專利名稱：油井無線傳輸壓力溫度參數(shù)聲波檢測裝置的制作方法
一種涉及利用聲傳輸檢測油井井下參數(shù)(井溫、井壓)的油井無線傳輸壓力溫度參數(shù)的聲波檢測裝置。
已有井溫、井壓等參數(shù)的觀測方法甚多，但從井下向地面?zhèn)鬏斝盘枀⒘康姆椒ň捎脤ｉT敷設(shè)的電纜的有線傳輸。這就必須將電纜及所需參數(shù)的相應(yīng)傳感器穿過油管與圍管之間的間隙，送入井下，井下諸傳感器獲得的信號再通過該敷設(shè)的電纜輸送到地面的接收裝置。鑒于大多數(shù)油井圍管與油管之間隙較小，且油井深達數(shù)千米以上，因此往往需停產(chǎn)將電纜放到井底，加上一年內(nèi)又要進行多次測試，因而費時費力耗資巨大，影響采油量。而上述這些測井參數(shù)設(shè)備多數(shù)還需進口，價格昂貴，耗費大量外匯。
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點，提供一種及時準確了解井下壓力溫度，以方便對井況做出正確判斷的油井無線傳輸相關(guān)參數(shù)的檢測裝置和方法。
本發(fā)明是這樣實施的通過井下設(shè)置的傳感器將壓力、溫度參數(shù)編碼成聲信號，經(jīng)專門設(shè)計的聲發(fā)射換能器及相應(yīng)的發(fā)射電路構(gòu)成的井下發(fā)射裝置，以油管本身作為信號傳輸通道送至井口處，由聲接收換能器等組成的井上接收裝置，經(jīng)譯碼后實時獲得井下有關(guān)參數(shù)。具體在油管下端設(shè)置發(fā)射裝置，發(fā)射一定頻率的電信號供給聲發(fā)射換能器，利用其產(chǎn)生的壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換成相同頻率的聲信號，該聲信號沿油管向上傳播，在油管的另一端(井口)安裝聲接收換能器，將從油管中接收到的聲信號通過反壓電效應(yīng)，轉(zhuǎn)換成同一頻率的電信號，再由相應(yīng)的接收電路構(gòu)成的井上接收裝置放大、顯示和記錄。溫度傳感亦然。
下面結(jié)合附圖詳細給出本發(fā)明的具體實施例。


圖1聲發(fā)射(接收)換能器剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意3井下發(fā)射裝置電原理方框4井上接收裝置電原理方框圖其中1.壓力傳感器；2.壓—頻變換器；3.溫—頻變換器；4.溫度傳感器；5.電源；6.晶振及分頻器；7.發(fā)射控制電路；8.周期分頻器；9.溫—壓轉(zhuǎn)換器；10.電子開關(guān)電路；11.開機控制電路；12.定時器電路；13.關(guān)機控制電路；14.波形變換電路；15.電壓放大電路；16.功率放大電路；17.聲發(fā)射換能器；18.聲接收換能器；19.選頻前置放大器；20.鎖相放大器；21.記錄器；22.顯示器；23.井上接收裝置；24.油管；25.圍管；26.井下發(fā)射裝置；27.油層；28.篩管； 29.外殼；30.外螺紋；31.前蓋板；32.壓電陶瓷圓片堆；33.予應(yīng)力螺桿；34.電極圓片；35.后負載體。
如圖2所示，本裝置由包括壓力傳感器1、溫度傳感器4、聲發(fā)射換能器17及相應(yīng)的發(fā)射電路構(gòu)成的井下發(fā)射裝置26和包括聲接收換能器18，先后與之連接的選頻前置放大器19，鎖相放大器20和記錄器21及顯示器22構(gòu)成的井上接收裝置23兩大部分組成。其中上述井上接收裝置23中的聲接收換能器18的前蓋板之前端面用螺栓與井口處油管內(nèi)側(cè)面固定在一起。其電輸出信號與選頻前置放大器19相連，之后與鎖相放大器20及顯示器22和記錄器21相連。上述井下發(fā)射裝置26，密封在金屬殼體內(nèi)并用外螺紋30固定在篩管28下端，使其內(nèi)的聲發(fā)射換能器17前蓋板的前端面跟篩管28內(nèi)側(cè)面固定為—體。該聲發(fā)射換能器17作為井下發(fā)射電路的負載與功率放大電路16和電壓放大電路15相連。而感受端的壓力傳感器1和溫度傳感器4，當井下的壓力(或溫度)變化時輸出的模擬信號分別經(jīng)壓—頻變換器2和溫—頻變換器3轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號頻率施加在溫—壓轉(zhuǎn)換器9上，該溫壓轉(zhuǎn)換器9受控于定時器電路12，開、關(guān)機控制電路11、13，電子開關(guān)電路10及周期分頻器8，發(fā)射控制電路7，使壓力—溫度信號按要求輪番轉(zhuǎn)換和發(fā)射，當壓力溫度參數(shù)皆發(fā)射完畢之后，自動關(guān)閉電源，使整個裝置處于待命狀態(tài)。該狀態(tài)耗電10μA，發(fā)射時耗電400mA左右。技術(shù)上保證根據(jù)壓力(或溫度)分頻后的數(shù)字信號，控制由晶振及分頻器8，波形轉(zhuǎn)換電路14，電壓放大電路15和功率放大電路16構(gòu)成的換能器電路，即該電路為聲發(fā)射換能器提供頻率穩(wěn)定、發(fā)射占空比受壓力(或溫度)控制的載頻聲脈沖使聲發(fā)射換能器17按所檢測壓力(或溫度)的周期向地面發(fā)射與之相應(yīng)的聲信號。以油管為傳輸媒質(zhì)向地面發(fā)射。為使發(fā)射頻率穩(wěn)定，可以采用晶振電路，晶振分頻后得到最佳傳輸頻帶，以提高聲發(fā)射換能器17的電—聲轉(zhuǎn)換效率。上述壓力傳感器1可采用張弦傳感器，溫度傳感器4為熱敏電阻。電源5則采用高容量高溫鋰電池。應(yīng)該強調(diào)整個井下發(fā)射裝置26在井下的耐溫、耐壓及密封性能相當重要，除了壓敏傳感器1的敏感頭外其它皆密封在金屬外殼29內(nèi)。
