本发明专利技术涉及采油技术领域，具体涉及一种潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法。本发明专利技术为了解决现有井下液面信息采集方法不能实现实时采集或电源可靠性低或需要单独设置信号传输线的问题。本发明专利技术包括：电机定子及在该电机定子内做直线运动的动子、定子线圈、独立绕组、内部电缆、电磁隔离装置、整流电路、第一滤波电容、二极管、一号超级电容器、二号超级电容器、稳压芯片、第二滤波电容、井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块、功率放大发送电路、第一耦合电容、动力电缆、第二耦合电容、滤波接收电路、第二电力载波通信模块和上位计算机；分别利用压力传感器和动力电缆采集和传输数据，实时获得井下的液面信息。
【技术实现步骤摘要】
潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法
本专利技术涉及采油
，具体涉及一种潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法。
技术介绍
现有油田动液面信息采集技术分为三类：井下信息离线采集方法、具有独立电源及信道的井下信息采集方法、基于载波通信的井下信息采集方法，以上三类现有技术都存在一定问题。井下信息离线采集方法是将用于信息采集的传感器、控制器、存储器、储能器等集成在一起，与潜油往复式抽油机一同放置在井下，电机工作时可做压力、震动等信息的采集并存储在存储器中，只有待检泵时潜油直线电机回到地面，才能将存储器取出并读取信息。因此，这种技术方法无法将井下信息实时传送给地面的控制装置，不能实现潜油往复抽油机的实时控制。只适用于潜油直线电机的工况分析。具有独立电源及信道的井下信息采集方法需要为井下的数据采集装置单独铺设电源及信号线，由于油井深度通常在1000米以上，且受井下高温、高压、强震动的影响，单独铺设的信号与电源线可靠性极低，不仅实现成本高、传输信号质量难以保证，还会经常发生线缆腐蚀、断脱等故障，严重影响生产。如果利用电机动子往复运动在发电绕组产生电能为井下的传感器及其外围电路提供工作电源，电机运转时，发送井下采集数据，电机运转对动力线缆产生尖峰脉冲等干扰信号，严重影响传输信号质量。绝大多数潜油往复抽油机的潜油电机工作存在间歇状态，即直线电机做往复运动工作一个冲程会停机2-4s左右，当电机停止运转时是最佳传输井下数据的时间段，然而此时供电将暂停，不能在该时间段进行数据传输。基于载波通信的井下信息采集方法是借助潜油直线电机的动力线缆作为通信信道，采用载波的方式将井下信息传送至地面，但潜油直线电机在井下工作时的载荷波动等不利因素，直接影响动力线缆上的信息传输质量，甚至造成有效信息的淹没。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术的潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置包括：电机定子及在该电机定子内做往复直线运动的动子、定子线圈、独立绕组、内部电缆、电磁隔离装置、整流电路、第一滤波电容、二极管、第一超级电容器、第二超级电容器、稳压芯片、第二滤波电容、井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块、功率放大发送电路、第一耦合电容、动力电缆、第二耦合电容、滤波接收电路、第二电力载波通信模块和上位计算机；所述定子线圈缠绕在电机定子前端，所述独立绕组缠绕在定子线圈之后，缠绕在电机定子的尾部；所述独立绕组输出端通过内部电缆连接电磁隔离装置的输入端，所述电磁隔离装置的输出端连接整流电路的输入端，所述第一滤波电容并联在整流电路的输出端，第一滤波电容的一端连接稳压芯片的GND端，第一滤波电容的另一端通过二极管连接稳压芯片的输入端，所述第一超级电容器和第二超级电容器串联后，并联在稳压芯片的输入端，所述稳压芯片的输出端并联第二滤波电容，并连接井下控制单元的电源端，所述井下控制单元与压力传感器连接；所述井下控制单元的输出端连接第一电力载波通信模块的输入端，所述第一电力载波通信模块的输出端连接功率放大发送电路的输入端，所述功率放大发送电路的输出端通过第一耦合电容连接动力电缆；所述动力电缆的另一端连接第二耦合电容的输入端，所述第二耦合电容的输出端连接滤波接收电路的