远程控制的油井增产增注装置及其超声换能器、控制方法与流程

本发明涉及原油开采技术领域，尤其涉及一种远程控制的油井增产增注装置及其超声换能器、控制方法。

背景技术：

由于利用超声波进行油田增油具有原油储层无损坏，对自然环境无污染的特点，使该技术其具有广阔的市场前景，也吸引越来越多的技术投入。

随着油田开采的时间的增加，越来越多的油井需要使用油油井增产增注装置，但由于油井增产增注装置的成本较高，直接购买油井增产增注装置并不是一个很好的选择，经过市场的选择，目前企业多是采用租赁的方式将油井增产增注装置租借给约定的油田使用，即以多次租赁油井增产增注装置的方式来回收成本。

在这种情况下，企业需要时刻掌握油井增产增注装置的工作地点，并要确保油井增产增注装置只在约定的地点工作。

超声换能器作为油井增产增注装置的的核心部件，在一般情况下能够掌握超声换能器的位置信息，即可掌握油井增产增注装置的工作地点。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有GPS定位功能的的超声换能器，能够实时掌握超声换能器的的位置信息。

另外本发明还提供了一种具有远程控制功能的油井增产增注装置，该装置包括具有GPS定位功能的超声换能器，使企业能够时刻掌握油井增产增注装置的工作地点，并根据油井增产增注装置的工作地点对油井增产增注装置进行相应的远程控制，以确保油井增产增注装置只能在指定的地点工作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有GPS定位功能的超声换能器，包括：

壳体；

压电陶瓷环，以及分别设置在所述压电陶瓷环内外两侧的内侧银层和外侧银层；

第一GPS定位装置，所述第一GPS定位装置包括用于接收GPS定位信息的第一无线接收模块和用于发送所述GPS定位信息的第一通信发送模块；

所述压电陶瓷环和所述第一GPS定位装置均设置在所述壳体内，且所述外侧银层紧贴所述壳体设置。

优选地，还包括内导电环，所述内导电环为开放式环状结构，且所述内导电环的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，在圆周方向上所述内导电环覆盖并紧贴所述压电陶瓷环的内侧银层。

优选地，所述壳体包括壳身和盖体，所述壳身和所述盖体螺纹密封连接，所述壳身和盖体均为铟钢材料制成。

本发明还提供了一种油井增产增注装置，括地面系统、井下系统和远程控制终端；

所述地面系统通过复合电力电缆与所述井下系统连接，所述地面系统包括车辆、第一控制器、设置在所述车辆内的电缆缠绕器和变向滑轮，所述复合电力电缆缠绕在所述电缆缠绕器上，且所述复合电力电缆的一端与所述第一控制器连接，另一端绕过所述变向滑轮后通过电缆马笼头与所述井下系统连接；

所述井下系统包括如权利1-3任一项所述的具有GPS定位功能的超声换能器，所述超声换能器通过所述复合电力电缆与所述第一控制器连接；

所述远程控制终端包括第二控制器和第二显示装置，所述第二控制器分别与所述第一控制器和第一GPS定位装置无线连接，所述第二控制器用于接收所述第一GPS定位装置发送的GPS定位信息，并根据接收到的GPS定位信息向所述第一控制器发送控制信号，控制油井增产增注装置的工作状态；所述第二显示装置与所述第二控制器连接，用于显示油井增产增注装置在地图上的位置信息。

优选地，所述车辆上还设有第二GPS定位装置，所述第二GPS定位装置与所述第二控制器无线连接。

优选地，所述第一GPS定位装置和所述第二GPS定位装置均设有重启模块。

本发明还提供了一种基于GPS定位对油井增产增注装置进行远程控制的方法，具体为：

向第二控制器输入指定地点的位置信息，并将此位置信息作为基准位置信息；

第一GPS定位装置向所述第二控制器发送当前GPS定位信息，所述第二控制器将所述GPS定位信息与所述基准位置信息进行比对；

若当前定位位于所述基准位置内，则所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令；

若当前定位不在所述基准位置内，且持续时间超过二十分钟，则所述第二控制器向所述第一控制器发送锁定命令，将所述第一控制器锁定；

若所述第二控制器无法收到所述第一GPS定位装置发送的GPS定位信息的时间超过二十分钟，且在此之前未连续十分钟出现定位不在基准位置内的情况，则所述第二控制器判定所述超声换能器已下井工作或者所述第一GPS定位装置已损坏，所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令。

