专利名称：地热井下水位测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于机电一体化检测技术，具体涉及到地热井井下动、静水位测量装置。
背景技术：
目前，地热资源的利用是一项重要节能技术。但在地热资源开发和利用中，地热井 水位的测量方法较为落后。比如目前采用的人工测试测量方法用约8毫米的铁棰(探 头)， 一侧由导线连接，沿测井管或井筒下沉接触到水位，导线的另一端与电流表相接， 当金属探头接触到水位液面时电流表接通，然后通过测量导线长度得出地热水位的深 度。该方法操作虽然简单，但需要耗费人力恶劣天气无法测量，而且测试技术较为落后。 其他常用的测量方法有在井下固定压力传感器，将压力信号通过导线传递到地面接收 仪器，由压力信号计算出地热井的动、静水位。该方法虽解决了人工现场测量的问题， 但由于探头需要于长期置于地热水中，所以对探头的耐温、耐腐蚀、密封、抗磁场干扰 等要求很高，因此价格昂贵，目前国内产品还不能满足要求。还有的采用充气测试法， 即向地热井中充入氮气。该方法虽然不需要在井下放置探头，但多数井口密封不理想， 气体泄漏非常快，需要经常更换气瓶，维护较困难。而且当需要进行井口设备维护时需 要拆卸充气管，这样将使提升、下降泵的工作时间延长，使用者难以接受。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种采用机械传动跟踪方式的地热井下水 位测量系统，可以适用于不同温度和水质的地热井水位测量。
以下结合附图对本发明的技术原理进行说明。地下井水位测量装置具有金属锤、 换向滑轮、绕线滑轮、测距滑轮、减速器、步进电机、测井管、以及相应的控制系统等。 金属锤用钼丝固定，为使钼丝由垂直方向改为水平方向装有换向滑轮，钼丝经过换向滑 轮缠绕于绕线滑轮数圈后钼丝端头与测距滑轮固定。在测距滑轮与步进电机之间加装了 一个减速器，其目的是遇有断电的情况时，金属锤会依靠其自重而向下滑移浸入水中， 减速器与测距滑轮连接将使测距滑轮产生一个力矩，这样断电时金属锤的位置将保持不 变。减速器与步进电机轴连接。信号识别过程为金属锤为一个电极，与地下水相接触 的测井管为另一个电极，保证两电极在安装结构上绝缘。两个电极之间施加电压和采样 电阻，因为钼丝与金属锤相连接，所以当金属锤与水面接触时电路接通，控制系统可接收到采样电阻两端信号，以此控制步进电机的启动、停止及转动方向。测距滑轮上装有 感应开关，感应开关输出的脉冲数量与测距滑轮的旋转圈数成正比，由测距滑轮的直径 和感应开关输出的脉冲数量可计算出钼丝相对的位移量，由此可以准确测量水位标高。 也可以检测步进电机旋转的步数来准确测量水位标高。测量及控制仪器安装在地面进行 自动控制，对设备耐温、耐腐蚀及密封要求较低。
所示附图为本发明结构原理图。
具体实施例方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步的说明。地下井水位测量装置，具有金属锤 1、换向滑轮2、绕线滑轮3、测距滑轮4、减速器5、歩进电机6、测井管7以及相应的 控制系统8等。金属锤l用钼丝固定。钼丝经过换向滑轮2缠绕于测距滑轮4数圈后钼 丝端头与测距滑轮4固定。测距滑轮4轮轴与减速器5连接，步进电机6与减速器5轴 连接。金属锤l作为一个电极，与地下水相接触的测井管7作为另一个电极，两个电极 之间施加电压和采样电阻，由控制系统8控制步进电机6的启动、停止及转动方向。当 某种原因造成系统断电，如果没有保护措施，由于歩进电机没有锁定功能，金属锤自重 产生的转矩会带动步进电机旋转，则金属锤会向下运动。造成系统恢复供电后无法确定 金属锤的位置，这样将无法恢复系统的测试功能。所以在测距滑轮4与步进电机6之间 接入一个大减速比的减速器5。即使某种原因造成系统断电，金属锤自重产生的转矩不 会带动步进电机旋转，可保证金属锤的稳定位置。
