一种油气压裂监测信号发射装置的制作方法

1.本实用新型属于信号发射装置领域，具体涉及一种油气压裂监测信号发射装置。


背景技术：

2.压裂裂缝监测技术是指通过一定的仪器装备和技术手段对煤层气、石油、页岩气等压裂全过程进行实时监测和测试评价，通过数据处理，得到裂缝的方向、长、宽、高、导流能力、压裂液的滤失系数、预测产量、计算压裂效益等，从而评价压裂效果。常用的地面微地震监测技术是通过水力压裂产生的微地震事件同时释放出压缩波和剪切波，其中剪切波具有振幅大、能量高的特点，因此通过埋在地表下约30cm的大量检波器可以监测地震波的到达时间，从而计算出相关参数。但微地震监测数据点发散，由此计算的裂缝参数比实际值偏大。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种油气压裂监测信号发射装置，所述油气压裂监测信号发射装置解决了压裂裂缝监测精准度偏低的问题。
4.根据本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置，包括箱体以及设置于所述箱体内的：
5.电源模块，设置于所述箱体内，其输入端用于连接外部交流电，所述电源模块用于将所述外部交流电转换为直流电并由所述电源模块的输出端输出；
6.发射模块，其输入端与所述电源模块的输出端电性连接，输出端用于连接压裂井，所述发射模块用于将所述电源模块输出的直流电转换成测试交流电，并将所述测试交流电输出到所述压裂井；
7.主控单元，与所述发射模块电性连接；
8.通讯模块，与所述主控单元电性连接。
9.根据本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置，至少具有如下技术效果：利用通讯模块实现对主控单元的控制，主控单元与发射模块电性连接，控制发射模块的工作，电源模块获取外部输入的交流电，并将外部输入的交流电转换为直流电输入到发射模块，发射模块再将电源模块输出的直流电转换成用于测试的测试交流电并将测试交流电输出到所述压裂井，实现了发射特定的波形编码电流信号作为激励源，相较于传统的地面微地震监测技术而言，提高了监测的精准度，为油气压裂监测提供了监测基础。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述发射模块包括：
11.功率模块，其输入端与所述电源模块的输出端电性连接，输出端用于连接所述压裂井，所述功率模块用于将所述电源模块输出的直流电转换成测试交流电，并将所述测试交流电输出到所述压裂井；
12.驱动模块，分别与所述功率模块、主控单元电性连接，用于驱动所述功率模块输出
所述测试交流电。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括：
14.校验电源，与所述功率模块的输入端连接；
15.第一开关器件，与所述主控单元连接，用于调整所述校验电源与所述功率模块之间的通断状态；
16.分压电路，与所述功率模块的输出端连接，用于对所述功率模块输出端输出的电压进行分压；
17.第二开关器件，与所述主控单元连接，用于调整所述功率模块与所述分压电路之间的通断状态；
18.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置包括电流互感器，所述电流互感器，与所述功率模块的输出端连接，用于检测负载电流。
19.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括设置于所述箱体外侧的触控屏，所述触控屏与所述主控单元电性连接。
20.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括设置于所述箱体外侧的按键，所述按键与所述主控单元电性连接。
21.根据本实用新型的一些实施例，所述通讯模块包括：
22.有线通讯单元，与所述主控单元连接；
23.无线通讯单元，与所述主控单元连接。
24.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括与所述主控单元电性连接的授时模块。
25.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括设置于所述箱体上的散热器，所述散热器与所述主控单元电性连接。
26.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括温度检测单元，所述温度检测单元与所述主控单元电性连接。
27.根据本实用新型的一些实施例，所述油气压裂监测信号发射装置还包括存储模块，所述存储模块与所述主控单元电性连接。
28.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
