研究背景及意义：

全球的能源需求中，对石油的需求量达到了所有能源需求量的40%^[1]。随着石油石化企业的重组以及我国加 入世贸组织后，石油工业的自动化、数字化和信息化面临着非常激烈的竞争，提高石油 企业的国际竞争力是势在必行的。

我国大概有8万口油井采用有杆抽油工艺，数量非常大，占现有油井数70%以上。这种采油技术具有诸多优点，例如体积小、效率高和功耗小等，使得近些年来，我国越 来越多油田使用这种技术。影响抽油井工作的因素较多，其中包括动液面值、电机转速、 螺杆泵等^［2］。螺杆泵抽油井（地面驱动螺杆泵、电潜螺杆泵）在生产过程中，必须保证一定的沉没深度，才能发挥较好效果。一旦动液面降低到泵挂深度，泵的充满系数降低，排量减少，转子和定子发生干磨升温，严重时发生烧定子现象，出现躺井。因此，螺杆 泵生产管理的重要内容是确定合理工作参数以及解决其供排矛盾。由动液面值能够分析 油井的工作情况和井下供排状况，从而选择合理的工作参数^［3］。另外，有一部分泵下掺水井需通过控制动液面来提高掺水效果，也需要对动液面进行有效的控制。可见，在油田的开发以及油井生产中，动液面值是一个十分关键的参数。因此测量动液面值、控制动液面高度具有重要的意义，是实现油井稳定工作、提高采油效率的有效途径之一。

目前，我国油井数量很多，仅站点就有1.7万个左右^［4］。在进行油井开发时，需要对油井的液位进行实时监控，这样才能实时的了解和掌握油井的相关信息。换言之，油井液位的测量就显得尤为重要。而且对于油井液面的高度测量是对油井信息检测的主要任务之一。正确的获取油井深度才能更好地确立采油方案，使得石油开采顺利进行。

图 1 采油作业现场

国内外研究现状：

液位属于物位中的一种。在实际测量中有二三十种测量方法,但是一般可以将其归纳为两类,即连续测量法与位式测量法^[5]。在实际的油井液位测量中一般选用的是连续测量法。为了了解油井的产油能力,需要测量油井的井下液位深度,确定抽油泵的沉没深度,推算出油层压力等相关参数,从而分析造成能量非正常衰减的原因,这些都有助于稳定、安全的开发油田。

在国内主要使用回声仪对油井动液面进行测量，有几家著名的石油装备厂家，例如井冈山仪表厂、江汉石油管理仪表厂以及杭州应用声学研究所等已经研制出自己的产品。其中井冈山仪表厂生产的CJ型回声仪以及ZJY系列液面自动检测仪使用最为广泛，但是他们也受到条件的限制，在井深超过3000米、无压或者低压油井中测量的误差较大。ZJY系列液面自动检测仪可以同时监测四口油井，每口油井之间的距离最长可达100米而检测仪与监测室之间的距离可达150米。

国外知名公司都研制有功能齐全、性能稳定的系列产品，可以对接收的微弱信号进行精确的分析处理，能 识别多重回波，远程无线操控技术也很成熟。例如，E H 公司研制生产的 Prosonic FMU 90/95 系列超 声波变送器，精度高，受环境影响小，量程可达 60m，带无线传输协议；西门子 Milltronics 推出的一体 化 7ML5221 超声波液位计，是目前世界上精度最好的超声波液位计，精度高达 0.08%FS，最大量程 15m， 盲区 0.25m；Magmetrol 公司设计的连续型超声波液位计 Echtel-F，具有多量程检测功能，并且设计有超增益功能，通过增强回波的算法设计，可以实现复杂环境的微软信号采集，提高了仪器的精确度。这些超声波液位测量系统都是世界先进水平的代表^[6]。