[发明专利]活塞式负压脉冲波发生和检测装置

说明书

技术领域  本发明是一种能产生负压脉冲波的机械装置，用于自动检测油井动液面的讯号发生和数据采集的技术领域。

背景技术  在油井机械采油的管理工作中，需要不断对每口油井的动液面进行人工采集，这种动液面数据采集所用的发讯装置均为气压波讯号。其产生的方法主要有四种，第一种是利用空爆弹的火药燃烧产生气压波讯号；第二种是利用油井套管内的高压气体，使用放气阀瞬间外放的压力能产生气压波讯号；第三种是利用高压氮气瓶储存能量使用放气阀瞬间释放的压力能产生气压波讯号；第四种是利用储存能量的弹簧瞬间所释放的机械能推动活塞或柱塞产生气压波讯号。前两种发讯的方法均存在使用方面的安全隐患，其使用范围受到限制；第三种方法需要不断给氮气瓶补充能量；第四种结构复杂；因此这些方法很难适应油田现场的恶劣工作条件。

发明内容  针对目前该领域中为实现自动测量油井动液面所使用的发讯装置存在的技术问题，本发明使用了一种活塞式负压脉冲波发生和检测装置来实现由计算机控制的自动发讯功能。本发明的活塞式负压脉冲波发生装置是通过活塞在往复周期运动中使用一套特殊的机械机构形成一个缓慢推出和快速复位的运动规律，通过活塞的快速复位运动，在活塞快速退出的空间形成局部的低压区域实现发出负压脉冲波的目的。本发明装置由活塞1、主动单臂2、小传动轴3、变径的大活动度轮盘4、主传动轴5、复位弹簧6、电机减速机7和传感器8、连接头9及箱体组成。其中主动单臂2、小传动轴3和变径的大活动度轮盘4构成了一套特殊的传动机构；该特殊的传动机构的特征是在变径的大活动度轮盘4的与小传动轴3同半径的位置上，开了一个45度～90度左右的同径圆槽，该同径圆槽使得主动单臂2与变径的大活动度轮盘4之间形成了一个45度～90度的运动死区；该运动死区在活塞1不同运动阶段的作用是不同的，在活塞1缓慢推出阶段，主动单臂2作为动力输入端，变径的大活动度轮盘4要滞后45度～90度才能随主动单臂2做同步运动；当活塞1到达上死点后进入快速复位阶段，由于活塞1受到了复位弹簧6向下的作用力，该力在旋转运动的前进方向上产生一个分力，这个分力使变径的大活动度轮盘4产生一个45度～90度的消除死区的向前自由运动，该运动使得活塞1失去向上的作用力的支撑而在复位弹簧6向下的作用力下快速复位。在本发明装置内的活塞1的上部位置安装有微音器8。

下面结合说明书附图1和实施实例对本发明做进一步说明。

附图说明  附图1是本发明的结构原理示意图，左图为侧视图。在附图1中由安装有微音传感器8的密闭外壳与能上下运动的活塞1组成一个发迅装置内部的密闭工作容腔；工作时又通过焊接在密闭外壳上的连接头9将本发讯装置内部的密闭工作容腔与油井套管连接在一起，形成一个大的密闭工作容腔，连接头9右部变细的小孔会将本发讯装置与油井套管所形成的大密闭容腔相对隔离开来；带减速装置的电动机7固定在机体的下部右侧，通过传动套拖动主传动轴5作旋转运动，主传动轴5通过平键与主动单臂2固连并通过固定在主动单臂2上的小传动轴3带动变径的大活动度轮盘4一起作旋转运动；变径的大活动度轮盘4本身除了通过中心的孔与主传动轴5相连接外，还通过与中心孔一定半径的45度～90度左右的同径圆槽与主动单臂2上的小传动轴3相连，形成45度～90度的自由行程；该自由行程使得变径的大活动度轮盘4成为具有局部自由度的可独立运动的从构件。

具体实施方式  本发明的活塞式负压脉冲波发生和检测装置的工作可分成三个步骤：首先由带减速装置的电动机7通过传动套拖动主传动轴5作顺时针旋转运动；主传动轴5通过平键迫使与之固连的主动单臂2亦作顺时针旋转运动；该旋转运动理应通过固定在主动单臂2上的小传动轴3带动变径的大活动度轮盘4一起作旋转运动，但由于变径的大活动度轮盘4有活塞1的限制并且还有其特有的自由行程，暂时还无法作顺时针旋转运动；正如附图1左图中变径的大活动度轮盘4用实线所表示的一样，此时，主动单臂2上的小传动轴3还在变径的大活动度轮盘4上的环形孔的上边缘位置，无法推动变径的大活动度轮盘4做顺时针旋转运动，活塞1亦停留在下死点位置。第二步，当主动单臂2沿着顺时针旋转运动距离超过变径的大活动度轮盘4的45度～90度的环形孔所形成的自由行程后，与主动单臂2上固连的小传动轴3碰上了变径的大活动度轮盘4上的环形孔的下边缘，变径的大活动度轮盘4才在主动单臂2上固连的小传动轴3的推动下，被迫与小传动轴3和主动单臂2作同步顺时针旋转运动；迫使活塞1沿着变径的大活动度轮盘4的变化半径线向上运动，此时发讯腔内的介质(气体)被迫通过连接头9右部变细的小孔排入套管腔；由于活塞1的上行速度比较慢，发讯腔内介质压力仅有微小的变化。第三步是发讯工况，当活塞1沿着变径的大活动度轮盘4的变化半径线向上运动达到最高点，附图1左图中，用双点划线标出的是变径的大活动度轮盘4的临界工作点，若主动单臂2再向顺时针方向运动很小的一段距离，具有局部自由度的变径的大活动度轮盘4在大弹簧6推动活塞1的作用力下，迅速沿顺时针的方向运动45度～90度，此时失去了支撑的活塞1会在大弹簧6和发讯腔内介质压力的双作用下沿着垂直方向向下快速复位运动，使得发讯腔内产生了瞬时的负压，该负压对于原来发讯腔内的压力相对较低，至此一个低压波讯号便产生了。这个低压波讯号会通过被接收腔内的微音传感器8产生电压讯号；同时该低压波讯号还会通过连接头9右部变细的小孔进入油井套管腔内，直达油井动液面并产生回波讯号。回波讯号沿套管腔返回接收腔时，作用在接收腔内的微音传感器8上再次产生电压讯号；对微音传感器8上的两次讯号的时间差进行统计和计算，并根据讯号在介质中的传播速度便可求出动液面的实际深度来。