本發(fā)明涉及采油技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)外各大油田的動(dòng)液面信息，絕大部分都是由采油工人使用聲波測量裝置現(xiàn)場測得。由于采油廠面積大，且油井的位置分散，技術(shù)人員在測量動(dòng)液面數(shù)據(jù)時(shí)，需要攜帶專門工具往返工作于各油井之間。測量時(shí)需要較長時(shí)間安裝調(diào)試儀器設(shè)備，甚至需要多人配合才能完成測量工作，有時(shí)現(xiàn)場測得波形還需在計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行后期處理，才能得到準(zhǔn)確的動(dòng)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(dòng)液面信息的高密度采集工作的要求。

另外，離線動(dòng)液面高度測量解決方案，通過將壓力傳感器、數(shù)據(jù)儲存器、儲能器等與潛油往復(fù)抽油機(jī)一同置于井下，壓力傳感器自動(dòng)將測得數(shù)據(jù)儲存于數(shù)據(jù)儲存器，只能等到下次將抽油機(jī)從井下取出時(shí)一同取出儲存器，在計(jì)算機(jī)上得到壓力傳感器測得的歷史數(shù)據(jù)，通過分析計(jì)算可以得到動(dòng)液面的歷史信息。這種測量方式只能用于分析潛油往復(fù)抽油機(jī)特定工作狀態(tài)下該油井動(dòng)液面的變化規(guī)律，不能為實(shí)時(shí)控制潛油往復(fù)抽油機(jī)工作狀態(tài)提供數(shù)據(jù)。

采油廠現(xiàn)有設(shè)備多使用高電壓、大電流驅(qū)動(dòng)，且井下工作環(huán)境惡劣。如果單獨(dú)下低壓電源線為傳感器供電，并用數(shù)據(jù)線將實(shí)時(shí)測量的數(shù)據(jù)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(wěn)定工作，但如果從直線電機(jī)供電電源取電，再經(jīng)隔離為傳感器供電，則電機(jī)無法檢測絕緣，且很難得到穩(wěn)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(shù)一直沒有得到很好的解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有動(dòng)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(fù)抽油機(jī)特定工作狀態(tài)下該油井動(dòng)液面的變化規(guī)律，不能實(shí)時(shí)測量液面數(shù)據(jù)；在線測量技術(shù)因電源原因無法應(yīng)用于潛油往復(fù)抽油機(jī)系統(tǒng)的問題，進(jìn)而提供一種潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置和方法。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明的一種潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置包括：電機(jī)定子及在該電機(jī)定子內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子、定子線圈、獨(dú)立繞組、內(nèi)部電纜、電磁隔離裝置、整流電路、第一濾波電容、穩(wěn)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(fā)送電路、第一耦合電容、動(dòng)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(jì)算機(jī)；

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

所述獨(dú)立繞組輸出端通過內(nèi)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(lián)在整流電路的輸出端，第一濾波電容的兩端連接穩(wěn)壓芯片的輸入端，所述穩(wěn)壓芯片的輸出端并聯(lián)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(fā)送電路的輸入端，所述功率放大發(fā)送電路的輸出端通過第一耦合電容連接動(dòng)力電纜；所述動(dòng)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(jì)算機(jī)；

所述獨(dú)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(fā)送電路供電；所述電磁隔離裝置用于隔離高壓側(cè)和低壓側(cè)，防止高壓側(cè)沖擊竄入低壓側(cè)，所述整流電路用于將獨(dú)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(wěn)壓芯片用于得到穩(wěn)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(shù)據(jù)，并將液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并將處理好的液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號調(diào)制到特定頻段；所述功率放大發(fā)送電路用于對液面信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理，以適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸；所述第一耦合電容用于將液面信息數(shù)據(jù)耦合至動(dòng)力電纜；所述第二耦合電容用于將動(dòng)力電纜上的液面信息數(shù)據(jù)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(jìn)行解調(diào)，分離液面信息數(shù)據(jù)和載波信號，并將液面信息數(shù)據(jù)送至上位計(jì)算機(jī)儲存和處理。

進(jìn)一步地，所述井下控制單元包括電源管理器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和微控制單元mcu。

