潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置及方法與流程

本發明涉及采油技術領域，具體涉及一種潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置及方法。

背景技術：

目前，國內外各大油田的動液面信息，絕大部分都是由采油工人使用聲波測量裝置現場測得。由于采油廠面積大，且油井的位置分散，技術人員在測量動液面數據時，需要攜帶專門工具往返工作于各油井之間。測量時需要較長時間安裝調試儀器設備，甚至需要多人配合才能完成測量工作，有時現場測得波形還需在計算機終端進行后期處理，才能得到準確的動液面高度信息。因此，采油廠有限的人力難以滿足眾多油井動液面信息的高密度采集工作的要求。

另外，離線動液面高度測量解決方案，通過將壓力傳感器、數據儲存器、儲能器等與潛油往復抽油機一同置于井下，壓力傳感器自動將測得數據儲存于數據儲存器，只能等到下次將抽油機從井下取出時一同取出儲存器，在計算機上得到壓力傳感器測得的歷史數據，通過分析計算可以得到動液面的歷史信息。這種測量方式只能用于分析潛油往復抽油機特定工作狀態下該油井動液面的變化規律，不能為實時控制潛油往復抽油機工作狀態提供數據。

采油廠現有設備多使用高電壓、大電流驅動，且井下工作環境惡劣。如果單獨下低壓電源線為傳感器供電，并用數據線將實時測量的數據傳送到地面，必將受到高溫、高壓、大電流的干擾，地面將無法得到有效信號。由于井下傳感器需要低壓直流供電，才能穩定工作，但如果從直線電機供電電源取電，再經隔離為傳感器供電，則電機無法檢測絕緣，且很難得到穩定的低壓電源，供傳感器等低壓器件使用。因此，井下信息在線測量技術一直沒有得到很好的解決。

技術實現要素：

本發明的目的是為解決現有動液面聲波測量方法依賴人員操作，工作量大；離線測量方法只能用于分析潛油往復抽油機特定工作狀態下該油井動液面的變化規律，不能實時測量液面數據；在線測量技術因電源原因無法應用于潛油往復抽油機系統的問題，進而提供一種潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置和方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明的一種潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置包括：電機定子及在該電機定子內作往復直線運動的動子、定子線圈、獨立繞組、內部電纜、電磁隔離裝置、整流電路、第一濾波電容、穩壓芯片、第二濾波電容、井下控制單元、壓力傳感器、第一電力載波通信模塊、功率放大發送電路、第一耦合電容、動力電纜、第二耦合電容、濾波接收電路、第二電力載波通信模塊和上位計算機；

所述定子線圈纏繞在電機定子前端，所述獨立繞組纏繞在定子線圈之后，纏繞在電機定子的尾部；

所述獨立繞組輸出端通過內部電纜連接電磁隔離裝置的輸入端，所述電磁隔離裝置的輸出端連接整流電路的輸入端，所述第一濾波電容并聯在整流電路的輸出端，第一濾波電容的兩端連接穩壓芯片的輸入端，所述穩壓芯片的輸出端并聯第二濾波電容，并連接井下控制單元的電源端，所述井下控制單元與壓力傳感器連接；

所述井下控制單元的輸出端連接第一電力載波通信模塊的輸入端，所述第一電力載波通信模塊的輸出端連接功率放大發送電路的輸入端，所述功率放大發送電路的輸出端通過第一耦合電容連接動力電纜；所述動力電纜的另一端連接第二耦合電容的輸入端，所述第二耦合電容的輸出端連接濾波接收電路的輸入端，所述濾波接收電路輸出端連接第二電力載波通信模塊的輸入端，所述第二電力載波通信模塊的輸出端連接上位計算機；

所述獨立繞組用于給井下控制單元、壓力傳感器、第一電力載波通信模塊和功率放大發送電路供電；所述電磁隔離裝置用于隔離高壓側和低壓側，防止高壓側沖擊竄入低壓側，所述整流電路用于將獨立繞組輸出的交流電整流為直流電，所述第一濾波電容用于濾除低次諧波分量，所述穩壓芯片用于得到穩定直流電壓，所述第二濾波電容用于濾除高次諧波分量，所述壓力傳感器用于采集液面信息數據，并將液面信息數據傳輸給井下控制單元；所述井下控制單元用于處理壓力傳感器采集的液面信息數據并將處理好的液面信息數據傳輸給第一電力載波通信模塊；所述第一電力載波通信模塊用于將液面信息數據信號調制到特定頻段；所述功率放大發送電路用于對液面信息數據進行調理，以適應遠距離傳輸；所述第一耦合電容用于將液面信息數據耦合至動力電纜；所述第二耦合電容用于將動力電纜上的液面信息數據耦合至濾波接收電路；所述濾波接收電路用于濾除載波傳送過程中竄入的噪聲；所述第二電力載波通信模塊用于將信號進行解調，分離液面信息數據和載波信號，并將液面信息數據送至上位計算機儲存和處理。