输入端，所述滤波接收电路输出端连接第二电力载波通信模块的输入端，所述第二电力载波通信模块的输出端连接上位计算机；所述独立绕组用于给井下控制单元和压力传感器供电，并为第一超级电容器和第二超级电容器充电；所述电磁隔离装置用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路用于将独立绕组输出的交流电能整流为直流电，所述第一滤波电容用于滤除低次谐波分量，所述二极管、第一超级电容器和第二超级电容器构成的储能续流拓扑结构，当动子处于运动间歇时，用于为井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块和功率放大发送电路供电，所述稳压芯片用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器用于采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元；所述井下控制单元用于将压力传感器采集的液面信息数据处理转换，并将转换好的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块；所述第一电力载波通信模块用于将液面信息数据信号调制到特定频段；所述功率放大发送电路用于对液面信息数据进行调理，以适应远距离传输；所述第一耦合电容将液面信息数据耦合至动力电缆；所述第二耦合电容用于将动力电缆上的液面信息数据耦合至滤波接收电路；所述滤波接收电路用于滤除载波传送过程中窜入的噪声；所述第二电力载波通信模块用于将信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机储存和处理。进一步地，所述井下控制单元包括电源管理器件、微控制单元MCU、A/D转换单元和存储单元。基于上述潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置的采集方法，具体步骤包括：步骤a、动子在独立绕组中作往复直线运动时，独立绕组中产生的电能为压力传感器和井下控制单元供电并为第一超级电容和第二超级电容充电，进行数据采集，当动子处于运动间歇时，独立绕组中没有电能产生，由第一超级电容器和第二超级电容器为井下控制单元、第一电力载波通信模块和功率放大发送电路，继续采集液面信息数据，并将采集到的液面信息数据存储到井下控制单元中的存储单元，同时向地面传输前一时段已采集的液面信息数据；步骤b、井下控制单元将液面信息数据传输给第一电力载波通信模块，第一电力载波通信模块用于将液面信息数据调制到某一特定频段；步骤c、经过调制后的液面信息数据再经过功率放大发送电路的调理，通过第一耦合电容耦合至动力电缆；步骤d、液面信息数据通过动力电缆传输到地面，经第二耦合电容耦合至滤波接收电路，再经滤波接收电路滤除载波传送过程中窜入的噪声后传输到第二电力载波通信模块；步骤e、第二电力载波通信模块对传输信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机储存和处理。进一步地，所述步骤a中，根据动子冲次，设置压力传感器的采样频率。进一步地，所述步骤a中，井下控制单元通过其内部A/D转换单元将压力传感器采集的液面信息数据模拟信号转换成数字信号以实现压力传感器与井下控制单元内部的MCU之间的数据传输，MCU将转换后的液面信息数据储存到存储单元中，当电机间歇时MCU将储存单元储存的数据传输给第一电力载波通信模块。有益效果：第一，本专利技术的潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法，将压力传感器置于井下采集液面信息数据，通过动力电缆将液面信息数据传输到地面上，能够实时获得井下的液面信息；第二，本专利技术的潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置及方法，利用电机动子往复运动在独立绕组产生电能为井下的传感器及其外围电路提供工作电源，并在供电电路中设计了超级电容作为储能元件，在电机工作期间，由独立绕组为井下控制单元和压力传感器提供电能，在电机工作的间歇状态，超级电容为井下控制单元、压力传感器、第一电力载波通信模块和功率放大发送电路提供电能，继续进行数据采集，同时通过动力电缆向地面传输已采集液面信息数据，能够实现持续不间断地采集井下的本文档来自技高网...