29.本实用新型的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
30.图1是本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置的电气连接关系图；
31.图2是本实用新型实施例油气压裂检测中压裂井布局示意图(水平井)；
32.图3是本实用新型实施例的检验部分的电气连接关系图；
33.图4是本实用新型实施例中发射装置主电气回路的电路原理图；
34.图5是本实用新型实施例中箱体的结构示意图；
35.图6是本实用新型实施例中箱体的轴测图。
36.附图标记：
37.电源模块100、
38.发射模块200、功率模块210、驱动模块220、
39.主控单元300、
40.通讯模块400、有线通讯单元410、无线通讯单元420、
41.校验电源510、第一开关器件520、分压电路530、第二开关器件540、电流互感器550、
42.触控屏600、
43.授时模块700、
44.散热器810、温度检测单元820、
45.存储模块900、
46.箱体1000、风口1010、保险丝安装接口1020、电源接口1030、测试电发送接口1040。
具体实施方式
47.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
48.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
49.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
50.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
51.下面参考图1至图6描述根据本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置。
52.根据本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置，包括箱体1000以及设置于箱体1000内的：电源模块100、发射模块200、主控单元300和通讯模块400。
53.电源模块100设置于箱体1000内，其输入端用于连接外部交流电，用于将外部交流电转换为直流电并由电源模块100的输出端输出；发射模块200输入端与电源模块100的输出端电性连接，输出端用于连接压裂井，发射模块200用于将电源模块100输出的直流电转换成测试交流电，并将测试交流电输出到压裂井；主控单元300与发射模块200电性连接，用于实现对发射模块200工作的控制；通讯模块400与主控单元300电性连接，用于与主控单元300实现通讯，完成对主控单元300的控制。
54.压裂井分为水平井和垂直井，如图2所示，把压裂井的井口a作为测量电极的基值，并且定义这个基值为零，那么在地面任一点m处(即图2所示m1、m2、
…
)，都可以和井口a形成
电位差uc，那么无论是垂直井还是水平井，都可以在井筒轨迹的上方的地面布设台阵式或者是射线式测点。这些测点的另一极就是井口a的基值零，这样，随着地下压裂时地质体的改变，电场在不断改变，地面测点的测量值也在随时间不断改变，就可以实时的反应地下压裂情况。需要说明的是，图2所示发射装置即为本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置。发射模块200的输出端包括发射端口和接地端口，发射端口与井口a连接，通过发射端口将测试交流电输出到压裂井。在实际工作时，发射模块200的发射端口会与压裂井的井口连接(即图2所示a)，接地端口会与无穷远(即图2所示b，也可以理解接地)连接，布置完成后，发射模块200开始工作，向压裂井输入测试交流电，布置好的台阵式或者是射线式测点便可以检测到压裂井带来的电场变化，后续可以利用这些测点采集的电场数据完成后续的压裂状态分析。
55.根据本实用新型实施例的油气压裂监测信号发射装置，利用通讯模块400实现对主控单元300的控制，主控单元300与发射模块200电性连接，控制发射模块200的工作，电源模块100获取外部输入的交流电，并将外部输入的交流电转换为直流电输入到发射模块200，发射模块200再将电源模块100输出的直流电转换成用于测试的测试交流电并将测试交流电输出到压裂井，实现了发射特定的波形编码电流信号作为激励源，提高了监测的精准度，为油气压裂监测提供了监测基础。
56.在本实用新型的一些实施例中，电源模块100采用了ac/dc可调电源，ac/dc可调电源的输入端与外部输入220v交流电源的输出端连接，其电路之间设有交流接触器km1来控制电压的输入状态。交流接触器km1闭合后，外部输入220v交流电源输入到ac/dc可调电源，由外部输入220v交流电源转换为直流电并输出。ac/dc可调电源可通过485通讯控制，可工作在恒压或恒流模式下。在本实用新型的一些实施例中，ac/dc可调电源输入端设有保险丝f1，以此来保护电路。