本发明还提供了另一种基于GPS定位对油井增产增注装置进行远程控制的方法，具体为：

向第二控制器输入指定地点的位置信息，并将此位置信息作为基准位置信息；

第一GPS定位装置向所述第二控制器发送当前GPS定位信息，所述第二控制器将所述GPS定位信息与所述基准位置信息进行比对；

若当前定位位于所述基准位置内，则所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令；

若当前定位不在所述基准位置内，且持续时间达到预设时间，则所述第二控制器向所述第一GPS定位装置发送重启命令，且重启过程中计时不中断；

所述第一GPS定位装置重启后继续向所述第二控制器发送GPS定位信息，若此时定位仍然不在所述基准位置内，则继续重启第一GPS定位装置，当持续时间达到二十分钟后，第一GPS定位装置发送的定位信息仍然不在基准位置内，则所述第二控制器向所述第一控制器发送锁定命令，将所述第一控制器锁定；

若所述第二控制器无法收到所述第一GPS定位装置发送的GPS定位信息的时间超过二十分钟，且在此之前未连续十分钟出现定位不在基准位置内的情况，则所述第二控制器判定所述超声换能器已下井工作或者所述第一GPS定位装置已损坏，所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令。

本发明还提供了另外一种基于GPS定位对油井增产增注装置进行远程控制的方法，具体为：向第二控制器输入指定地点的位置信息，并将此位置信息作为基准位置信息；

第一GPS定位装置和第二GPS定位装置分别向所述第二控制器发送当前GPS定位信息，所述第二控制器将所述GPS定位信息分别与所述基准位置信息进行比对；

若第一GPS定位装置和第二GPS定位装置的当前定位均位于所述基准位置内，则所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令；

若第一GPS定位装置和/或第二GPS定位装置的当前定位不在所述基准位置内，且持续时间达到预设时间，则所述第二控制器向所述不在基准位置内的GPS定位装置发送重启命令，且重启过程中计时不中断；

当不在基准位置内的GPS定位装置重启后继续向所述第二控制器发送GPS定位信息，若此时定位仍然不在所述基准位置内，则继续重启相应的GPS定位装置，当持续时间达到二十分钟后，相应的GPS定位装置发送的定位信息仍然不在基准位置内，则所述第二控制器向所述第一控制器发送锁定命令，将所述第一控制器锁定；

若第二GPS定位装置发送的GPS定位信息在所述基准位置内，而所述第二控制器无法收到所述第一GPS定位装置发送的GPS定位信息，且时间超过二十分钟，同时在此之前第一GPS定位装置和/或第二GPS定位装置均未连续十分钟出现定位不在基准位置内的情况，则所述第二控制器判定所述超声换能器已下井工作或者所述第一GPS定位装置已损坏，所述第二控制器不向油井增产增注装置的第一控制器发出控制命令。

优选地，所述第二控制器向油井增产增注装置的第一控制器发送锁定命令后，所述第二控制器发出声音提醒和告警消息。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的具有GPS定位功能的超声换能器，包括壳体、压电陶瓷环和第一GPS定位装置，所述压电陶瓷环和所述第一GPS定位装置均设置在所述壳体内，且所述外侧银层紧贴所述壳体设置，提高了换能效率，进而提高油田产量，同时能够实时掌握超声换能器的的位置信息。

