地熱井下水位測量系統的製作方法

2023-05-20 11:33:21 1

專利名稱：地熱井下水位測量系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於機電一體化檢測技術，具體涉及到地熱井井下動、靜水位測量裝置。
背景技術：
目前，地熱資源的利用是一項重要節能技術。但在地熱資源開發和利用中，地熱井 水位的測量方法較為落後。比如目前採用的人工測試測量方法用約8毫米的鐵棰(探 頭)， 一側由導線連接，沿測井管或井筒下沉接觸到水位，導線的另一端與電流表相接， 當金屬探頭接觸到水位液面時電流表接通，然後通過測量導線長度得出地熱水位的深 度。該方法操作雖然簡單，但需要耗費人力惡劣天氣無法測量，而且測試技術較為落後。 其他常用的測量方法有在井下固定壓力傳感器，將壓力信號通過導線傳遞到地面接收 儀器，由壓力信號計算出地熱井的動、靜水位。該方法雖解決了人工現場測量的問題， 但由於探頭需要於長期置於地熱水中，所以對探頭的耐溫、耐腐蝕、密封、抗磁場幹擾 等要求很高，因此價格昂貴，目前國內產品還不能滿足要求。還有的採用充氣測試法， 即向地熱井中充入氮氣。該方法雖然不需要在井下放置探頭，但多數井口密封不理想， 氣體洩漏非常快，需要經常更換氣瓶，維護較困難。而且當需要進行井口設備維護時需 要拆卸充氣管，這樣將使提升、下降泵的工作時間延長，使用者難以接受。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種採用機械傳動跟蹤方式的地熱井下水 位測量系統，可以適用於不同溫度和水質的地熱井水位測量。
以下結合附圖對本發明的技術原理進行說明。地下井水位測量裝置具有金屬錘、 換向滑輪、繞線滑輪、測距滑輪、減速器、步進電機、測井管、以及相應的控制系統等。 金屬錘用鉬絲固定，為使鉬絲由垂直方向改為水平方向裝有換向滑輪，鉬絲經過換向滑 輪纏繞於繞線滑輪數圈後鉬絲端頭與測距滑輪固定。在測距滑輪與步進電機之間加裝了 一個減速器，其目的是遇有斷電的情況時，金屬錘會依靠其自重而向下滑移浸入水中， 減速器與測距滑輪連接將使測距滑輪產生一個力矩，這樣斷電時金屬錘的位置將保持不 變。減速器與步進電機軸連接。信號識別過程為金屬錘為一個電極，與地下水相接觸 的測井管為另一個電極，保證兩電極在安裝結構上絕緣。兩個電極之間施加電壓和採樣 電阻，因為鉬絲與金屬錘相連接，所以當金屬錘與水面接觸時電路接通，控制系統可接收到採樣電阻兩端信號，以此控制步進電機的啟動、停止及轉動方向。測距滑輪上裝有 感應開關，感應開關輸出的脈衝數量與測距滑輪的旋轉圈數成正比，由測距滑輪的直徑 和感應開關輸出的脈衝數量可計算出鉬絲相對的位移量，由此可以準確測量水位標高。 也可以檢測步進電機旋轉的步數來準確測量水位標高。測量及控制儀器安裝在地面進行 自動控制，對設備耐溫、耐腐蝕及密封要求較低。


