水源井载波液位监测系统.pdf

本发明属于油、水、气井井下测量领域，涉及一种检测系统，具体涉及一种水源井载波液位检测系统。该系统包括井下测量装置、地面控制装置、与地面控制装置连接用于实现远程操控的上位机以及用于连接井下测量装置和地面控制装置的动力电缆；其中，动力电缆为水源井潜水电泵上的电源线；通过使用发明的装置不仅测量安全性高、稳定性强、易于控制并且能够满足井下长时间作业，大大提高了生产效率。

1.  水源井载波液位监测系统，其特征在于：包括井下测量装置、 地面控制装置、与地面控制装置连接用于实现远程操控的上位机以及 用于连接井下测量装置和地面控制装置的动力电缆；
所述动力电缆采用水源井潜水电泵上的电源线；
所述井下测量装置包括外护管、第一接头、第二接头、过流管道、 压力传感器、温度传感器、进线密封装置以及第一主控板；
所述外护管的两端安装第一接头和第二接头；所述过流管道依次 穿过第一接头和第二接头；所述过流管道和外护管之间为空腔；所述 第一主控板设置在空腔内；
所述第一接头或第二接头上开设有过线孔；所述第一主控板上的 电源线穿过过线孔与动力电缆连接；所述第一接头或第二接头上开设 有测量小孔，所述测量小孔一端与井下介质连通，另一端封闭；所述 压力传感器和温度传感器均安装在测量小孔内；
所述第一主控板分别与压力传感器以及温度传感器连接；
所述第一主控板包括第一电源模块、井下控制芯片、耦合模块、 测量模块；所述第一电源模块用于给井下控制芯片、耦合模块以及测 量模块供电；所述测量模块采集压力传感器和温度传感器收集的压力 和温度信号并且将压力和温度信号发送至井下控制芯片；所述井下控 制芯片将接收到的压力和温度信号转换成数据码并将其传输至耦合 模块；所述耦合模块将数据码耦合至动力电缆上；
所述地面控制装置包括第二主控板以及阻波器；所述阻波器和第 二主控板分别与动力电缆连接；所述阻波器用于阻止耦合模块耦合到 动力电缆上的数据码输入至380VAC电源线上；第二主控板包括第二 电源模块、地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模块；所述 第二电源模块用于给地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模 块供电；
所述解耦模块将耦合模块耦合至动力电缆的数据码进行提取后 发送至地面控制芯片；所述地面控制芯片将数据码解析成液面数据并 分别发送至显示模块和通信模块；
所述显示模块用于对液面数据进行显示；所述通信模块用于将液 面数据发送至远程的上位机。

2.  根据权利要求1所述的水源井载波液位监测系统，其特征在 于：所述耦合模块包括功率放大电路、第一变压器及第一谐振电路； 所述功率放大电路与第一变压器原边连接；所述第一谐振电路输入端 与第一变压器副边连接，第一谐振电路输出端与动力电缆连接；所述 功率放大电路的用于将信号幅值放大；所述第一变压器及第一谐振电 路的用于将通过功率放大电路放大的信号耦合到动力电缆上；
所述解耦模块包括第二谐振电路、第二变压器、增益调节电路； 所述第二谐振电路的输入端与动力电缆连接；所述第二谐振电路的输 出端连接与第二变压器原边连接；所述增益调节电路与第二变压器副 边连接；所述第二谐振电路及变压器用于将动力电缆上的信号解耦， 所述增益调节电路用于将解耦出来的信号进行幅值范围调节。

3.  根据权利要求1或2所述的水源井载波液位监测系统，其特 征在于：所述地面控制装置还包括停泵检测单元；所述停泵检测单元 包括控制单元、继电器单元、保护单元；所述控制单元接收上位机的 开启停泵监测命令来控制继电器单元开启，通过保护单元给井下仪供 电。

4.  根据权利要求3所述的水源井载波液位监测系统，其特征在 于：所述第二主控板还包括检波整形电路；所述检波整形电路用于将 解耦模块传输至地面控制芯片的数据码进行检测和整形。