進一步地，所述井下控制單元包括電源管理器件、模數轉換單元和微控制單元mcu。

基于上述潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置的采集方法，具體步驟包括：

步驟a、動子在獨立繞組中往復運動，獨立繞組中產生為井下控制單元、壓力傳感器、第一電力載波通信模塊和功率放大發送電路供電的電能；

步驟b、壓力傳感器采集液面信息數據，并將液面信息數據傳輸給井下控制單元11；

步驟c、井下控制單元通過其內部a/d轉換單元將壓力傳感器采集的液面信息數據模擬信號轉換成數字信號以實現壓力傳感器與井下控制單元內部的mcu之間的數據傳輸，mcu將轉換后的液面信息數據傳輸給第一電力載波通信模塊，第一電力載波通信模塊用于將液面信息數據調制到某一特定頻段；

步驟d、經過調制后的液面信息數據再經過功率放大發送電路的調理，通過第一耦合電容耦合至動力電纜；

步驟e、液面信息數據通過動力電纜傳輸到地面，經第二耦合電容耦合至濾波接收電路，再經濾波接收電路濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸到第二電力載波通信模塊；

步驟f、第二電力載波通信模塊對傳輸信號進行解調，分離液面信息數據和載波信號，并將液面信息數據送至上位計算機儲存和處理。

本發明的有益效果是：

第一，相對于傳統的工作人員使用儀器測量動液面方式，本發明采用壓力傳感器進行測量，可以通過井下控制單元的控制，自動采集和傳輸液面信息數據，不依賴人員操作，工作量小，節約了人力成本；

第二，壓力傳感器安裝于井下，隨時測得動液面信息數據，并通過動力電纜傳輸到地面，實現了液面數據的實時測量；

第三，本發明直接利用動子往復運動在獨立的繞組產生的電能進行供電，不需要為井下傳感單元單獨配置電源，不僅可以避免由潛油電機動力電纜引出電源絕緣不良的問題，更保證了傳感器單元穩定工作；

第四，本方法將傳感器輸出與載波進行調制，以動力線作為傳輸介質，將所需信號傳至地面再進行解調，得到傳感器輸出量。本發明的這種方式很好地適應了潛油往復抽油機的工作環境，在穩定性、經濟型、實用性上都遠超使用專用數據線纜的在線采集方式。

附圖說明

圖1本發明潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置的結構及電路連接示意圖；

圖2圖1中a處的局部放大圖；

圖3本發明的信號傳輸部分的結構圖；

圖中：1-電機定子在該電機定子，2-電機動子，3-定子線圈、4-獨立繞組，5-內部電纜，6-電磁隔離裝置，7-整流電路，8-第一濾波電容，9-穩壓芯片，10-第二濾波電容，11-井下控制單元，12-壓力傳感器，13-第一電力載波通信模塊，14-功率放大發送電路，15-第一耦合電容，16-動力電纜，17-第二耦合電容，18-濾波接收電路，19-第二電力載波通信模塊，20-上位計算機。

具體實施方式

具體實施方式1：結合圖1～3說明本實施方式，本實施方式的潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置，信息采集部分的結構如圖1和2所示，包括：電機定子1及在該電機定子1內做直線運動的動子2、定子線圈3、獨立繞組4、內部電纜5、電磁隔離裝置6、整流電路7、第一濾波電容8、穩壓芯片9、第二濾波電容10、井下控制單元11、壓力傳感器12、第一電力載波通信模塊13、功率放大發送電路14、第一耦合電容15、動力電纜16；

所述定子線圈3纏繞在電機定子1前端，所述獨立繞組4纏繞在定子線圈3之后，纏繞在電機定子1的尾部；

所述獨立繞組4輸出端通過內部電纜5連接電磁隔離裝置6的輸入端，所述電磁隔離裝置6的輸出端連接整流電路7的輸入端，所述第一濾波電容8并聯在整流電路7的輸出端，第一濾波電容8的兩端連接穩壓芯片9的輸入端，所述穩壓芯片9的輸出端并聯第二濾波電容10，并連接井下控制單元11的電源端，所述井下控制單元11與壓力傳感器12連接；

所述井下控制單元11的輸出端連接第一電力載波通信模塊13的輸入端，所述第一電力載波通信模塊13的輸出端連接功率放大發送電路14的輸入端，所述功率放大發送電路14的輸出端通過第一耦合電容15連接動力電纜16；