所示附圖為本發明結構原理圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本發明做進一步的說明。地下井水位測量裝置，具有金屬錘 1、換向滑輪2、繞線滑輪3、測距滑輪4、減速器5、歩進電機6、測井管7以及相應的 控制系統8等。金屬錘l用鉬絲固定。鉬絲經過換向滑輪2纏繞於測距滑輪4數圈後鉬 絲端頭與測距滑輪4固定。測距滑輪4輪軸與減速器5連接，步進電機6與減速器5軸 連接。金屬錘l作為一個電極，與地下水相接觸的測井管7作為另一個電極，兩個電極 之間施加電壓和採樣電阻，由控制系統8控制步進電機6的啟動、停止及轉動方向。當 某種原因造成系統斷電，如果沒有保護措施，由於歩進電機沒有鎖定功能，金屬錘自重 產生的轉矩會帶動步進電機旋轉，則金屬錘會向下運動。造成系統恢復供電後無法確定 金屬錘的位置，這樣將無法恢復系統的測試功能。所以在測距滑輪4與步進電機6之間 接入一個大減速比的減速器5。即使某種原因造成系統斷電，金屬錘自重產生的轉矩不 會帶動步進電機旋轉，可保證金屬錘的穩定位置。
換向定滑論2垂直安裝在測井管7的上方。測井管是專門用於測試水位，並獨立安 裝到井下的一根直徑約20-25mm的金屬管。使金屬錘1上下移動的機械傳動裝置固定 在絕緣平板也安裝在地熱井口上。安裝時要準確測定金屬錘1與地熱水井水位的原始距 離，並將此數據存入控制系統8。金屬錘與測井管兩電極之間施加5V直流電源和500 歐姆左右採樣電阻構成電流迴路，採樣電阻兩端的電壓值將作為判斷金屬錘是否接觸水 面的信號，該信號由控制系統8接收。控制系統定時檢測電流迴路信號，如檢測信號判 斷為斷路，表示金屬錘未與水面接觸，控制系統8將啟動電機正向旋轉放下金屬錘1， 直至電流迴路剛剛導通，表示金屬錘已與水面接觸。測距滑輪的直徑已知，金屬錘l與 地熱井水位的原始距離已知，只要測量鉬絲纏繞到測距滑輪的長度，即由感應開關輸出 的脈衝數量乘以測距滑輪的直徑，即可計算出鉬絲(金屬錘)從起始點位置到水面的相對位移量，由此準確測量水位標高。在前述條件下，也可以自電流迴路剛剛導通時，測 定步進電機6旋轉的步數來準確測量水位標高即步進電機步進脈衝數量乘以測距滑輪 的直徑等於鉬絲從起始點位置到水面的相對位移量。由於地熱井水位變化受多種因素影 響，當定時檢測信號判斷電流迴路為接通時，為了準確定位金屬錘與液面接觸的位置， 步進電機將反向旋轉上提金屬錘，重複下放金屬錘步驟，多次測量結果基本一致時，確 認出井位液面的標高。
本發明的特點是由於本發明採用機械傳動跟蹤原理，在低成本投入的前提下，解 決了人工及其它測量方法所帶來的各種問題。首先不需要在井下安裝任何電子測試探 頭，可有效地解決由於地熱水溫度高、腐蝕性強、探頭密封不嚴所造成測試探頭易損壞 的問題。其次，測試過程不需要消耗任何材料，如專用氣體等，降低維護成本。該測試 系統能達到自動控制，所有測量和控制裝置均位於地上，降低了對各部件耐溫等要求， 維護方便，低成本、易安裝要求，可準確測量井下水位。採用此方法對環境不會造成任 何影響，在地熱利用管理上具有很大的應用推廣價值。
權利要求
1. 地熱井下水位測量系統，具有金屬錘、換向滑輪、繞線滑輪、測距滑輪、步進電機以及相應的控制系統，其特徵是金屬錘(1)用鉬絲固定，鉬絲經過換向滑輪(2)纏繞於繞線滑輪(3)數圈後鉬絲端頭與測距滑輪(4)固定，測距滑輪(4)輪軸與減速器(5)連接，步進電機(6)與減速器(5)軸連接，金屬錘(1)為一個電極，與地下水相接觸的測井管(7)為另一個電極，兩個電極之間施加電壓和採樣電阻，由控制系統(8)控制步進電機(6)的啟動、停止及轉動方向。
2. 按照權利要求1所述的地熱井下水位測量系統，其特徵是所述測距滑輪(4)上 裝有感應開關，感應開關輸出的脈衝數量與所述測距滑輪(4)的旋轉圈數成正比。
3. 按照權利要求1或2所述的地熱井下水位測量系統，其特徵是測定所述步進電 機(5)旋轉的歩數來測量水位標高。
全文摘要
本發明公開了一種地熱井下水位測量系統。金屬錘用鉬絲固定，鉬絲經過換向滑輪纏繞於繞線滑輪數圈後鉬絲端頭與測距滑輪固定。測距滑輪輪軸與減速器連接，步進電機與減速器軸連接。由控制系統控制步進電機的啟動、停止及轉動方向。減速器與測距滑輪連接將使測距滑輪產生一個力矩，這樣斷電時金屬錘的位置將保持不變。金屬錘與測井管構成兩個電極，當金屬錘與水面接觸時電路接通，控制系統根據測距滑輪上感應開關發出的脈衝信號，即可計算鉬絲纏繞到測距滑輪的長度，由此確定地下井水面位置。所有測量和控制裝置均位於地上，不需要在井下安裝任何電子測試探頭，可有效地解決由於地熱水溫度高、腐蝕性強、探頭密封不嚴所造成測試探頭易損壞的問題。
文檔編號E21B47/04GK101440706SQ200810151829
公開日2009年5月27日 申請日期2008年9月26日 優先權日2008年9月26日
發明者劉正光, 葉劍華, 軍 張, 朱家玲, 楊正瓴, 薛俊韜 申請人:天津大學