專利名稱：井下無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電變量測量裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種油氣井生產(chǎn)過程中用于井下動態(tài)遙控監(jiān)測的井下無電纜遙測裝置信號發(fā)射器。
背景技術(shù)：
目前全國有幾十萬口抽油井在生產(chǎn)過程中均存在有各種各樣的井下測試問題，其中大約1/3的井按有關(guān)規(guī)定和需要每年進(jìn)行諸如溫度、壓力及流量等井下參數(shù)的測量或常年井下動態(tài)監(jiān)測，工作量相當(dāng)之大。現(xiàn)有技術(shù)已為公知的井下動態(tài)監(jiān)測裝置包括分別采用雙油管法、起泵測壓法、臨時氣舉法、綁扎環(huán)空電纜監(jiān)測法、毛細(xì)鋼管監(jiān)測法及環(huán)空測試法等的常規(guī)電纜形式的監(jiān)測裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，受結(jié)構(gòu)原理的制約，這些裝置相應(yīng)存在有測量參數(shù)少、精度差、操作難度大、現(xiàn)場施工不便、施工費(fèi)用昂貴以及不利于油井與油田管理等缺陷。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，抽油井開采技術(shù)越來越新穎，而使用電纜的常規(guī)測試方法與設(shè)備已很難適應(yīng)現(xiàn)代化油井的生產(chǎn)需要。為此，本領(lǐng)域工程技術(shù)人員近年來一直致力于尋找不用電纜的井下測試技術(shù)，或者又稱為井下無電纜數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)DNTD(Downhole Nonwire TransmittedData)以滿足現(xiàn)代抽油井生產(chǎn)的需要。
DNTD的技術(shù)設(shè)備主要包括地面接收部分和井下信號發(fā)射部分，其中井下信號發(fā)射部分與井下無電纜信號通道密切相關(guān)。就抽油井而言，井內(nèi)的鋼鐵介質(zhì)、地層、巖石和充滿井筒的水均可構(gòu)成井下無電纜信號傳輸?shù)耐ǖ?，而這類通道可以借助電場、磁場或聲場發(fā)揮其作用，特別是聲場的用途更為廣泛。由于聲波在鋼鐵介質(zhì)中的傳播速度很快(C＝5000m/s)，因此可以用做遠(yuǎn)距離傳輸信息，這點(diǎn)已在生產(chǎn)與生活實(shí)踐中得到證實(shí)。存在的問題是雖然聲波在同種材質(zhì)的鋼鐵介質(zhì)中傳播時，幾乎無衰減，但當(dāng)其遇到不同材料的界面或同種材料的界面時，均將發(fā)生聲反射和聲折射，造成聲波信號不同程度的衰減；當(dāng)利用油管柱推送儀器設(shè)備下井后，它們就成為聲波信號的傳播介質(zhì)，而油管的接箍雖為同種鋼材，是聲波信號的良導(dǎo)體，但在接箍的絲扣連接處卻將發(fā)生多次聲反射，這樣勢必造成聲能波量的衰減，影響監(jiān)測效果。顯然，研制可充分利用發(fā)射聲能量的井下信號發(fā)射器應(yīng)是實(shí)現(xiàn)DNTD技術(shù)的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，進(jìn)而提供一種結(jié)構(gòu)性能合理、使用方便、有利于井下聲波信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)木聼o電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器。
用于實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是這樣的所提供的井下無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器是一種利用電榔頭(Electrical Hammer)沖擊結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生合適固有頻率聲波的信號傳輸儀器，它具有同軸設(shè)置的外殼和電磁動力線圈，在電磁動力線圈內(nèi)設(shè)有可沿線圈軸向運(yùn)動的發(fā)聲錘，在動力線圈兩端裝有固定支撐銜鐵。工作中，通過油管柱將該置信號發(fā)射器于井下，當(dāng)電信號加至電磁動力線圈時，設(shè)于線圈內(nèi)的發(fā)聲錘立即沖擊一端的固定支撐銜鐵而產(chǎn)生強(qiáng)勁的聲波信號，聲波信號被耦合至儀器外殼和/或油管柱后，進(jìn)而再被傳輸至井口的信號接收儀器，使油田工作人員得以方便并準(zhǔn)確地獲取井下動態(tài)監(jiān)測資料。