基于上述潛油往復(fù)抽油機(jī)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(dòng)子在獨(dú)立繞組中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，獨(dú)立繞組中產(chǎn)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(fā)送電路供電的電能；

步驟b、壓力傳感器采集液面信息數(shù)據(jù)，并將液面信息數(shù)據(jù)傳輸給井下控制單元11；

步驟c、井下控制單元通過其內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換單元將壓力傳感器采集的液面信息數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以實(shí)現(xiàn)壓力傳感器與井下控制單元內(nèi)部的mcu之間的數(shù)據(jù)傳輸，mcu將轉(zhuǎn)換后的液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)調(diào)制到某一特定頻段；

步驟d、經(jīng)過調(diào)制后的液面信息數(shù)據(jù)再經(jīng)過功率放大發(fā)送電路的調(diào)理，通過第一耦合電容耦合至動(dòng)力電纜；

步驟e、液面信息數(shù)據(jù)通過動(dòng)力電纜傳輸?shù)降孛?，?jīng)第二耦合電容耦合至濾波接收電路，再經(jīng)濾波接收電路濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸?shù)降诙娏d波通信模塊；

步驟f、第二電力載波通信模塊對傳輸信號進(jìn)行解調(diào)，分離液面信息數(shù)據(jù)和載波信號，并將液面信息數(shù)據(jù)送至上位計(jì)算機(jī)儲存和處理。

本發(fā)明的有益效果是：

第一，相對于傳統(tǒng)的工作人員使用儀器測量動(dòng)液面方式，本發(fā)明采用壓力傳感器進(jìn)行測量，可以通過井下控制單元的控制，自動(dòng)采集和傳輸液面信息數(shù)據(jù)，不依賴人員操作，工作量小，節(jié)約了人力成本；

第二，壓力傳感器安裝于井下，隨時(shí)測得動(dòng)液面信息數(shù)據(jù)，并通過動(dòng)力電纜傳輸?shù)降孛?，?shí)現(xiàn)了液面數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測量；

第三，本發(fā)明直接利用動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)在獨(dú)立的繞組產(chǎn)生的電能進(jìn)行供電，不需要為井下傳感單元單獨(dú)配置電源，不僅可以避免由潛油電機(jī)動(dòng)力電纜引出電源絕緣不良的問題，更保證了傳感器單元穩(wěn)定工作；

第四，本方法將傳感器輸出與載波進(jìn)行調(diào)制，以動(dòng)力線作為傳輸介質(zhì)，將所需信號傳至地面再進(jìn)行解調(diào)，得到傳感器輸出量。本發(fā)明的這種方式很好地適應(yīng)了潛油往復(fù)抽油機(jī)的工作環(huán)境，在穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性上都遠(yuǎn)超使用專用數(shù)據(jù)線纜的在線采集方式。

附圖說明

圖1本發(fā)明潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置的結(jié)構(gòu)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(fā)明的信號傳輸部分的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1-電機(jī)定子在該電機(jī)定子，2-電機(jī)動(dòng)子，3-定子線圈、4-獨(dú)立繞組，5-內(nèi)部電纜，6-電磁隔離裝置，7-整流電路，8-第一濾波電容，9-穩(wěn)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(fā)送電路，15-第一耦合電容，16-動(dòng)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(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式1：結(jié)合圖1～3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置，信息采集部分的結(jié)構(gòu)如圖1和2所示，包括：電機(jī)定子1及在該電機(jī)定子1內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子2、定子線圈3、獨(dú)立繞組4、內(nèi)部電纜5、電磁隔離裝置6、整流電路7、第一濾波電容8、穩(wěn)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(fā)送電路14、第一耦合電容15、動(dòng)力電纜16；

所述定子線圈3纏繞在電機(jī)定子1前端，所述獨(dú)立繞組4纏繞在定子線圈3之后，纏繞在電機(jī)定子1的尾部；

所述獨(dú)立繞組4輸出端通過內(nèi)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(lián)在整流電路7的輸出端，第一濾波電容8的兩端連接穩(wěn)壓芯片9的輸入端，所述穩(wěn)壓芯片9的輸出端并聯(lián)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(fā)送電路14的輸入端，所述功率放大發(fā)送電路14的輸出端通過第一耦合電容15連接動(dòng)力電纜16；