5.  根据权利要求4所述的水源井载波液位监测系统，其特征在 于：所述井下控制芯片为DSP处理器；所述地面控制芯片为单片机。

6.  根据权利要求5所述的水源井载波液位监测系统，其特征在 于：所述显示模块由多个数码管组成；所述通信模块由无线数传模块 及串口服务器组成。

7.  根据权利要求6所述的水源井载波液位监测系统，其特征在 于：所述第一主控板上的电源线通过模缩套连接到动力电缆上。

水源井载波液位监测系统
技术领域
本发明属于油、水、气井井下测量领域，涉及一种检测系统，具体涉及一种水源井载波液位检测系统.
背景技术
油田生产生活用水均来自水源井，但由于水资源匮乏、水源井受季节、下潜深度、底层涌水量不稳定、电潜泵选型等因素影响，油田在进行水源井的抽水作业时面临着水位降低以及电潜泵空抽的问题，易造成潜水电机烧毁，导致昂贵的检泵费用。因此液位信息成为水源井开采过程中的重要资料，对科学管理水源井具有重要意义。
在油田水源井开采领域，目前已有多种方式测量液位信息，如压力计、射频导纳、磁致伸缩等。传统的测量仪器(按照信号传输方式分)一般分为两种，分别是：有缆设备和无缆设备，上述两种方式的测量仪器具有结构简单，操作方便等优点。
但是缺点也是显而易见的，如有缆压力计及射频导纳方式需随仪器下电缆，易造成电缆损坏导致仪器失效。无缆压力计由于电池供电使其在实时测量及长期测量方面有所欠缺。
发明内容
为了克服背景技术中的问题、，本发明提出了一种测量安全性高、稳定性强、易于控制并且能够满足井下长时间作业的水源井载波液位检测系统。
本发明的具体技术方案是：
一种水源井载波液位监测系统，其特征在于：包括井下测量装置、地面控制装置、与地面控制装置连接用于实现远程操控的上位机以及用于连接井下测量装置和地面控制装置的动力电缆；
所述动力电缆为水源井潜水电泵上的电源线；
所述井下测量装置包括外护管、第一接头、第二接头、过流管道、 压力传感器、温度传感器、进线密封装置以及第一主控板；
所述外护管的两端安装第一接头和第二接头；所述过流管道依次穿过第一接头和第二接头；所述过流管道和外护管之间为空腔；所述第一主控板设置在空腔内；
所述第一接头或第二接头上开设有过线孔；所述第一主控板上的电源线穿过过线孔与动力电缆连接；所述第一接头或第二接头上开设有测量小孔，所述测量小孔一端与井下介质连通，另一端封闭；所述压力传感器和温度传感器均安装在测量小孔内；
所述第一主控板分别与压力传感器以及温度传感器连接；
所述第一主控板包括第一电源模块、井下控制芯片、耦合模块、测量模块；所述第一电源模块用于给井下控制芯片、耦合模块以及测量模块供电；所述测量模块采集压力传感器和温度传感器收集的压力和温度信号并且将压力和温度信号发送至井下控制芯片；所述井下控制芯片将接收到的压力和温度信号转换成数据码并将其传输至耦合模块；所述耦合模块将数据码耦合至动力电缆上；
所述地面控制装置包括第二主控板以及阻波器；所述阻波器和第二主控板分别与动力电缆连接；所述阻波器用于阻止耦合模块耦合到动力电缆上的数据码输入至380VAC电源线上；第二主控板包括第二电源模块、地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模块；所述第二电源模块用于给地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模块供电；
所述解耦模块将耦合模块耦合至动力电缆的数据码进行提取后发送至地面控制芯片；所述地面控制芯片将数据码解析成液面数据并分别发送至显示模块和通信模块；
所述显示模块用于对液面数据进行显示；所述通信模块用于将液面数据发送至远程的上位机；
上述耦合模块包括功率放大电路、变压器及谐振电路；所述功率放大电路与变压器原边连接；所述谐振电路输入端与变压器副边连接，谐振电路输出端与动力电缆连接；所述功率放大电路的用于将信 号幅值放大；所述变压器及谐振电路的用于将通过功率放大电路放大的信号耦合到动力电缆上；
