CN107060734B - 潜油往复抽油机液面信息在线采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采油技术领域，具体涉及一种潜油往复抽油机液面信息在线采集装置及方法。本发明的目的是解决现有动液面声波测量方法依赖人员操作，工作量大；离线测量方法不能实时测量液面数据；在线测量技术因电源原因无法应用于潜油往复抽油机***的问题，本发明的采集装置包括：电机定子及在该电机定子内做直线运动的动子、定子线圈、独立绕组、内部电缆、电磁隔离装置、整流电路、第一滤波电容、稳压芯片、第二滤波电容、井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块、功率放大发送电路、第一耦合电容、动力电缆、第二耦合电容、滤波接收电路、第二电力载波通信模块和上位计算机；利用压力传感器采集井下液面信息并通过动力电缆传输到地面。
Description
技术领域
本发明涉及采油技术领域，具体涉及一种潜油往复抽油机液面信息在线采集装置及方法。
背景技术
目前，国内外各大油田的动液面信息，绝大部分都是由采油工人使用声波测量装置现场测得。由于采油厂面积大，且油井的位置分散，技术人员在测量动液面数据时，需要携带专门工具往返工作于各油井之间。测量时需要较长时间安装调试仪器设备，甚至需要多人配合才能完成测量工作，有时现场测得波形还需在计算机终端进行后期处理，才能得到准确的动液面高度信息。因此，采油厂有限的人力难以满足众多油井动液面信息的高密度采集工作的要求。
另外，离线动液面高度测量解决方案，通过将压力传感器、数据储存器、储能器等与潜油往复抽油机一同置于井下，压力传感器自动将测得数据储存于数据储存器，只能等到下次将抽油机从井下取出时一同取出储存器，在计算机上得到压力传感器测得的历史数据，通过分析计算可以得到动液面的历史信息。这种测量方式只能用于分析潜油往复抽油机特定工作状态下该油井动液面的变化规律，不能为实时控制潜油往复抽油机工作状态提供数据。
采油厂现有设备多使用高电压、大电流驱动，且井下工作环境恶劣。如果单独下低压电源线为传感器供电，并用数据线将实时测量的数据传送到地面，必将受到高温、高压、大电流的干扰，地面将无法得到有效信号。由于井下传感器需要低压直流供电，才能稳定工作，但如果从直线电机供电电源取电，再经隔离为传感器供电，则电机无法检测绝缘，且很难得到稳定的低压电源，供传感器等低压器件使用。因此，井下信息在线测量技术一直没有得到很好的解决。
发明内容
本发明的目的是为解决现有动液面声波测量方法依赖人员操作，工作量大；离线测量方法只能用于分析潜油往复抽油机特定工作状态下该油井动液面的变化规律，不能实时测量液面数据；在线测量技术因电源原因无法应用于潜油往复抽油机***的问题，进而提供一种潜油往复抽油机液面信息在线采集装置和方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种潜油往复抽油机液面信息在线采集装置包括：电机定子及在该电机定子内作往复直线运动的动子、定子线圈、独立绕组、内部电缆、电磁隔离装置、整流电路、第一滤波电容、稳压芯片、第二滤波电容、井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块、功率放大发送电路、第一耦合电容、动力电缆、第二耦合电容、滤波接收电路、第二电力载波通信模块和上位计算机；
所述定子线圈缠绕在电机定子前端，所述独立绕组缠绕在定子线圈之后，缠绕在电机定子的尾部；
所述独立绕组输出端通过内部电缆连接电磁隔离装置的输入端，所述电磁隔离装置的输出端连接整流电路的输入端，所述第一滤波电容并联在整流电路的输出端，第一滤波电容的两端连接稳压芯片的输入端，所述稳压芯片的输出端并联第二滤波电容，并连接井下控制单元的电源端，所述井下控制单元与压力传感器连接；
所述井下控制单元的输出端连接第一电力载波通信模块的输入端，所述第一电力载波通信模块的输出端连接功率放大发送电路的输入端，所述功率放大发送电路的输出端通过第一耦合电容连接动力电缆；所述动力电缆的另一端连接第二耦合电容的输入端，所述第二耦合电容的输出端连接滤波接收电路的输入端，所述滤波接收电路输出端连接第二电力载波通信模块的输入端，所述第二电力载波通信模块的输出端连接上位计算机；
所述独立绕组用于给井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块和功率放大发送电路供电；所述电磁隔离装置用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路用于将独立绕组输出的交流电整流为直流电，所述第一滤波电容用于滤除低次谐波分量，所述稳压芯片用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器用于采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元；所述井下控制单元用于处理压力传感器采集的液面信息数据并将处理好的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块；所述第一电力载波通信模块用于将液面信息数据信号调制到特定频段；所述功率放大发送电路用于对液面信息数据进行调理，以适应远距离传输；所述第一耦合电容用于将液面信息数据耦合至动力电缆；所述第二耦合电容用于将动力电缆上的液面信息数据耦合至滤波接收电路；所述滤波接收电路用于滤除载波传送过程中窜入的噪声；所述第二电力载波通信模块用于将信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机储存和处理。