换向定滑论2垂直安装在测井管7的上方。测井管是专门用于测试水位，并独立安 装到井下的一根直径约20-25mm的金属管。使金属锤1上下移动的机械传动装置固定 在绝缘平板也安装在地热井口上。安装时要准确测定金属锤1与地热水井水位的原始距 离，并将此数据存入控制系统8。金属锤与测井管两电极之间施加5V直流电源和500 欧姆左右采样电阻构成电流回路，采样电阻两端的电压值将作为判断金属锤是否接触水 面的信号，该信号由控制系统8接收。控制系统定时检测电流回路信号，如检测信号判 断为断路，表示金属锤未与水面接触，控制系统8将启动电机正向旋转放下金属锤1， 直至电流回路刚刚导通，表示金属锤已与水面接触。测距滑轮的直径已知，金属锤l与 地热井水位的原始距离已知，只要测量钼丝缠绕到测距滑轮的长度，即由感应开关输出 的脉冲数量乘以测距滑轮的直径，即可计算出钼丝(金属锤)从起始点位置到水面的相对位移量，由此准确测量水位标高。在前述条件下，也可以自电流回路刚刚导通时，测 定步进电机6旋转的步数来准确测量水位标高即步进电机步进脉冲数量乘以测距滑轮 的直径等于钼丝从起始点位置到水面的相对位移量。由于地热井水位变化受多种因素影 响，当定时检测信号判断电流回路为接通时，为了准确定位金属锤与液面接触的位置， 步进电机将反向旋转上提金属锤，重复下放金属锤步骤，多次测量结果基本一致时，确 认出井位液面的标高。
本发明的特点是由于本发明采用机械传动跟踪原理，在低成本投入的前提下，解 决了人工及其它测量方法所带来的各种问题。首先不需要在井下安装任何电子测试探 头，可有效地解决由于地热水温度高、腐蚀性强、探头密封不严所造成测试探头易损坏 的问题。其次，测试过程不需要消耗任何材料，如专用气体等，降低维护成本。该测试 系统能达到自动控制，所有测量和控制装置均位于地上，降低了对各部件耐温等要求， 维护方便，低成本、易安装要求，可准确测量井下水位。采用此方法对环境不会造成任 何影响，在地热利用管理上具有很大的应用推广价值。
权利要求
1. 地热井下水位测量系统，具有金属锤、换向滑轮、绕线滑轮、测距滑轮、步进电机以及相应的控制系统，其特征是金属锤(1)用钼丝固定，钼丝经过换向滑轮(2)缠绕于绕线滑轮(3)数圈后钼丝端头与测距滑轮(4)固定，测距滑轮(4)轮轴与减速器(5)连接，步进电机(6)与减速器(5)轴连接，金属锤(1)为一个电极，与地下水相接触的测井管(7)为另一个电极，两个电极之间施加电压和采样电阻，由控制系统(8)控制步进电机(6)的启动、停止及转动方向。
2. 按照权利要求1所述的地热井下水位测量系统，其特征是所述测距滑轮(4)上 装有感应开关，感应开关输出的脉冲数量与所述测距滑轮(4)的旋转圈数成正比。
3. 按照权利要求1或2所述的地热井下水位测量系统，其特征是测定所述步进电 机(5)旋转的歩数来测量水位标高。
全文摘要
本发明公开了一种地热井下水位测量系统。金属锤用钼丝固定，钼丝经过换向滑轮缠绕于绕线滑轮数圈后钼丝端头与测距滑轮固定。测距滑轮轮轴与减速器连接，步进电机与减速器轴连接。由控制系统控制步进电机的启动、停止及转动方向。减速器与测距滑轮连接将使测距滑轮产生一个力矩，这样断电时金属锤的位置将保持不变。金属锤与测井管构成两个电极，当金属锤与水面接触时电路接通，控制系统根据测距滑轮上感应开关发出的脉冲信号，即可计算钼丝缠绕到测距滑轮的长度，由此确定地下井水面位置。所有测量和控制装置均位于地上，不需要在井下安装任何电子测试探头，可有效地解决由于地热水温度高、腐蚀性强、探头密封不严所造成测试探头易损坏的问题。
文档编号E21B47/04GK101440706SQ200810151829
公开日2009年5月27日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者刘正光, 叶剑华, 军 张, 朱家玲, 杨正瓴, 薛俊韬 申请人:天津大学