所述解耦模块包括振电路、变压器、增益调节电路；所述谐振电路的输入端与动力电缆连接；所述谐振电路的输出端连接与变压器原边连接；所述增益调节电路与变压器副边连接；所述谐振电路及变压器用于将动力电缆上的信号解耦，所述增益调节电路用于将解耦出来的信号进行幅值范围调节。
上述地面控制装置还包括停泵检测单元；所述停泵检测单元包括控制单元、继电器单元、保护单元。所述控制单元接收上位机的开启停泵监测命令来控制继电器单元开启，通过保护单元给井下仪供电。
上述第二主控板还包括检波整形电路；所述检波整形电路用于将解耦模块传输至地面控制芯片的数据码进行检测和整形。
上述井下控制芯片为DSP处理器；所述地面控制芯片为单片机。
上述显示模块由多个数码管组成；所述通信模块由无线数传模块及串口服务器组成。
上述第一主控板上的电源线通过模缩套连接到动力电缆上。
本发明的优点在于：
1、本发明采用水源井潜水电泵上的电源线作为连接井下测量装置和地面控制装置的动力电缆，大大提高了井下液面测量的安全性和可靠性，使得井下测量装置能长时间使用。
2、本发明采用耦合模块和解耦模块的数据传输，使得测量数据传输更加准确可靠。
3、本发明采用停泵检测单元，实现了在停泵状态下(电潜泵不工作，动力电缆无电压)时不间断的测量井下液位信息。
4、本发明采用检测整形电路使得井下测量的数据上传至地面控制装置时更加的精准。
5、本发明在第一主控板与动力电缆连接时采用了模缩套，完美解决电缆分支绝缘问题。
6、本发明采用通信模块和上位机，实现了在远程对井下液面数 据进行操控。
附图说明
图1为本发明系统的结构简图；
图2为井下测量装置的结构简图；
图3为地面控制装置的结构简图；
图4为第一主控板的结构框架图；
图5为第二主控板的结构框架图。
附图标记如下：
1-井下测量装置、2-地面控制装置、3-上位机、4-动力电缆、5-外护管、6-第一接头、7-第二接头、8-过流管道、9-压力传感器、10-温度传感器、11-第一主控板、12-空腔、13-过线孔、14-测量小孔、15-第二主控板、16-阻波器、17-停泵检测单元、18-水源井潜水电泵。
具体实施方式
本发明提供了一种测量安全性高、稳定性强并且能够满足井下长时间作业的水源井载波液位检测系统。
结合附图1、附图2以及附图3，对该系统的进行描述：
该系统包括井下测量装置1、地面控制装置2与地面控制装置连接用于实现远程操控的上位机3以及用于连接井下测量装置1和地面控制装置2的动力电缆4；
其中，动力电缆4为水源井潜水电泵18上的电源线；该系统通过此动力电缆4完成供电及信号传输。实际上，水源井潜水电泵的电源线为三相，电压为380VAC，该系统只连接到其中一相上与大地构成回路，即仪器为220VAC供电，另外信号也是通过该相电路上传的，地面控制装置2从这相动力电缆上将信号取下来，即潜水电泵的动力电缆为本仪器提供了供电及信号传输的通路。
其中，井下测量装置1包括外护管5、第一接头6、第二接头7、过流管道8、压力传感器9、温度传感器10以及第一主控板11；
外护管5的两端安装第一接头6和第二接头7；过流管道8依次穿过第一接头6和第二接头7；过流管道8和外护管5之间为空腔12； 第一主控板11设置在空腔12内；
第一接头6或第二接头7上开设有过线孔13；第一主控板11上的电源线穿过过线孔13与动力电缆4连接；需要特别说明的是：该电源线通过模缩套连接到动力电缆上，完美解决电缆分支绝缘问题。第一接头12或第二接头13上开设有测量小孔14，测量小孔14一端与井下介质连通，另一端封闭；压力传感器和9温度传感器10均安装在测量小孔14内；通过压力传感器9和温度传感器10对井下液面的温度和压力数据进行测量；
第一主控板11分别与压力传感器9以及温度传感器10连接；