對井下聲波信號發(fā)射器而言，發(fā)射聲波的固有頻率越高，衰減系數(shù)將迅速增加，但固有頻率太低又容易遭受環(huán)境噪聲的干擾(井場噪聲干擾背景大約在0.5～1.6KHz之間，以1KHz最為嚴(yán)重)，而若把固有頻率定在500Hz以下時，又會使信號發(fā)射器的徑向尺寸過大，難以下入井中。本實(shí)用新型發(fā)射聲波的固有頻率在2KHz左右，該頻率的確定可使儀器在井下幾何空間允許條件下的聲強(qiáng)度值盡可能大，同時亦可使聲波的反射系數(shù)不致過大，保證其與油管柱具有很好的聲耦合特性，有利于井下聲波信號不受環(huán)境干擾地遠(yuǎn)距離傳送。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述井下無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器的結(jié)構(gòu)性能合理、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)，該儀器的外型非常小巧，便于攜帶，一般可利用油井檢泵時順便將它們帶下井，從而簡化了施工工藝，在井下它們可以每天或隨時向地面發(fā)送信號，傳輸井下動態(tài)資料，實(shí)現(xiàn)井下無電纜地面解讀解決了油田工程技術(shù)人員長期以來在此技術(shù)問題上的迫切需要；如果在油田采油井的數(shù)口井內(nèi)同時安裝具有該信號發(fā)射器的電子測試設(shè)備，就可以通過這些井的井下資料了解到該采油廠或該區(qū)塊油層的動態(tài)變化情況，它對于調(diào)整油田開發(fā)設(shè)計或調(diào)整生產(chǎn)措施等都能發(fā)揮極重要的作用；此外，相對于常規(guī)儀器僅能在井下監(jiān)測幾天或幾十天的現(xiàn)狀，該信號發(fā)射器在井下停留時間可長達(dá)一年之久，完全可以滿足一個檢泵周期內(nèi)井下動態(tài)監(jiān)測的需要。
本實(shí)用新型的實(shí)際結(jié)構(gòu)包括適于在垂直井內(nèi)設(shè)置的垂向信號發(fā)射器、適于在水平井內(nèi)設(shè)置的軸向信號發(fā)射器以及適于在斜井內(nèi)設(shè)置的徑向信號發(fā)射器三種類型，其中垂向信號發(fā)射器為基本型儀器，軸向信號發(fā)射器和徑向信號發(fā)射器是在基本型儀器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的拓展型儀器。


圖1為垂向動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為軸向動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為徑向動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見附圖，由于垂直井占當(dāng)今油井總數(shù)的絕大多數(shù)，故信號發(fā)射器的基本型為圖1所示的垂向信號發(fā)射器。該信號發(fā)射器具有沿豎直軸向同軸設(shè)置的外殼6和電磁動力線圈3，在電磁動力線圈3內(nèi)設(shè)有可沿豎直向運(yùn)動的發(fā)聲錘5，在動力線圈3的上端和下端分別裝有頂支撐銜鐵1和底支撐銜鐵8，頂支撐銜鐵1和底支撐銜鐵8緊密配合并被壓緊在殼體內(nèi)，以利于聲波信號直接耦合至油管柱而達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸信號的目的。實(shí)際工作過程中，當(dāng)電信號加至電磁動力線圈3，發(fā)聲錘5在磁場作用下立即沖擊頂支撐銜鐵1而產(chǎn)生強(qiáng)勁的聲信號，當(dāng)電信號結(jié)束后，磁場消失，發(fā)聲錘5在重力作用下自動返回原位，并等待下次信號的到來。圖1中標(biāo)號2為絕緣套，4為短路環(huán)，7為減震墊。
圖2所示的動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器主要用于水平井井下測試時發(fā)射信息，該信號發(fā)射器的電磁動力線圈3的軸線為水平向，在電磁動力線圈3內(nèi)設(shè)有可沿水平向運(yùn)動的發(fā)聲錘5，在動力線圈3的左右兩端各裝有一個固定支撐銜鐵1、8；在發(fā)射器的一端(左端)設(shè)有一個用于使發(fā)聲錘回歸原位的發(fā)聲錘復(fù)位構(gòu)件，所說的發(fā)聲錘復(fù)位構(gòu)件具有一個與電磁動力線圈3同軸設(shè)置的電磁推力線圈11，在推力線圈11內(nèi)設(shè)有一根可沿水平向運(yùn)動的推桿12，在推力線圈11的兩端各裝有一塊支撐件10、13，當(dāng)推力線圈11得電工作后，推桿12桿體可(向右)穿過設(shè)在一側(cè)支撐件13和固定支撐銜鐵1的內(nèi)孔推動發(fā)聲錘5復(fù)位。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，左、右固定支撐銜鐵1、8被壓緊在殼體內(nèi)，使它們的聲信號直接耦合至油柱管，以利于聲信號的遠(yuǎn)距離傳輸。該信號發(fā)射器在井下測試時處于水平狀態(tài)。平時發(fā)聲錘5位于右支撐銜鐵8內(nèi)，當(dāng)電信號加至動力線圈3時，發(fā)聲錘5立即沖擊左支撐銜鐵1而發(fā)出聲信號；當(dāng)電信號結(jié)束后，發(fā)聲錘5不能自動返回原位，此時另一個返回電信號加至復(fù)位構(gòu)件中的電磁推力線圈11使推桿12向右移動，推動發(fā)聲錘5回歸原位。圖2中標(biāo)號18為推力銜鐵。