本发明提供油井增产增注装置，包括具有GPS定位功能的超声换能器，基于GPS定位利用远程控制终端对油井增产增注装置进行远程控制，在增产增注的同时，使企业能够时刻掌握油井增产增注装置的工作地点，并根据油井增产增注装置的工作地点对油井增产增注装置进行相应的远程控制，以确保油井增产增注装置只能在指定的地点工作。

附图说明

图1是本发明实施例一超声换能器的结构示意图；

图2是本发明实施例一超声换能器的内导电环的结构示意图；

图3是本发明实施例一油井增产增注装置结构示意图；

图4是本发明实施例一油井增产增注装置另一角度的结构示意图；

图5是本发明实施例一油井增产增注装置控制流程图；

图6是本发明实施例二油井增产增注装置控制流程图；

图7是本发明实施例三油井增产增注装置结构示意图；

图8是本发明实施例三油井增产增注装置控制流程图。

图中：1：地面系统；11：第一控制器；12：电缆缠绕器；13：变向滑轮；14：悬挂杆；15：第一显示装置；16：U型卡环；17：车辆；18：2：复合电力电缆；3：井下系统；31：电缆马笼头；32：壳体；321：盖体；322：航空插头；323：第一GPS定位装置；33：超声换能器；331压电陶瓷环；332：内导电环；4：远程控制终端；41：第二控制器；42：第二显示装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的具有GPS定位功能的超声换能器33包括压电陶瓷环331、壳体32和第一GPS定位装置323，其中，第一GPS定位装置323设置在壳体32内部，用于提供GPS定位信息，且防止拆卸第一GPS定位装置323；压电陶瓷环331内侧设有内银层，外侧设有外银层，该外侧银层紧贴壳体32设置，与传统换能单元相比，本实施例中的压电陶瓷环332与壳体32之间去除了油介质，提高了换能效率，进而提高油田产量。

具体地，壳体32至少一端设有盖体321，压电陶瓷环331设置在壳体32内，盖体321盖合在壳体32上实现密封，优选地，盖体321与壳体32螺纹连接。

优选地，在盖体321与壳体32的螺纹连接处设置密封圈，进一步地提高密封效果。

更具体地，第一GPS定位装置323设置在盖体321内，在防止拆卸的同时方便安装。

具体地，第一GPS定位装置323包括第一无线接收模块和第一通信发送模块，其中，第一无线接收模块用于接收卫星的GPS定位信息，第一通信发送模块用于将接收模块接收的GPS定位信息发送于接收端。

当然，第一GPS定位装置还包括为第一GPS定位装置提供电源的锂电池，用于暂时储存GPS定位信息的储存模块。

进一步地，壳体32采用铟钢材料制成，压电陶瓷环332的外侧银层紧贴壳体32，使压电陶瓷环331产生的热量通过壳体32散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该超声换能器采用密封结构，避免超声换能器在使用过程中有传输介质(一般为水)进入。

另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环1与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。

为了方便超声换能器33的连接和安装，优选地，如图1所示，在盖体321上设置航空插头322，该航空插头322一端位于盖体321内，利用线缆分别连接压电陶瓷环331的正负极，另一端伸出盖体321外，方便连接，优选地，航空插头322在盖体321的穿设处设有密封圈。

另外可选地，第一GPS定位装置323与航空插头322连接，在航空插头322连接电源后，能够为第一GPS定位装置提供电力。

进一步地，如图1和图2所示，在压电陶瓷环331的内侧银层的内侧设置内导电环332，其中内导电环332设置在压电陶瓷环331的内侧，且内导电环332为开放式环状结构，该内导电环332的外侧周长大于压电陶瓷环331的内侧周长，当内导电环332的开放端对齐时，内导电环332产生预应力，使内导电环332全面的更加贴紧压电陶瓷环331的内侧银层，并防止内导电环332从压电陶瓷环331上脱落，使内侧银层得到很好的保护。

具体地，内导电环332为开放式环状结构是指内导电环332为两端未封闭的导电环状结构。例如：一块长方形铜片的两端向中间弯曲，形成圆滑过渡，且两端未封闭固定的开放环状结构。