进一步地，所述井下控制单元包括电源管理器件、模数转换单元和微控制单元MCU。
基于上述潜油往复抽油机液面信息在线采集装置的采集方法，具体步骤包括：
步骤a、动子在独立绕组中往复运动，独立绕组中产生为井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块和功率放大发送电路供电的电能；
步骤b、压力传感器采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元11；
步骤c、井下控制单元通过其内部A/D转换单元将压力传感器采集的液面信息数据模拟信号转换成数字信号以实现压力传感器与井下控制单元内部的MCU之间的数据传输，MCU将转换后的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块，第一电力载波通信模块用于将液面信息数据调制到某一特定频段；
步骤d、经过调制后的液面信息数据再经过功率放大发送电路的调理，通过第一耦合电容耦合至动力电缆；
步骤e、液面信息数据通过动力电缆传输到地面，经第二耦合电容耦合至滤波接收电路，再经滤波接收电路滤除载波传送过程中窜入的噪声后传输到第二电力载波通信模块；
步骤f、第二电力载波通信模块对传输信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机储存和处理。
本发明的有益效果是：
第一，相对于传统的工作人员使用仪器测量动液面方式，本发明采用压力传感器进行测量，可以通过井下控制单元的控制，自动采集和传输液面信息数据，不依赖人员操作，工作量小，节约了人力成本；
第二，压力传感器安装于井下，随时测得动液面信息数据，并通过动力电缆传输到地面，实现了液面数据的实时测量；
第三，本发明直接利用动子往复运动在独立的绕组产生的电能进行供电，不需要为井下传感单元单独配置电源，不仅可以避免由潜油电机动力电缆引出电源绝缘不良的问题，更保证了传感器单元稳定工作；
第四，本方法将传感器输出与载波进行调制，以动力线作为传输介质，将所需信号传至地面再进行解调，得到传感器输出量。本发明的这种方式很好地适应了潜油往复抽油机的工作环境，在稳定性、经济型、实用性上都远超使用专用数据线缆的在线采集方式。
附图说明
图1本发明潜油往复抽油机液面信息在线采集装置的结构及电路连接示意图；
图2图1中A处的局部放大图；
图3本发明的信号传输部分的结构图；
图中：1-电机定子在该电机定子，2-电机动子，3-定子线圈、4-独立绕组，5-内部电缆，6-电磁隔离装置，7-整流电路，8-第一滤波电容，9-稳压芯片，10-第二滤波电容，11-井下控制单元，12-压力传感器，13-第一电力载波通信模块，14-功率放大发送电路，15-第一耦合电容，16-动力电缆，17-第二耦合电容，18-滤波接收电路，19-第二电力载波通信模块，20-上位计算机。
具体实施方式
具体实施方式1：结合图1～3说明本实施方式，本实施方式的潜油往复抽油机液面信息在线采集装置，信息采集部分的结构如图1和2所示，包括：电机定子1及在该电机定子1内做直线运动的动子2、定子线圈3、独立绕组4、内部电缆5、电磁隔离装置6、整流电路7、第一滤波电容8、稳压芯片9、第二滤波电容10、井下控制单元11、压力传感器12、第一电力载波通信模块13、功率放大发送电路14、第一耦合电容15、动力电缆16；
所述定子线圈3缠绕在电机定子1前端，所述独立绕组4缠绕在定子线圈3之后，缠绕在电机定子1的尾部；
所述独立绕组4输出端通过内部电缆5连接电磁隔离装置6的输入端，所述电磁隔离装置6的输出端连接整流电路7的输入端，所述第一滤波电容8并联在整流电路7的输出端，第一滤波电容8的两端连接稳压芯片9的输入端，所述稳压芯片9的输出端并联第二滤波电容10，并连接井下控制单元11的电源端，所述井下控制单元11与压力传感器12连接；
所述井下控制单元11的输出端连接第一电力载波通信模块13的输入端，所述第一电力载波通信模块13的输出端连接功率放大发送电路14的输入端，所述功率放大发送电路14的输出端通过第一耦合电容15连接动力电缆16；