57.在本实用新型的一些实施例中，主控单元300可以采用plc主控板以及arm、单片机或dsp等。具体的，主控单元300的核心处理器可以采用stm32系列，例如stm32f103rgt6。
58.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，发射模块200包括功率模块210和驱动模块220。功率模块210输入端与电源模块100的输出端电性连接，输出端用于连接压裂井，功率模块210将电源模块100输出的直流电转换成测试交流电，并将测试交流电输出到压裂井，驱动模块220分别与功率模块210、主控单元300电性连接，用于驱动功率模块210输出测试交流电。通过驱动模块220控制功率模块210的转换状态，控制功率模块210将电源模块100输出的直流电转换成所需要的测试交流电，再通过驱动模块220将转换后的测试交流电输出到压裂井，为油气压裂监测提供了监测基础。在本实用新型的一些实施例中，功率模块210采用ipm模块，发送电压范围5～200v，处于安全考虑和系统裕量，选择电压等级600v，电流40a的ipm模块。
59.在本实用新型的一些实施例中，功率模块210采用ipm模块，针对ipm模块的中igbt功率开关器件设置了rcd吸收回路来作为高压吸收回路，每个igbt的源极和漏极与rcd吸收回路相接，因所发射的电流和功率适中，负载变化率较低，发送波形频率较低，采用rcd吸收电路能有效抑制尖峰电压，简化设计吸收回路，降低元器件数量，增加系统的可靠性。在本实用新型的一些实施例中，驱动模块220的核心控制器采用cpld，配合驱动电路，以完成对ipm模块的控制。在本实用新型的一些实施例中，驱动模块220与ipm模块通过光耦进行电气
隔离，确保仪器控制逻辑不受逆变部分的干扰。在本实用新型的一些实施例中，cpld的型号为epm570t100i5。
60.在本实用新型的一些实施例中，参考图1至图4，油气压裂监测信号发射装置还包括校验电源510、第一开关器件520、分压电路530和第二开关器件540。校验电源510，与功率模块210的输入端连接；第一开关器件520，与主控单元300连接，用于调整校验电源510与功率模块210之间的通断状态；分压电路530，与功率模块210的输出端连接，用于对功率模块210输出端输出的电压进行分压；第二开关器件540，与主控单元300连接，用于调整功率模块210与分压电路530之间的通断状态。
61.如图4所示，主控单元300控制交流接触器km1切断外部交流电的输入，并控制第一开关器件520闭合，使得与功率模块210的输入端连接的校验电源510可以为功率模块210的校验提供检验电压，分压电路530与功率模块210的输出端连接，第二开关器件540与主控单元300连接，用于调整功率模块210与分压电路530之间的通断状态，功率模块210和分压电路530接通后，可以通过分压电路530对功率模块210输出端输出的电压进行分压，分压后的电压从cd端输出。通过校验电源510和分压电路530可以实时检测输出电压，对功率模块210输出端输出的电压进行分压，从而提高检测的准确性以及安全性。
62.在本实用新型的一些实施例中，参考图4，校验电源510与功率模块210的输入端连接，校验电源510与功率模块210输入端的电路之间设有第一开关器件520，并设有自恢复保险丝f2和二极管d2来保护电路，功率模块210的输出端与分压电路530通过第二开关器件540连接，通过第二开关器件540控制功率模块210的输出端与分压电路530接通，对功率模块210输出端输出的电压进行分压，再将分压后的电压输出来实现检验。
63.参考图1、图3和图4，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括电流互感器550。电流互感器550与功率模块210的输出端连接，用于检测负载电流。通过电流互感器550可以实时检测负载电流等信息，一旦出现异常关闭所有igbt，切断外部高压，保障了仪器安全和用户的安全。在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置利用取样电阻进行硬件过流检测，电流流过取样电阻后产生电压信号，电压信号连接比较器与参考电压对比，达到硬件过流阀值后比较器翻转，触发cpld锁存硬件过流信号，关断ipm模块，实现硬件过流保护。
64.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括设置于箱体1000外侧的触控屏600，触控屏600与主控单元300电性连接。用户可以通过触控屏600来实现对油气压裂监测信号发射装置发送波形、发送电压、发送电流等参数的设置，通过触控屏600来查看当前发射监测信号的参数，并可以通过触控屏600来查看当前装置的状态。在本实用新型的一些实施例中，整个触控屏600也可以采用平板电脑。
