使用；压力计探测法虽然适用于一切油水井，但是操作复杂，施工周期长，而且选择合适的悬停点十分重要，对技术人员要求比较高。回声法中，次声波测量技术应用于油井液面测试具有其独特的优越性。由于次声波频率较低，气态介质对次声波的吸收系数很小,在气态介质传播过程中能量衰减很小，使次声波具有良好的穿透能力，不受油井中气体和泡沫层的干扰，能有效的避免“假液面”对于液面结果的干扰。但是该技术严重依赖于事先测得的液面数据，而且体积很大，与井口耦合难度较大；来自地层中的次声波，对于信号的测量带来严重的干扰；人体和工作机械的固有频率也属于次声波段，容易引起共振危险。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置及方法。本专利技术所采用的音频声波装置和方法可解决以往基于次声波的油井动液面测量装置存在一系列问题，如：次声波源设计困难，井口耦合难度较大，地层次声波干扰严重等。本专利技术采用的技术方案是：一、一种基于音频电声系统的油井动液面深度探测方法：通过标准声源产生两路或者多路特定频率的音频信号，经过功率放大器放大后馈入各个电声器件产生音频声波信号，经耦合后馈入井下，经油井动液面反射后通过测量其回波信号与馈入声波信号的时间差，计算出油井动液面的深度，以实现单频点、多载波和扫频的不同工作模式。本专利技术选择音频声波电声器件作为声源馈入油井，利用回波法对动液面进行实时监测。测量过程中，通过对馈入井下的音频声波信号进行扫频，检测回波信号声
压，获知能够将足够能量馈入井下的最佳声波频率，然后利用最佳声波频率作为激励的音频声波信号，对该油井的井下动液面进行实时监测。以回波信号的信号强度最大所对应的音频声波信号作为最佳声波频率。所述的标准声源产生多路的音频声波信号和一路载波音频信号。本专利技术采用的音频声波窄带数字调制方法，充分利用环空的带通声学特点，以及谐振式换能器的高Q、窄带特点，通过聚集声波谱密度，在相同功率下可以有效提高10dB以上的信噪比，保证更多的声波能量能够满足较深的井况条件。所述的音频声波信号频率在20Hz-1200Hz范围。二、一种基于音频电声系统的油井动液面深度探测装置：本专利技术包括置于地面的信号调理系统、标准声源、多通道大功率的D类数字功率放大器、第一电声器件、第二电声器件、声波合路波导管和井口声波接收器件，标准声源经多通道大功率D类数字功率放大器分别与第一电声器件、第二电声器件连接，第一电声器件、第二电声器件连接到声波合路波导管输出声波，声波由井口声波接收器件接收，井口声波接收器件和标准声源均连接到信号调理系统。所述声波合路波导管的输出端和井口声波接收器件的接收端均置于放置在油井井口的油管道口处。所述的双通道功率放大器具有两个独立的信道分别处理标准声源发送过来的两个信号。通过所述标准声源产生一路音频声波信号和一路载波信号，经多通道大功率D类数字功率放大器进行放大之后，分别驱动第一电声器件和第二电声器件产生一路音频声波信号和一路载波信号，通过声波合路波导管将音频声波信号在载波信号的频率下进行窄带数字调制合路之后馈入井下；井口声波接收器件接收回波信号和标准声源的输出信号一起发送到信号调理系统，信号调理系统可采用计算机。信号调理系统通过载波扫频测量，位于井口的声波接收器件采集经由动液面反射回来的声波信号，得出所测油井环空的频率特性，地面信号调理系统将反馈结果进行分析，得出最佳的音频声波频率。将标准声源调节到最佳音频声波的频率工作，使产生的声波信号能最有效的馈入油井，实时观察油井生产变化。该装置通过声波合路器件对多路音频声波进行窄带数字频率载波调制，可以根据不同油井状况选择最佳的载波频率。该装置可以针对所测油井采取单频点，多载波，扫频等方式进行音频声波
油井动液面探测。多通道D类功率放大器和音频电声器件可以实现声波调制，理论上可以对声波进行无限制功率放大，具备足够大的声波功率容量，同时具有进一步、无限制增加功率的能力，从而保证了系统能适用于不同深度和井况的各种应用条件。相比于传统回声法测油井动液面所采用的次声波，本专利技术采用的音频声波具有以下优点：本专利技术方法相比于传统的油井动液面深度测量方法中采用次声波小于10Hz的声波作为声源，选取了音频声波20Hz-1200Hz作为声源。这样避免了次声波的声源难以制造，与井口耦合难度较大等问题。在理论研究的基础上，本方法还通过实时获取音频声波波段的最佳频点，可以满足对于井下复杂情况下的深度探测。本专利技术方法的电声器件通过将大功率声波导管，阻抗转换段，波导连接段，声波合路器，以及与大三通接口恰当连接，使声波以最小的反射波进入环空区域。