所述独立绕组4用于给井下控制单元11、压力传感器12、第一电力载波通信模块13和功率放大发送电路14供电，所述电磁隔离装置6用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路7用于将独立绕组输出的交流电整流为直流电，所述第一滤波电容8用于滤除低次谐波分量，所述稳压芯片9用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容10用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器12用于采集液面信息并将采集的液面信息数据传输给井下控制单元11，所述井下控制单元11用于处理压力传感器12采集的液面信息数据并将处理好的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块13，所述第一电力载波通信模块13用于将压力传感器12采集的液面信息数据信号调制到某一特定频段，所述功率放大发送电路14用于对液面信息数据信号进行调理，以适应远距离传输，所述第一耦合电容15用于将液面信息数据信号耦合至动力电缆16；
本实施方式的潜油往复抽油机液面信息在线采集装置，信号传输部分的结构如图3所示，包括：井下控制单元11、第一电力载波通信模块13、功率放大发送电路14、第一耦合电容15、动力电缆16、第二耦合电容17、滤波接收电路18、第二电力载波通信模块19和上位计算机20；
所述井下控制单元11的输出端连接第一电力载波通信模块13的输入端，所述第一电力载波通信模块13的输出端连接功率放大发送电路14的输入端，所述功率放大发送电路14的输出端通过第一耦合电容15连接动力电缆16；所述动力电缆16的另一端连接第二耦合电容17的输入端，所述第二耦合电容17的输出端连接滤波接收电路18的输入端，所述滤波接收电路18输出端连接第二电力载波通信模块19的输入端，所述第二电力载波通信模块19的输出端连接上位计算机20；
所述第二耦合电容17用于将动力电缆16的液面信息数据耦合至滤波接收电路18；所述滤波接收电路18用于滤除载波传送过程中窜入的噪声；所述第二电力载波通信模块19用于将信号进行解调，分离传感器输出液面信息和载波信号，并将压力传感器12输出的液面信息经接口电路送至上位计算机20储存、处理。
进一步地，所述井下控制单元11包括电源管理器件、模数转换单元和微控制单元MCU。
工作原理：
直线电机动子往复运动时，在独立绕组4中产生的感应电流，该感应电流经过正弦交流，且含有较多谐波分量，不能直接用做控制板电源。
使用整流电路7将独立绕组输出交流电整流为直流电，利用第一滤波电容8滤除低次谐波分量，经稳压芯片9得到稳定直流电压，再经第二滤波电容10滤除高次谐波分量，将得到高质量电源输出供给井下控制单元11，井下控制单元11的电源管理器件将电源供给压力传感器12、井下控制单元11、第一电力载波通信模块13和功率放大发送电路14等器件，保证他们正常、稳定工作；压力传感器12根据其受到的液面压力采集液面信息数据，并将采集的液面信息数据传输给井下控制单元11；井下控制单元11通过其内部A/D转换单元将压力传感器12采集的液面信息数据模拟信号转换成数字信号以实现压力传感器12与井下控制单元11内部的MCU之间的数据传输，MCU将转换后的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块13，第一电力载波通信模块13将压力传感器12采集的液面信息数据信号调制到某一特定频段；经过调制后的液面信息数据信号再经过功率放大发送电路14的调理，通过第一耦合电容15耦合至动力电缆16；液面信息数据信号通过动力电缆16传输到地面，先经第二耦合电容17耦合至滤波接收电路18，再经滤波接收电路18滤除载波传送过程中窜入的噪声后传输到第二电力载波通信模块19；液面信息数据信号经第二电力载波通信模块19的解调，分离传感器输出液面信息和载波信号，将压力传感器12输出的液面信息经接口电路送至上位计算机20储存、处理。
具体实施方式2：基于上述潜油往复抽油机液面信息在线采集装置的采集方法，具体步骤包括：
步骤a、动子2在独立绕组4中往复运动，独立绕组4产生为井下控制单元11、压力传感器12、电力载波通信模块13和功率放大发送电路14供电的电能；
步骤b、压力传感器12采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元11；
步骤c、井下控制单元11通过其内部A/D转换单元将压力传感器12采集的液面信息数据模拟信号转换成数字信号以实现压力传感器12与井下控制单元11内部的MCU之间的数据传输，MCU将转换后的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块13，第一电力载波通信模块13用于将液面信息数据调制到某一特定频段；
步骤d、经过调制后的液面信息数据再经过功率放大发送电路14的调理，通过第一耦合电容15耦合至动力电缆16；
步骤e、液面信息数据通过动力电缆16传输到地面，先经第二耦合电容17耦合至滤波接收电路18，再经滤波接收电路18滤除载波传送过程中窜入的噪声后传输到第二电力载波通信模块19；
步骤f、第二电力载波通信模块19对传输信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机20储存和处理。
