本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量油井動(dòng)液面的頻差式次聲波發(fā)生器。

背景技術(shù)：

在油田生產(chǎn)過程中，動(dòng)液面指的是抽油井油套環(huán)空液面距離井底的高度，是反應(yīng)地層供液能力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，成為確定合理沉沒度、制定合理工作制度的重要依據(jù)。目前測(cè)量動(dòng)液面的方式主要有壓力傳感器測(cè)試、放空炮彈、氣動(dòng)聲源測(cè)試等。壓力傳感器測(cè)試和放空炮彈方式操作復(fù)雜、安全性和可靠性相對(duì)較差，而氣動(dòng)聲源檢測(cè)方式頻帶較寬，聲波衰竭嚴(yán)重，還因?yàn)榘谐暡ê痛温暡?，使得現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要多次測(cè)量才能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，增加了施工成本和作業(yè)強(qiáng)度。由于次聲波是頻率小于20hz的低頻聲波，具有信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定、不易衰減的特點(diǎn)，可進(jìn)行較長(zhǎng)距離的傳播，可被用來測(cè)定油井動(dòng)液面高度。

目前的次聲波發(fā)生器主要有五種類型：(1)氣爆式次聲波發(fā)生器：該發(fā)生器強(qiáng)度較低，近距離使用才有效，(2)爆彈式次聲波發(fā)生器：使用時(shí)需要控制好云霧團(tuán)的數(shù)量和起爆時(shí)間間隔，才能獲得所需頻率的次聲波，(3)管式次聲波發(fā)生器：需要管子必須足夠長(zhǎng)才可產(chǎn)生所需頻率的次聲波，攜帶及安裝極為不便，(4)揚(yáng)聲器式次聲波發(fā)生器：要產(chǎn)生一定強(qiáng)度的次聲波，除要求較高的振幅外，還必須使振動(dòng)膜面積足夠大，其周長(zhǎng)大致要與次聲波波長(zhǎng)相當(dāng)，

(5)頻差式次聲波發(fā)生器：成本較低、頻率可調(diào)。

盡管頻差式次聲波發(fā)生器具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于無法與現(xiàn)有油井設(shè)備配合使用，一直沒有用于油井動(dòng)液面測(cè)量中，所以，目前僅有氣爆式次聲波發(fā)生器被用于測(cè)量油井動(dòng)液面，但其需要專用的外部氣源進(jìn)行供氣，經(jīng)壓縮后氣爆產(chǎn)生次聲波，該方式產(chǎn)生的次聲波不可控，且不連續(xù)，測(cè)量結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量油井動(dòng)液面的頻差式次聲波發(fā)生器，不需要外接電源和氣源、具有頻率可控、連續(xù)且穩(wěn)定的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種測(cè)量油井動(dòng)液面的頻差式次聲波發(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(nèi)部的一端設(shè)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(nèi)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(nèi)部設(shè)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arm和次聲波合成單元fpga，控制單元arm一端配置的地址總線、數(shù)據(jù)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的兩個(gè)輸出端分別連有數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅰ和數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅱ，數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅰ和數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅱ再分別連有低通濾波器a和低通濾波器b，所述控制單元arm還分別連接有輸入模塊、輸出模塊和通信端口。

進(jìn)一步的，所述空腔內(nèi)填充有氮?dú)狻?/p>

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的先進(jìn)性及有益效果為：

本發(fā)明將傳統(tǒng)的單片機(jī)改為了控制單元arm，其不僅可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的所有功能，還留有可編程接口，可進(jìn)行其它的后續(xù)擴(kuò)展應(yīng)用，比如通過監(jiān)測(cè)到的動(dòng)液面高度，自動(dòng)控制注水量等；由于頻差式次聲波合成器可連續(xù)發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生次聲波，所以可對(duì)油井動(dòng)液面進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)；本發(fā)明還可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)次聲波頻率進(jìn)行控制，因而測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確；次聲波空腔內(nèi)填充的氮?dú)?，可有效避免超聲波空化產(chǎn)生的副作用，能夠更加精確的控制頻率。

附圖說明

圖1是頻差式次聲波合成器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是次聲波合成器的外部電路圖；

圖中：1、超聲波外筒，2、超聲波換能器，3、換能器上接頭，4、換能器下接頭，5、次聲波外筒，6、次聲波合成器，7、傳輸線，8、空腔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)論述。

如圖1所示，一種測(cè)量油井動(dòng)液面的頻差式次聲波發(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4相連；所述超聲波發(fā)射裝置包括超聲波外筒1，在超聲波外筒1內(nèi)部的一端設(shè)有換能器上接頭3，所述換能器上接頭3與超聲波換能器2一端連接，換能器上接頭3內(nèi)部嵌裝有傳輸線7，傳輸線7用于合成器外部控制系統(tǒng)與超聲波換能器2之間的通信，超聲波換能器2的另一端穿過換能器下接頭4；所述次聲波合成裝置包括次聲波外筒5，次聲波外筒5一端外接于換能器下接頭4，另一端的內(nèi)部設(shè)有次聲波合成器6，所述換能器下接頭4、次聲波外筒5和次聲波合成器6三者形成的空腔8內(nèi)填充有氮?dú)?，以減弱超聲波空化產(chǎn)生的副作用，能夠更加精確的控制頻率；

如圖2所示，所述次聲波合成器6包括控制單元arm和次聲波合成單元fpga，控制單元arm一端配置的地址總線、數(shù)據(jù)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的兩個(gè)輸出端分別連有數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅰ和數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅱ，數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅰ和數(shù)模轉(zhuǎn)換器ⅱ再分別連有低通濾波器a和低通濾波器b，所述控制單元arm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(jù)的顯示功能，而次聲波合成單元fpga主要用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采樣，通信端口用于信號(hào)的無線遠(yuǎn)程傳輸。

本發(fā)明的工作原理為：首先通過上位機(jī)給控制單元arm發(fā)出信號(hào)，然后控制超聲波換能器發(fā)出兩列超聲波，要求該兩列超聲波為同相、頻率差小于20hz的高頻正弦波，該兩列高頻正弦波f1和f2在次聲波合成器中生成一列頻率小于20hz次聲波，再經(jīng)過濾波處理，得到所需頻率的次聲波；當(dāng)用于測(cè)量油井動(dòng)液面時(shí)，次聲波向井下傳播，遇到油套管接箍及動(dòng)液面時(shí)，反射出不同頻率的反射波，被ad芯片接收、處理后，最終得到動(dòng)液面高度。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種測(cè)量油井動(dòng)液面的頻差式次聲波發(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，并通過換能器下接頭相連；超聲波發(fā)射裝置包括超聲波外筒，在外筒內(nèi)部的一端設(shè)有換能器上接頭，該上接頭內(nèi)部嵌裝有傳輸線、并與超聲波換能器一端連接，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，外筒一端外接于換能器下接頭，另一端的內(nèi)部設(shè)有次聲波合成器，下接頭、次聲波外筒和次聲波合成器三者形成空腔；次聲波合成器包括控制單元ARM，ARM端的地址總線、數(shù)據(jù)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；本發(fā)明預(yù)留了可編程接口，可進(jìn)行其它的后續(xù)擴(kuò)展應(yīng)用，能夠?qū)?dòng)液面實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，可精確控制頻率。

技術(shù)研發(fā)人員：周德勝;楊華;張楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安石油大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.09.08