除垂直井和水平井外，目前各油田還有一種叢式井，這種井的斜度不大，適于這種斜井的動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器如圖3所示，其特征是在儀器外殼內(nèi)套裝有一個筒狀內(nèi)支撐17，在內(nèi)支撐17中通過上下滾珠軸承14、15連裝有一個可沿內(nèi)支撐17縱向軸轉(zhuǎn)動的銜鐵芯殼16，在銜鐵芯殼16內(nèi)沿內(nèi)支撐17橫向軸并行設(shè)置有兩個繞向相反的在電磁動力線圈3a、3b，在兩動力線圈3a、3b的中心通道內(nèi)設(shè)有可沿線圈軸向運(yùn)動的發(fā)聲錘5。當(dāng)圖3中的件16、3a、3b、5被安裝在軸承14、15之間時，再通過連接孔19的偏芯重塊保證發(fā)聲系統(tǒng)在270°范圍內(nèi)擺動。該信號發(fā)射器可保證發(fā)聲錘5始終處于水平的工作狀態(tài)，這樣，電能量就可以充分地用于發(fā)射聲能量。當(dāng)電信號首先加至電磁動力線圈3a時，發(fā)聲錘5立即向左沖擊內(nèi)支撐17的振動發(fā)生壁，內(nèi)支撐17的材質(zhì)與幾何尺寸可以決定聲波信號的固有頻率，它產(chǎn)生的聲波信號通過上部螺紋絲扣耦合至下井儀器的外殼，再通過油管傳輸至井口；當(dāng)電信號加至電磁動力線圈3b時，發(fā)聲錘5立即向右沖擊內(nèi)支撐17的振動發(fā)生壁，產(chǎn)生同樣的聲波信號。圖3中標(biāo)號20為補(bǔ)芯，21為下支撐，22為引出線連接孔。
權(quán)利要求1.一種井下無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器，其特征在于具有同軸設(shè)置的外殼(6)和電磁動力線圈(3)，在電磁動力線圈(3)內(nèi)設(shè)有可沿線圈軸向運(yùn)動的發(fā)聲錘(5)，在動力線圈(3)兩端裝有固定支撐銜鐵(1、8)。
2.如權(quán)利要求1所述的無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器，其特征在于電磁動力線圈(3)的軸線為豎直向，在電磁動力線圈(3)內(nèi)設(shè)有可沿豎直向運(yùn)動的發(fā)聲錘(5)，在動力線圈(3)的上端和下端分別裝有頂支撐銜鐵(1)和底支撐銜鐵(8)。
3.如權(quán)利要求1所述的無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器，其特征在于電磁動力線圈(3)的軸線為水平向，在電磁動力線圈(3)內(nèi)設(shè)有可沿水平向運(yùn)動的發(fā)聲錘(5)，在動力線圈(3)的左右兩端各裝有一個固定支撐銜鐵(1、8)；在發(fā)射器的一端設(shè)有一個發(fā)聲錘復(fù)位構(gòu)件，所說的發(fā)聲錘復(fù)位構(gòu)件具有一個與電磁動力線圈(3)同軸設(shè)置的電磁推力線圈(11)，在推力線圈(11)內(nèi)設(shè)有一根可沿水平向運(yùn)動的推桿(12)，在推力線圈(11)的兩端各裝有一塊支撐件(10、13)，當(dāng)推力線圈(11)得電工作后，推桿(12)桿體可穿過設(shè)在一側(cè)支撐件(13)和固定支撐銜鐵(1)的內(nèi)孔推動發(fā)聲錘(5)復(fù)位。
4.如權(quán)利要求1所述的無電纜動態(tài)監(jiān)測信號發(fā)射器，其特征是在儀器外殼內(nèi)套裝有一個筒狀內(nèi)支撐(17)，在內(nèi)支撐(17)中通過上下滾珠軸承(14、15)連裝有一個可沿內(nèi)支撐(17)縱向軸轉(zhuǎn)動的銜鐵芯殼(16)，在銜鐵芯殼(16)內(nèi)沿內(nèi)支撐(17)橫向軸并行設(shè)置有兩個繞向相反的在電磁動力線圈(3a、3b)，在兩動力線圈(3a、3b)的中心通道內(nèi)設(shè)有可沿線圈軸向運(yùn)動的發(fā)聲錘(5)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種油氣井生產(chǎn)過程中用于井下動態(tài)遙控監(jiān)測的信號發(fā)射器，具有同軸設(shè)置的外殼和電磁動力線圈，在動力線圈內(nèi)設(shè)有可沿線圈軸向運(yùn)動的發(fā)聲錘，在動力線圈兩端裝有固定支撐銜鐵。當(dāng)電信號加至電磁動力線圈時，發(fā)聲錘立即沖擊一端的固定支撐銜鐵而產(chǎn)生強(qiáng)勁的聲波信號，聲波信號被耦合至油管柱后傳輸至井口的信號接收儀器，使油田工作人員得以準(zhǔn)確方便地獲取井下動態(tài)監(jiān)測資料。
文檔編號E21B47/12GK2695636SQ20042004192
公開日2005年4月27日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者劉光漢, 劉煒 申請人:劉光漢