由于压电陶瓷环331材料较脆，为了避免压电陶瓷环331破碎，综合考虑安装及内导电环332的固定稳定性，优选地，内导电环332的外侧周长与压电陶瓷环331的内侧周长之差为0.2-0.8mm，在该范围内，方便内导电环332安装，且产生的预应力足够使内导电环332稳定的固定在陶瓷环331的内侧，更优选地，内导电环332的外侧周长与压电陶瓷环331的内侧周长之差为0.5mm。

如图2所示是常态下内导电环332结构，其中一个开放端压在另一个开放端上，放置在压电陶瓷环331内，通过外力使其两个开放端对齐设置。

优选地，内导电环为铍青铜材料制成。

如图3和图4所示，本实施例还提供了一种油井增产增注装置，包括地面系统1、井下系统3和远程控制终端4，其中，地面系统1主要包括一些可操作设备，其通过复合电力电缆2与井下系统3连接，远程控制终端4用于控制油井增产增注装置。

具体地，地面系统1包括车辆17、第一控制器11、设置在车辆11内的电缆缠绕器12和变向滑轮13，复合电力电缆2缠绕在电缆缠绕器12上，且该复合电力电缆2的一端与第一控制器11连接，另一端绕过变向滑轮13后通过电缆马笼头31与井下系统3连接。

其中，复合电力电缆2中有多个电线芯，能够同时传输强电和弱电。

具体地，井下系统3包括上述的超声换能器33，远程控制终端4包括第二控制器41和第二显示装置42，所述第二控制器41分别与所述第一控制器11和第一GPS定位装置323无线连接，所述第二控制器41用于接收所述第一GPS定位装置323发送的GPS定位信息，并根据接收到的GPS定位信息向所述第一控制器11发送控制信号，控制油井增产增注装置的工作状态。

其中，第二显示装置42与所述第二控制器41连接，用于显示田油井增产增注装置在地图上的位置信息。

使用时，在第二控制器41输入指定的地点信息作为基准位置信息，第一GPS定位装置323通过无线将GPS定位信息发送给第二控制器41，第二控制器41将接收的GPS定位信息与基准位置信息进行比对，若接收到的GPS定位信息与基准位置信息比对通过，即第一GPS定位装置323的当前定位位于基准位置的范围内；若接收到的GPS定位信息与基准位置信息比对不通过，即第一GPS定位装置323的当前定位未在基准位置的范围内，第二控制器41向第一控制器11发送控制信号，锁定第一控制器11，从而使油井增产增注装置不能正常工作。

需要说明的是，输入第二控制器41内的地点信息为一个范围，具体在地图上划定该点的范围，作为用于比对的基准位置，一般情况下允许有五十米的误差。

本实施例中还提供了一种上述油井增产增注装置基于GPS定位进行远程控制的方法，如图5所示，向第二控制器输入指定地点的位置信息，并将此位置信息作为基准位置信息；第一GPS定位装置323实时向所述第二控制器41发送当前GPS定位信息，所述第二控制器41将收到的GPS定位信息与所述基准位置信息进行比对；若当前定位位于所述基准位置内，则所述第二控制器41不向油井增产增注装置的第一控制器11发出控制命令，即不干扰第一控制器11的正常工作；

若当前定位不在所述基准位置内，且持续时间超过二十分钟，则所述第二控制器41向所述第一控制器11发送锁定命令，将所述第一控制器11锁定，即禁止油井增产增注工作；

若所述第二控制器41无法收到所述第一GPS定位装置323发送的GPS定位信息的时间超过二十分钟，且在此之前未连续十分钟出现定位不在基准位置内的情况，则所述第二控制器41判定所述超声换能器33已下井工作或者所述第一GPS定位装置323已损坏，所述第二控制器41不向油井增产增注装置的第一控制器11发出控制命令。