所述獨(dú)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(fā)送電路14供電，所述電磁隔離裝置6用于隔離高壓側(cè)和低壓側(cè)，防止高壓側(cè)沖擊竄入低壓側(cè)，所述整流電路7用于將獨(dú)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(wěn)壓芯片9用于得到穩(wěn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并將處理好的液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號調(diào)制到某一特定頻段，所述功率放大發(fā)送電路14用于對液面信息數(shù)據(jù)信號進(jìn)行調(diào)理，以適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸，所述第一耦合電容15用于將液面信息數(shù)據(jù)信號耦合至動(dòng)力電纜16；

本實(shí)施方式的潛油往復(fù)抽油機(jī)液面信息在線采集裝置，信號傳輸部分的結(jié)構(gòu)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(fā)送電路14、第一耦合電容15、動(dòng)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(jì)算機(jī)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(fā)送電路14的輸入端，所述功率放大發(fā)送電路14的輸出端通過第一耦合電容15連接動(dòng)力電纜16；所述動(dòng)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(jì)算機(jī)20；

所述第二耦合電容17用于將動(dòng)力電纜16的液面信息數(shù)據(jù)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(jìn)行解調(diào)，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(jīng)接口電路送至上位計(jì)算機(jī)20儲存、處理。

進(jìn)一步地，所述井下控制單元11包括電源管理器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和微控制單元mcu。

工作原理：

直線電機(jī)動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在獨(dú)立繞組4中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流經(jīng)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(dú)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(jīng)穩(wěn)壓芯片9得到穩(wěn)定直流電壓，再經(jīng)第二濾波電容10濾除高次諧波分量，將得到高質(zhì)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(fā)送電路14等器件，保證他們正常、穩(wěn)定工作；壓力傳感器12根據(jù)其受到的液面壓力采集液面信息數(shù)據(jù)，并將采集的液面信息數(shù)據(jù)傳輸給井下控制單元11；井下控制單元11通過其內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換單元將壓力傳感器12采集的液面信息數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以實(shí)現(xiàn)壓力傳感器12與井下控制單元11內(nèi)部的mcu之間的數(shù)據(jù)傳輸，mcu將轉(zhuǎn)換后的液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號調(diào)制到某一特定頻段；經(jīng)過調(diào)制后的液面信息數(shù)據(jù)信號再經(jīng)過功率放大發(fā)送電路14的調(diào)理，通過第一耦合電容15耦合至動(dòng)力電纜16；液面信息數(shù)據(jù)信號通過動(dòng)力電纜16傳輸?shù)降孛?，先?jīng)第二耦合電容17耦合至濾波接收電路18，再經(jīng)濾波接收電路18濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸?shù)降诙娏d波通信模塊19；液面信息數(shù)據(jù)信號經(jīng)第二電力載波通信模塊19的解調(diào)，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(jīng)接口電路送至上位計(jì)算機(jī)20儲存、處理。

具體實(shí)施方式2：基于上述潛油往復(fù)抽油機(jī)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(dòng)子2在獨(dú)立繞組4中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，獨(dú)立繞組4產(chǎn)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(fā)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(shù)據(jù)，并將液面信息數(shù)據(jù)傳輸給井下控制單元11；

步驟c、井下控制單元11通過其內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換單元將壓力傳感器12采集的液面信息數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以實(shí)現(xiàn)壓力傳感器12與井下控制單元11內(nèi)部的mcu之間的數(shù)據(jù)傳輸，mcu將轉(zhuǎn)換后的液面信息數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)調(diào)制到某一特定頻段；

步驟d、經(jīng)過調(diào)制后的液面信息數(shù)據(jù)再經(jīng)過功率放大發(fā)送電路14的調(diào)理，通過第一耦合電容15耦合至動(dòng)力電纜16；

步驟e、液面信息數(shù)據(jù)通過動(dòng)力電纜16傳輸?shù)降孛妫冉?jīng)第二耦合電容17耦合至濾波接收電路18，再經(jīng)濾波接收電路18濾除載波傳送過程中竄入的噪聲后傳輸?shù)降诙娏d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(jìn)行解調(diào)，分離液面信息數(shù)據(jù)和載波信號，并將液面信息數(shù)據(jù)送至上位計(jì)算機(jī)20儲存和處理。