專利名稱：便攜式智能化鋼管聲波測長儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用聲波測量長度的測量儀器，特別適用于石油鉆井、地質勘探、試油和采油作業中對油井的油管或鉆桿進行的累計測長。
油田的石油開采是通過鉆井、試油和采油等各個環節實現的，每個環節都需設置幾百根鋼管(油管或鉆桿)連接起來，下至千米以下的油層深處，并通過安裝在鋼管上的鉆采工具和設備，將石油采集出地面。目前，由于石油行業使用的鋼管因長度規格不等，為使鉆采工具和設備能夠下至規定的油層位置，每次作業時需對鋼管的長度進行測量。特別是對于分層開采，因油層厚度各異，鉆采工具和設備的安裝位置的準確性，直接影響采油效率。在現有的技術中，對鋼管的累計測長是通過人工用皮尺來完成的，每丈量一根至少需要3人，不僅測量速度慢，而且勞動強度大，又因鋼管是重復多次使用，上面積有大量原油，除人工測量誤差較大外，還造成工人勞動條件差，鉆采工具和設備不能準確到位，以致出現返工現象，影響了作業效率。
本實用新型的目的是提供一種利用聲波準確測量鋼管長度并利用微處理機進行數據處理的便攜式測長儀。
實現本實用新型的目的所采取的方案是根據聲波在氣體介質中傳播時遇到障礙物即有回聲反射的速度和時間，求得障礙物與聲源之間的距離這一原理，設置了聲波發射接收器、聲波反射器和微處理機。其中聲波發射接收器中裝有發聲元件和聲敏元件，用于發射和接收反射的聲波信號，通過信號線傳至微處理機內。微處理機是由音頻振蕩器、信號放大器、模／數轉換器、CPU單片機、打印機、顯示器、電源及功能鍵組成，各器件均組裝在一個箱體中。其組成包括一個聲波發射接收系統，由音頻振蕩器、聲波發射接收器、聲波反射器組成。音頻振蕩器產生的高頻信號經發聲元件發射到聲波反射器上，然后通過聲敏元件將接收發射和反射回的兩個聲波信號輸送至數據處理系統。
一個數據處理系統，由信號放大器、模／數轉換器、CPU單片機組成。通過信號放大器將饋送的模似信號放大轉化成標準信號，傳至模／數轉換器，并轉化為數字信號，輸入CPU(單片機)進行邏輯判斷和計算用。當采樣頻率一定時發射和反射波之間的采樣次數與采樣周期的乘積即為聲波往返時間，通過將對標準管測定的標定聲速代入運算，即可求出所測鋼管的長度值。
一個輸入系統，將設計下管深度值通過數碼輸入鍵輸入CPU中，當油管總長與設定值的絕對差值不足一根管長時，發出報警仃止測量，并將所配短管長度顯示打印出來。
顯示器和打印機是按照軟件的要求由CPU控制顯示和打印。
標準管是一個定長管。作為已知管長為標定聲速所用。由于聲速在空氣中的傳播受氣壓和溫度的影響，具有一定的可變量，但同一時間內，溫度和壓力變化很小，因此，需先利用標準管測出當時的聲速，然后以此聲速為基本參數，再對作業鋼管進行測量。
本實用新型的優點是具有可在作業現場直接完成對鋼管的測長、累計計算、指導作業的功能，以保證鉆采工具和設備能準確到達油層。同時具有測量精度高、操作簡便、勞動強度低、適應環境強等特點，避免了由于人工測量和計算造成的誤差，同時避免了由于誤差而造成作業返工、資料不準確的現象，有利于降低生產成本和提高采油效率。


圖1是本實用新型的外型結構示意圖。
圖2是本實用新型的原理示意圖。
下面利用附圖進一步描述本實用新型的實施例參看圖1和圖2，聲波反射器1為園盤狀結構，一端裝有可拆卸的手柄11。聲波發射接收器2是由定位元件21及接收腔體22組成，接收腔體22內設置有發聲元件FS26和聲敏元件SM27，外部設有發射鍵23、鋼管編碼鍵24及編碼校正鍵25，定位元件21與接收腔體22之間采用螺紋連接或鍵連接。微處理機4為一箱體結構，通過信號線3與聲波發射接收器2連接，由音頻振蕩器YP41、信號放大器AMP42、模／數轉換器A／D43、單片機CPU44、打印機TY49、顯示器LED48及電源PO7組成，箱體外部設有鍵盤，包括打印鍵492、聲速標定鍵451，測長工作鍵5、數碼輸入鍵46，并設有數碼定值報警器47、電源指示燈6、電源開關71、打印機輸出端491和顯示屏481。