优选地，第二控制器41向油井增产增注装置的第一控制器11发送锁定命令后，第二控制器41发出声音提醒和告警消息，告警消息在第二显示装置42上显示。

实施例二

如图6所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：第一GPS定位装置323内还设有重启模块(图中示出)，当前定位不在所述基准位置内，且持续时间达到预设时间，则所述第二控制器向所述第一GPS定位装置323发送重启命令，以更正校对当前的GPS定位信息，以减少定位误差，避免不必需的锁定。

针对本实施例中的第一GPS定位装置323，本实施例对油井增产增注装置的远程控制方法进行了相适应地改进，该方法与实施例一中的控制方法基本相同，不同之处如图6所示，当第二控制器41接收到第一GPS定位装置323发送的GPS定位信息后，将其与基准位置信息进行比对，若比对不通过，且持续不通过的时间达到预设时间后，第二控制器41向所述第一GPS定位装置323发送重启命令，且在重启过程中计时不中断，所述第一GPS定位装置323重启后继续向所述第二控制器41发送GPS定位信息，若此时定位仍然不在基准位置范围内，则继续重启第一GPS定位装置，当持续时间达到二十分钟后，第一GPS定位装置323发送的定位信息仍然不在基准位置内，则所述第二控制器41向所述第一控制器发送锁定命令，将所述第一控制器11锁定，该方法避免因定位误差导致的非必要锁定，提高用户体验。

优选地，比对持续不通过的预设时间为一分钟。

实施例三

本实施例三与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：如图7所示，在车辆17上还设有第二GPS定位装置18，该第二GPS定位装置18与所述第二控制器41无线连接，用于向第二控制器实时发送车辆17的GPS定位信息。

具体地，第二GPS定位装置18与第一GPS定位装置323的结构完全相同。

针对本实施例的油井增产增注装置，本实施例对油井增产增注装置的远程控制方法进行了相适应地改进，具体如图8所示，向第二控制器41输入指定地点的位置信息，并将此位置信息作为基准位置信息；

第一GPS定位装置323和第二GPS定位装置18分别向所述第二控制器发送当前GPS定位信息，所述第二控制器41将所述GPS定位信息分别与所述基准位置信息进行比对；

若第一GPS定位装置323和第二GPS定位装置18的当前定位均位于所述基准位置内，则所述第二控制器41不向油井增产增注装置的第一控制器11发出控制命令；

若第一GPS定位装置和/或第二GPS定位装置的当前定位不在所述基准位置内，且持续时间达到预设时间，则所述第二控制器41向所述不在基准位置内的GPS定位装置发送重启命令，且重启过程中计时不中断；

当不在基准位置内的GPS定位装置重启后继续向所述第二控制器41发送GPS定位信息，若此时定位仍然不在所述基准位置内，则继续重启相应的GPS定位装置，当持续时间达到二十分钟后，相应的GPS定位装置发送的定位信息仍然不在基准位置内，则所述第二控制器41向所述第一控制器11发送锁定命令，将所述第一控制器11锁定；

若第二GPS定位装置18发送的GPS定位信息在所述基准位置内，而所述第二控制器41无法收到所述第一GPS定位装置323发送的GPS定位信息，且时间超过二十分钟，同时在此之前第一GPS定位装置323和/或第二GPS定位装置18均未连续十分钟出现定位不在基准位置内的情况，则所述第二控制器41判定所述超声换能器33已下井工作或者所述第一GPS定位装置323已损坏，所述第二控制器41不向油井增产增注装置的第一控制器11发出控制命令。

优选地，本实施例中比对持续不通过的预设时间为二分钟。

综上所述，本发明提供的具有GPS定位功能的超声换能器，能够实时掌握超声换能器的的位置信息，本发明提供的包括上述超声换能器的油井增产增注装置，基于GPS定位利用远程控制终端对油井增产增注装置进行远程控制，使企业能够时刻掌握油井增产增注装置的工作地点，并根据油井增产增注装置的工作地点对油井增产增注装置进行相应的远程控制，以确保油井增产增注装置只能在指定的地点工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。