根据图4具体的说：第一主控板11包括第一电源模块、井下控制芯片、耦合模块、测量模块；第一电源模块用于将220VAC转换为直流电后给井下控制芯片、耦合模块以及测量模块供电；测量模块采集压力传感器9和温度传感器10收集的压力和温度信号并且将压力和温度信号发送至井下控制芯片；井下控制芯片将接收到的压力和温度信号转换成数据码并将其传输至耦合模块；耦合模块将数据码耦合至动力电缆4上；此处需要说明的是，井下控制芯片实际采用的是DSP处理器。
其中，地面控制装置2包括第二主控板15以及阻波器16；阻波器16和第二主控板15分别与动力电缆4连接；阻波器16用于阻止耦合模块耦合到动力电缆4上的数据码输入至380VAC电源线上； 
根据图5具体地说，第二主控板15包括第二电源模块、地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模块；第二电源模块用于将220VAC转换为直流电后给地面控制芯片、解耦模块、显示模块以及通信模块供电；
解耦模块将耦合模块耦合至动力电缆4的数据码进行提取后发送至地面控制芯片；地面控制芯片将数据码解析成液面数据并分别发送至显示模块和通信模块；
显示模块用于对液面数据进行显示(显示模块实际是由多个数码管组成，完全满足显示功能且具有更宽范围的温度等级)；
通信模块用于将液面数据发送至远程的上位机3；通信模块由无线数传模块(其中，无线数传模块为485转无线数传模块)及串口服务器组成。
特别之处还有：地面控制装置2还包括停泵检测单元17(该单元的具体结构)，该单元实现了在停泵状态下(电潜泵不工作，动力电缆无电压)不间断的测量井下液位信息，具体是：停泵检测单元包括控制单元、继电器单元、保护单元；控制单元接收上位机的开启停泵监测命令来控制继电器单元开启，通过保护单元给井下测量装置1供电。。
特别的是，第二主控板15上还包括有检波整形电路即就是滤波器，利用检波整形电路(滤波器)用于将解耦模块传输至地面控制芯片的数据码进行检测和整形，大大提高数据的准确性。
需要具体说明的是耦合模块和解耦模块，通过上述两个模块很好的实现了井下和地面的数据传输，下面对两个模块进行描述：
耦合模块包括功率放大电路、第一变压器及第一谐振电路30；功率放大电路与第一变压器原边连接，第一谐振电路输入端与第一变压器副边连接，第一谐振电路输出端与动力电缆4连接；功率放大电路的用于将信号幅值放大；第一变压器及第一谐振电路的用于将通过功率放大电路放大的信号耦合到动力电缆上；
解耦模块包括第二谐振电路、第二变压器、增益调节电路；第二谐振电路的输入端与动力电缆4连接，第二谐振电路的输出端连接与第二变压器原边连接；增益调节电路与第二变压器副边连接；第二谐振电路及第二变压器用于将动力电缆上的信号解耦，增益调节电路用于将解耦出来的信号进行幅值范围调节。
该系统的工作原理是：
首先，井下测量装置安装好，通过第一接头与油管连接，第二接头与潜水电泵连接，潜水电泵的电缆电源线分别与井下测量装置和地面控制装置连接，将管串下放置井下；
然后，当潜水电泵通电开始工作时，井下测量装置和地面控制装 置将开始工作，压力传感器和温度传感器将井下液面的压力和温度信号采集后发送至井下控制芯片(DSP处理器)，井下控制芯片(DSP处理器)将信号转换成数据码，并通过耦合模块上传至动力电缆，由于地面的动力电缆上安装有阻波器，阻止耦合模块耦合到动力电缆上的数据码输入至380VAC电源线上，数据码被发送至地面控制装置的第二主控板上，(第二主控板通过解耦模块将数据码解耦后传输至检波整形电路，通过检波及整形后将数据码发送至地面控制芯片(单片机))，地面控制芯片将数据码进行解析成液面数据并分别发送至显示模块和通信模块；
最后，显示模块将液面数据显示出来，并且还可已通过通信模将数据发送至远程上位机，从而实现在远程对井下液面数据的操控。