所述獨立繞組4用于給井下控制單元11、壓力傳感器12、第一電力載波通信模塊13和功率放大發送電路14供電，所述電磁隔離裝置6用于隔離高壓側和低壓側，防止高壓側沖擊竄入低壓側，所述整流電路7用于將獨立繞組輸出的交流電整流為直流電，所述第一濾波電容8用于濾除低次諧波分量，所述穩壓芯片9用于得到穩定直流電壓，所述第二濾波電容10用于濾除高次諧波分量，所述壓力傳感器12用于采集液面信息并將采集的液面信息數據傳輸給井下控制單元11，所述井下控制單元11用于處理壓力傳感器12采集的液面信息數據并將處理好的液面信息數據傳輸給第一電力載波通信模塊13，所述第一電力載波通信模塊13用于將壓力傳感器12采集的液面信息數據信號調制到某一特定頻段，所述功率放大發送電路14用于對液面信息數據信號進行調理，以適應遠距離傳輸，所述第一耦合電容15用于將液面信息數據信號耦合至動力電纜16；

本實施方式的潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置，信號傳輸部分的結構如圖3所示，包括：井下控制單元11、第一電力載波通信模塊13、功率放大發送電路14、第一耦合電容15、動力電纜16、第二耦合電容17、濾波接收電路18、第二電力載波通信模塊19和上位計算機20；

所述井下控制單元11的輸出端連接第一電力載波通信模塊13的輸入端，所述第一電力載波通信模塊13的輸出端連接功率放大發送電路14的輸入端，所述功率放大發送電路14的輸出端通過第一耦合電容15連接動力電纜16；所述動力電纜16的另一端連接第二耦合電容17的輸入端，所述第二耦合電容17的輸出端連接濾波接收電路18的輸入端，所述濾波接收電路18輸出端連接第二電力載波通信模塊19的輸入端，所述第二電力載波通信模塊19的輸出端連接上位計算機20；

所述第二耦合電容17用于將動力電纜16的液面信息數據耦合至濾波接收電路18；所述濾波接收電路18用于濾除載波傳送過程中竄入的噪聲；所述第二電力載波通信模塊19用于將信號進行解調，分離傳感器輸出液面信息和載波信號，并將壓力傳感器12輸出的液面信息經接口電路送至上位計算機20儲存、處理。

進一步地，所述井下控制單元11包括電源管理器件、模數轉換單元和微控制單元mcu。

工作原理：

直線電機動子往復運動時，在獨立繞組4中產生的感應電流，該感應電流經過正弦交流，且含有較多諧波分量，不能直接用做控制板電源。

使用整流電路7將獨立繞組輸出交流電整流為直流電，利用第一濾波電容8濾除低次諧波分量，經穩壓芯片9得到穩定直流電壓，再經第二濾波電容10濾除高次諧波分量，將得到高質量電源輸出供給井下控制單元11，井下控制單元11的電源管理器件將電源供給壓力傳感器12、井下控制單元11、第一電力載波通信模塊13和功率放大發送電路14等器件，保證他們正常、穩定工作；壓力傳感器12根據其受到的液面壓力采集液面信息數據，并將采集的液面信息數據傳輸給井下控制單元11；井下控制單元11通過其內部a/d轉換單元將壓力傳感器12采集的液面信息數據模擬信號轉換成數字信號以實現壓力傳感器12與井下控制單元11內部的mcu之間的數據傳輸，mcu將轉換后的液面信息數據傳輸給第一電力載波通信模塊13，第一電力載波通信模塊13將壓力傳感器12采集的液面信息數據信號調制到某一特定頻段；經過調制后的液面信息數據信號再經過功率放大發送電路14的調理，通過第一耦合電容15耦合至動力電纜16；液面信息數據信號通過動力電纜16傳輸到地面，先經第二耦合電容17耦合至濾波接收電路18，再經濾波接收電路18濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸到第二電力載波通信模塊19；液面信息數據信號經第二電力載波通信模塊19的解調，分離傳感器輸出液面信息和載波信號，將壓力傳感器12輸出的液面信息經接口電路送至上位計算機20儲存、處理。

具體實施方式2：基于上述潛油往復抽油機液面信息在線采集裝置的采集方法，具體步驟包括：

步驟a、動子2在獨立繞組4中往復運動，獨立繞組4產生為井下控制單元11、壓力傳感器12、電力載波通信模塊13和功率放大發送電路14供電的電能；

步驟b、壓力傳感器12采集液面信息數據，并將液面信息數據傳輸給井下控制單元11；

步驟c、井下控制單元11通過其內部a/d轉換單元將壓力傳感器12采集的液面信息數據模擬信號轉換成數字信號以實現壓力傳感器12與井下控制單元11內部的mcu之間的數據傳輸，mcu將轉換后的液面信息數據傳輸給第一電力載波通信模塊13，第一電力載波通信模塊13用于將液面信息數據調制到某一特定頻段；

步驟d、經過調制后的液面信息數據再經過功率放大發送電路14的調理，通過第一耦合電容15耦合至動力電纜16；

步驟e、液面信息數據通過動力電纜16傳輸到地面，先經第二耦合電容17耦合至濾波接收電路18，再經濾波接收電路18濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸到第二電力載波通信模塊19；

步驟f、第二電力載波通信模塊19對傳輸信號進行解調，分離液面信息數據和載波信號，并將液面信息數據送至上位計算機20儲存和處理。