65.在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括设置于箱体1000外侧的按键，按键与主控单元300电性连接。用户可以通过对按键的操作来直接实现对主控单元300的控制，方便了用户的使用。在本实用新型的一些实施例中，按键包括开始按键、暂停按键、结束按键以及对发射的监测信号的参数进行设置的按键等。
66.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，通讯模块400包括有线通信单元和无线通讯单元420。有线通讯单元410与主控单元300相连，用于实现与主控单元300的有线通讯，无线通讯单元420与主控单元300相连，用于实现与主控单元300的无线通讯。用户可以根据
实际需要来选择通讯方式，增强了通讯模块400在不同场景下的适用性。在本实用新型的一些实施例中，有线通讯单元410采用的是485通讯方式，无线通讯单元420采用的是4g无线通讯方式和5g无线通信方式，用户可以通过控制软件来实现对油气压裂监测信号发射装置的控制。在一些实施例中，有线通讯可以通过架设光缆、电缆或租用电信专线来实现，无线通讯可以通过建立专用无线数据传输系统，如433mhz频段和2.4g频段，或借用cdpd、gsm、cdma等公用网信息平台来实现。
67.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括授时模块700。授时单元与主控单元300电性连接，用于实现时间的校准，实现数据的同步。在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发送装置安装gps模块，并且安装gps天线，采用gps同步的方式实现。在一些实施例中，也可以通过自同步的方式，如采用曼彻斯特编码，来实现数据的同步传输。
68.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括设置于箱体1000上的散热器810，散热器810与主控单元300电性连接。用户可以通过主控单元300控制散热器810的工作，为油气压裂监测信号发射装置散热降温，防止由于装置温度过高导致装置故障。
69.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括温度检测单元820，温度检测单元820与主控单元300电性连接。温度检测单元820将测量到的温度数据传递给主控单元300。在本实用新型的一些实施例中，温度检测单元820采用接触式温度传感器，传感器固定在散热器810底部，信号通过单片机ad采集，当检测温度达到一定值之后启动散热器810进行散热，防止igbt温度过高损坏，温度下降到一定值之后关闭散热器810，减小系统功耗，对超温情况进行报警，停止工作。在本实用新型的一些实施例中，散热器810包括散热铝型材以及固定在散热铝型材一侧的风扇，主控单元300设置在散热铝型材的表面，温度检测单元820设置于散热铝型材上，温度检测单元820和风扇皆与主控单元300电性连接。
70.参考图1，在本实用新型的一些实施例中，油气压裂监测信号发射装置还包括存储模块900，存储模块900与主控单元300电性连接，用于本地存储油气压裂监测信号发射装置产生的数据。在本实用新型的一些实施例中，存储模块900可以为flash存储模块和usb存储模块，flash存储模块将电信号数据存储在本地，usb存储模块可以将电信号数据导出并导入到控制软件中，方便查询和控制电信号的数据。
71.参考图1至图6，在本实用新型的一些实施例中，箱体1000表面设有风口1010、保险丝安装接口1020、电源接口1030和测试电发送接口1040。散热器810设置于风口1010附近，散热器810工作时，风口1010增大散热面积、扩大气体对流，提高散热效果。保险丝接口1020与保险丝f1连接，以此来保护电路，当保险丝f1熔断时，可以在箱体外部替换，方便操作。外部交流电源与输入接口1030连接，向油气压裂监测信号发射装置输入外部交流电。油气压裂监测信号发射装置通过输出接口1040向压裂井发射电信号，实现电信号的发射。
72.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或
者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
73.尽管上述结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。