箱體中各器件均為公知件，此處不在贅述。其工作過程為參看圖1和圖2，將信號線3插入聲波發射接收器2和微處理機4上，起動電源開關71，通過數碼輸入鍵46將設計下管深度值輸入單片機CPU44中，然后按動聲速標定鍵451，使儀器進入標定聲速狀態。將聲波發射接收器2和聲波反射器1分別壓緊在標準管8的兩端，然后按動發射鍵23，此時微處理機4內安裝的音頻振蕩器YP41產生高頻信號，并通過信號線3傳至聲波發射接收器2內的發聲元件FS26，發聲元件FS26產生的聲波從標準管8的一端傳至另一端，碰到聲波反射器1后返回，被聲敏元件SM27接收，聲敏元件SM27將接收的發射波和反饋波通過信號線3輸至微處理機4內的信號放大器AMP42，再經模／數轉換器A／D43轉換成數字信號輸至單片機CPU44內并存儲在聲速存儲單元SC45內。聲速標定后，按動測長工作鍵5，儀器進入測長工作狀態。然后將聲波發射接收器2和聲波反射器1分別壓緊在待測的未知管的兩端，按動鋼管編碼鍵24，如編碼錯誤可通過編碼校正鍵25進行校正，然后按動發射鍵23，與標定聲速工作過程相同不再贅述。當聲敏元件SM27接收的發射波和反射波經信號放大再模／數轉換后輸至單片機CPU44內，通過CPU44求出聲波往返時間，然后再將標定的聲速值從SC45提出代入運算，即可求出管長。每測一根鋼管，在顯示屏481上即顯示出編號、長度及長度累計值，當累計長度值與輸入的設定長度值接近時，在規定的差值范圍內數碼定值報警器47自動發出聲光報警。此時通過顯示屏481觀測到下管累計長度值和差值，按動打印鍵492，即可將所需資料打出，然后根據差值配備短管，使實際下管深度值與設計下管深度值近似相等，從而完成測長工作。
權利要求1.一種便攜式智能化鋼管聲波測長儀，其特征在于所述的測長儀是由聲波發射接收器(2)、聲波反射器(1)和微處理機(4)組成，其中聲波發射接收器(2)與微處理機(4)之間采用信號線(3)連接，并配有標準管(8)。
2.根據權利要求1所述的鋼管聲波測長儀，其特征在于聲波反射器(1)為園盤狀，一端裝有可拆卸的手柄(11)。
3.根據權利要求1所述的鋼管聲波測長儀，其特征在于聲波發射接收器(2)由定位元件(21)與接收腔體(22)組成，接收腔體內部裝有聲敏元件(SM27)和發聲元件(FS26)，外部設置有發射鍵(23)、鋼管編碼鍵(24)及編碼校正鍵(25)，定位元件(21)與接收腔體(22)之間采用螺紋連接或鍵連接。
4.根據權利要求1所述的鋼管聲波測長儀，其特征在于微處理機(4)為一箱式結構，其內設有音頻振蕩器(YP41)，信號放大器(AMP42)，模／數轉換器(A／D43)、單片機(CPU44)、打印機(TY49)、顯示器(LED48)和電源(PO7)，箱體外部臺面上設置有聲速標定鍵(451)、測長工作鍵(5)、數碼輸入鍵(46)、打印機輸出端(491)、打印鍵(492)、數碼定值報警器(47)、顯示屏(481)。
5.根據權利要求1或4所述的鋼管聲波測長儀，其特征在于由音頻振蕩器(YP41)、聲波發射接收器(2)、聲波反射器(1)構成聲波發射接收系統。
6.根據權力要求1或4所述的鋼管聲波測長儀，其特征在于由信號放大器(AMP42)、模／數轉換器(A／D43)、單片機(CPU44)構成數據處理系統。
專利摘要本實用新型涉及一種在石油開采中對專用鋼管進行實地累計測長的便攜式測量儀，是由聲波發射接收器、聲波反射器及微處理機組成。其中，聲波發射接收器內裝有發聲元件和聲敏元件，可將發射和接受的聲波通過信號線輸至微處理機，經微處理機邏輯運算和處理后，即可得出所測鋼管的累計長度值。該測長儀具有攜帶方便、操作簡單、測量精確、適應環境強、減少勞動人員和勞動強度等特點，可以廣泛應用于石油鉆井、地質勘探、試油和采油作業等領域。
文檔編號G01B17/00GK2153773SQ92244549
公開日1994年1月19日 申請日期1992年12月10日 優先權日1992年12月10日
發明者白明垠, 潘玉琦, 黃松 申請人:白明垠, 潘玉琦, 黃松