本裝置實現(xiàn)電—聲轉(zhuǎn)換的聲發(fā)射換能器17和聲—電轉(zhuǎn)換的聲接收換能器18在結(jié)構(gòu)上類似的，其尺寸不同。作為示例如圖1所示，聲發(fā)射換能器17的驅(qū)動元件是由多只并聯(lián)壓電陶瓷圓片堆迭成，并憑借予應(yīng)力螺桿33將柱狀后負載體35和帶有圓錐孔的圓臺狀前蓋板31，把壓電陶瓷圓片堆32固定在其間成—體。在電路上與功率放大電路16相連，并應(yīng)用于幾千周以下的聲低頻波段。本裝置采用八只鋯鈦酸鉛壓電陶瓷圓片，片間用導(dǎo)電膠粘結(jié)吻合的電極圓片34是用康銅片制成的圓片與供并聯(lián)連結(jié)的突角部。為減少聲傳輸損耗，使聲傳輸能量集中向輸油管壁中傳輸，將前蓋板31的前端面設(shè)計成圓錐孔狀，錐頂角θ在32°～40°范圍內(nèi)(聲接收換能器的錐頂角則為θ′≈3θ)，可選用金屬材料硬鋁制成，上述后負載體35和予應(yīng)力螺桿33皆選用45#鋼制成。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種利用低頻聲波段和以油管作為聲傳輸信息通道的方法及其相應(yīng)的井下發(fā)射裝置和井上接收裝置，憑借專門設(shè)計的聲發(fā)射換能器和聲接收換能器可獲得高效率的電—聲—電能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了油井壓力溫度參數(shù)的無電纜傳輸?shù)姆奖銓嵱玫谋O(jiān)測。應(yīng)該指出，聲傳輸信號對不同井深、不同井況，應(yīng)尋求其最佳聲頻傳輸頻帶，以盡量減少傳輸信號的衰減，提高監(jiān)測距離。本裝置初步實測已可達2千米，安裝使用方便，大量節(jié)省資財。
權(quán)利要求
1.一種油井無線傳輸壓力溫度參數(shù)聲波檢測裝置，其特征在于它是由包括壓力傳感器[1]、溫度傳感器[4]、聲發(fā)射換能器[17]及相應(yīng)的發(fā)射電路構(gòu)成的井下發(fā)射裝置[26]和包括聲接收換能器[18]、選頻前置放大器[19]、鎖相放大器[20]以及記錄器[21]、顯示器[22]構(gòu)成的井上接收裝置[23]組成，其中a).除壓敏傳感器[1]的敏感頭外皆密封在金屬外殼[29]內(nèi)的井下發(fā)射裝置[26]，用外螺紋[30]固定在篩管[28]下端，使其內(nèi)的聲發(fā)射換能器[17]前蓋板[31]的前端面跟篩管[28]的內(nèi)側(cè)面固定為一體，作為井下發(fā)射電路負載的聲發(fā)射換能器[17]則與功率放大器[16]和電壓放大器相連；b).井上接收裝置[23]中的聲接收換能器[18]前蓋板之前端面用螺栓與井口處油管[24]內(nèi)側(cè)面固定一起，其電輸出信號與選頻前置放大器[19]相連，之后與鎖相放大器[20]、記錄器[21]和顯示器[22]相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于井下發(fā)射裝置[26]和井上接收裝置[23]是利用幾千周以下的低頻聲波段和油管[24]作為聲傳輸信息的通道的方法實現(xiàn)無電纜檢測的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上述聲發(fā)射換能器[17]由堆迭的多只并聯(lián)壓電陶瓷圓片[32]，憑借予應(yīng)力螺桿[33]將后負載體[35]和帶有圓錐孔的圓臺狀前蓋板[31]把壓電陶瓷圓片堆[32]固定在其間成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于聲發(fā)射換能器[17]的前蓋板[3]的前端面錐頂角在32°～40°之間。
全文摘要
一種油井無線傳輸壓力溫度參數(shù)聲波檢測裝置，是由壓力傳感器、溫度傳感器、聲發(fā)射換能器及相應(yīng)的井下發(fā)射電路構(gòu)成的井下發(fā)射裝置和由聲接收換能器、選頻前置放大器、鎖相放大器和顯示器等構(gòu)成的井上接收裝置組成。其特征是利用低頻聲波段和以油管作為聲傳輸信息通道的方法，及專門設(shè)計成帶錐頂角θ的聲發(fā)射換能器和接收換能器，獲得高效率的電—聲—電的能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無電纜傳輸，可隨時監(jiān)測井底諸參數(shù)，安裝使用方便，大量節(jié)省資財。
文檔編號E21B47/14GK1124319SQ9411421
公開日1996年6月12日 申請日期1994年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月5日
發(fā)明者路德明, 孫志楷, 孫曉光, 龍洪彬, 李中玉, 鄒華明, 劉廣智 申請人:青島海洋大學