本专利技术选择的多通道D类数字功率放大器很好的避免了传统的A类和AB类模拟放大器笨重，耗电，功率低，效率低，工频声干扰大，大功率线性度差等缺点。本专利技术设计的电声器件所发出的声波可以通过数字控制的方式实现单频点，多载波或者扫频，可以根据具体的情况选择最佳的声波频率，保证发送信号的质量，降低整个系统的通信误码率，从而实现最优的测试效果。本专利技术针对不同油井对于音频声波的传播特性不同，该方法可以通过扫频确定所测油井所适用的最佳声波频段，从而确保测量操作中有足够的功率馈入油井。附图说明附图1是本专利技术装置结构示意图。附图2是油管接箍仿真模型轴截面图。附图3是油井环空的带通特性。附图4是金属声波合路耦合导管。图中：1、标准声源，2、D类数字功率放大器，3、第一电声器件，4、第二电声器件，5、声波合路波导管，6、信号调理系统，7、井口声波接收系统，8、油管，9、箍管，10、套管。具体实施方法下面结合附图1对本专利技术作进一步说明。本专利技术的具体实施例及其实施过程如下：如图1所示，实施装置包括置于地面的信号调理系统6、标准声源1、多通道大功率的D类数字功率放大器2、第一电声器件3、第二电声器件4、声波合路波导管5和井口声波接收器件7，标准声源1经多通道大功率D类数字功率放大器2分别与第一电声器件3、第二电声器件4连接，双通道功率放大器2具有两个独立的信道分别处理标准声源1发送过来的两个信号，第一电声器件3、第二电声器件4连接到声波合路波导管5输出声波，如图4所示，两个声波信号经声波合路耦合导管合路窄带调制后输出，声波由井口声波接收器件7接收，井口声波接收器件7和标准声源1均连接到信号调理系统6。声波合路波导管5的输出端和井口声波接收器件7的接收端均置于放置在油井井口的油管道口处。如图2所示，油管道包括油管8、箍管9和套管10，油管8套在套管10中，相邻两根油管8之间通过箍管9连接。声波合路波导管5和井口声波接收器件7均安装在油管8管口处。将油管下入油井，利用标准声源1产生一组扫频信号，对所测油井进行扫频测量；产生的信号经过多通道大功率D类功率放大器2放大之后激励第一电声器件3、第一电声器件4等，产生多路音频声波信号与一路特定频率的载波信号；经过声波合路耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：通过标准声源产生两路或者多路音频信号，经过功率放大器放大后馈入各个电声器件产生音频声波信号，经耦合后馈入井下，经油井动液面反射后通过测量其回波信号与馈入声波信号的时间差，计算出油井动液面的深度，以实现单频点、多载波和扫频的不同工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：通过标准声源产生两路或者多路音频信号，经过功率放大器放大后馈入各个电声器件产生音频声波信号，经耦合后馈入井下，经油井动液面反射后通过测量其回波信号与馈入声波信号的时间差，计算出油井动液面的深度，以实现单频点、多载波和扫频的不同工作模式。2.根据权利要求1所述的一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：测量过程中，通过对馈入井下的音频声波信号进行扫频，检测回波信号声压，获知能够将足够能量馈入井下的最佳声波频率，然后利用最佳声波频率作为激励的音频声波信号，对该油井的井下动液面进行实时监测。3.根据权利要求2所述的一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：以回波信号的信号强度最大所对应的音频声波信号作为最佳声波频率。4.根据权利要求2所述的一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：所述的标准声源产生多路的音频声波信号和一路载波音频信号。5.根据权利要求1所述的一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测方法，其特征在于：所述的音频声波信号频率在20Hz-1200Hz范围。6.一种基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置，其特征在于：包括置于地面的信号调理系统(6)、标准声源(1)、D类数字功率放大器(2)、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐小康，王燕嵩，张宝辉，冉立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33