Claims (2)
1.潜油往复抽油机液面信息在线采集方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤a、动子（2）在独立绕组（4）中作往复直线运动，独立绕组（4）中产生为井下控制单元（11）、压力传感器（12）、第一电力载波通信模块（13）和功率放大发送电路（14）供电的电能；
步骤b、压力传感器（12）采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元（11）；
步骤c、井下控制单元（11）将液面信息数据传输给第一电力载波通信模块（13），第一电力载波通信模块（13）用于将液面信息数据调制到某一特定频段；
步骤d、经过调制后的液面信息数据再经过功率放大发送电路（14）的调理，通过第一耦合电容（15）耦合至动力电缆（16）；
步骤e、液面信息数据通过动力电缆（16）传输到地面，先经第二耦合电容（17）耦合至滤波接收电路（18），再经滤波接收电路（18）滤除载波传送过程中窜入的噪声后传输到第二电力载波通信模块（19）；
步骤f、第二电力载波通信模块（19）对传输信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机（20）储存和处理；
所述潜油往复抽油机液面信息在线采集方法依托实现的装置包括：电机定子（1）及在该电机定子（1）内做往复直线运动的动子（2）、定子线圈（3）、独立绕组（4）、内部电缆（5）、电磁隔离装置（6）、整流电路（7）、第一滤波电容（8）、稳压芯片（9）、第二滤波电容（10）、井下控制单元（11）、压力传感器（12）、第一电力载波通信模块（13）、功率放大发送电路（14）、第一耦合电容（15）、动力电缆（16）、第二耦合电容（17）、滤波接收电路（18）、第二电力载波通信模块（19）和上位计算机（20）；
所述定子线圈（3）缠绕在电机定子（1）前端，所述独立绕组（4）缠绕在定子线圈（3）之后，缠绕在电机定子（1）的尾部；
所述独立绕组（4）输出端通过内部电缆（5）连接电磁隔离装置（6）的输入端，所述电磁隔离装置（6）的输出端连接整流电路（7）的输入端，所述第一滤波电容（8）并联在整流电路（7）的输出端，第一滤波电容（8）的两端连接稳压芯片（9）的输入端，所述稳压芯片（9）的输出端并联第二滤波电容（10），并连接井下控制单元（11）的电源端，所述井下控制单元（11）与压力传感器（12）连接；
所述井下控制单元（11）的输出端连接第一电力载波通信模块（13）的输入端，所述第一电力载波通信模块（13）的输出端连接功率放大发送电路（14）的输入端，所述功率放大发送电路（14）的输出端通过第一耦合电容（15）连接动力电缆（16）；所述动力电缆（16）的另一端连接第二耦合电容（17）的输入端，所述第二耦合电容（17）的输出端连接滤波接收电路（18）的输入端，所述滤波接收电路（18）输出端连接第二电力载波通信模块（19）的输入端，所述第二电力载波通信模块（19）的输出端连接上位计算机（20）；
所述独立绕组（4）用于给井下控制单元（11）、压力传感器（12）、第一电力载波通信模块（13）和功率放大发送电路（14）供电；所述电磁隔离装置（6）用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路（7）用于将独立绕组输出的交流电整流为直流电，所述第一滤波电容（8）用于滤除低次谐波分量，所述稳压芯片（9）用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容（10）用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器（12）用于采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元（11）；所述井下控制单元（11）用于处理压力传感器（12）采集的液面信息数据并将处理好的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块（13）；所述第一电力载波通信模块（13）用于将液面信息数据信号调制到特定频段；所述功率放大发送电路（14）用于对液面信息数据进行调理，以适应远距离传输；所述第一耦合电容（15）用于将液面信息数据耦合至动力电缆（16）；所述第二耦合电容（17）用于将动力电缆（16）上的液面信息数据耦合至滤波接收电路（18）；所述滤波接收电路（18）用于滤除载波传送过程中窜入的噪声；所述第二电力载波通信模块（19）用于将信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机（20）储存和处理。
2.根据权利要求1所述的潜油往复抽油机液面信息在线采集方法，其特征在于，所述井下控制单元（11）包括电源管理器件、A/D转换单元和微控制单元MCU。
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