【技术保护点】
潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置，其特征在于，包括：电机定子(1)及在该电机定子(1)内作往复直线运动的动子(2)、定子线圈(3)、独立绕组(4)、内部电缆(5)、电磁隔离装置(6)、整流电路(7)、第一滤波电容(8)、二极管(9)、第一超级电容器(10)、第二超级电容器(11)、稳压芯片(12)、第二滤波电容(13)、井下控制单元(14)、压力传感器(15)、第一电力载波通信模块(16)、功率放大发送电路(17)、第一耦合电容(18)、动力电缆(19)、第二耦合电容(20)、滤波接收电路(21)、第二电力载波通信模块(22)和上位计算机(23)；所述定子线圈(3)缠绕在电机定子(1)前端，所述独立绕组(4)缠绕在定子线圈(3)之后，缠绕在电机定子(1)的尾部；所述独立绕组(4)输出端通过内部电缆(5)连接电磁隔离装置(6)的输入端，所述电磁隔离装置(6)的输出端连接整流电路(7)的输入端，所述第一滤波电容(8)并联在整流电路(7)的输出端，第一滤波电容(8)的一端连接稳压芯片(12)的GND端，另一端通过二极管(9)连接稳压芯片(12)的输入端，所述第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)串联后，并联在稳压芯片(12)的输入端，所述稳压芯片(12)的输出端并联第二滤波电容(13)，并连接井下控制单元(14)的电源端，所述井下控制单元(14)与压力传感器(15)连接；所述井下控制单元(14)的输出端连接第一电力载波通信模块(16)的输入端，所述第一电力载波通信模块(16)的输出端连接功率放大发送电路(17)的输入端，所述功率放大发送电路(17)的输出端通过第一耦合电容(18)连接动力电缆(19)；所述动力电缆(19)的另一端连接第二耦合电容(20)的输入端，所述第二耦合电容(20)的输出端连接滤波接收电路(21)的输入端，所述滤波接收电路(21)输出端连接第二电力载波通信模块(22)的输入端，所述第二电力载波通信模块(22)的输出端连接上位计算机(23)；所述独立绕组(4)用于给井下控制单元(14)和压力传感器(15)供电，并为第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)充电；所述电磁隔离装置(6)用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路(7)用于将独立绕组输出的交流电能整流为直流电，所述第一滤波电容(8)用于滤除低次谐波分量，所述二极管(9)、第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)构成的储能续流拓扑结构，当动子(2)处于运动间歇时，用于为井下控制单元(14)、压力传感器(15)、第一电力载波通信模块(16)和功率放大发送电路(17)供电，所述稳压芯片(12)用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容(13)用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器(15)用于采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元(14)；所述井下控制单元(14)用于将压力传感器(15)采集的液面信息数据处理转换，并将转换好的液面信息数据传输给第一电力载波通信模块(16)；所述第一电力载波通信模块(16)用于将液面信息数据调制到特定频段；所述功率放大发送电路(17)用于对液面信息数据进行调理，以适应远距离传输；所述第一耦合电容(18)将液面信息数据耦合至动力电缆(19)；所述第二耦合电容(20)用于将动力电缆(19)上的液面信息数据耦合至滤波接收电路(21)；所述滤波接收电路(21)用于滤除载波传送过程中窜入的噪声；所述第二电力载波通信模块(22)用于将信号进行解调，分离液面信息数据和载波信号，并将液面信息数据送至上位计算机(23)储存和处理。...
【技术特征摘要】
1.潜油往复抽油机间歇运行时井下信息分时采集装置，其特征在于，包括：电机定子(1)及在该电机定子(1)内作往复直线运动的动子(2)、定子线圈(3)、独立绕组(4)、内部电缆(5)、电磁隔离装置(6)、整流电路(7)、第一滤波电容(8)、二极管(9)、第一超级电容器(10)、第二超级电容器(11)、稳压芯片(12)、第二滤波电容(13)、井下控制单元(14)、压力传感器(15)、第一电力载波通信模块(16)、功率放大发送电路(17)、第一耦合电容(18)、动力电缆(19)、第二耦合电容(20)、滤波接收电路(21)、第二电力载波通信模块(22)和上位计算机(23)；所述定子线圈(3)缠绕在电机定子(1)前端，所述独立绕组(4)缠绕在定子线圈(3)之后，缠绕在电机定子(1)的尾部；所述独立绕组(4)输出端通过内部电缆(5)连接电磁隔离装置(6)的输入端，所述电磁隔离装置(6)的输出端连接整流电路(7)的输入端，所述第一滤波电容(8)并联在整流电路(7)的输出端，第一滤波电容(8)的一端连接稳压芯片(12)的GND端，另一端通过二极管(9)连接稳压芯片(12)的输入端，所述第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)串联后，并联在稳压芯片(12)的输入端，所述稳压芯片(12)的输出端并联第二滤波电容(13)，并连接井下控制单元(14)的电源端，所述井下控制单元(14)与压力传感器(15)连接；所述井下控制单元(14)的输出端连接第一电力载波通信模块(16)的输入端，所述第一电力载波通信模块(16)的输出端连接功率放大发送电路(17)的输入端，所述功率放大发送电路(17)的输出端通过第一耦合电容(18)连接动力电缆(19)；所述动力电缆(19)的另一端连接第二耦合电容(20)的输入端，所述第二耦合电容(20)的输出端连接滤波接收电路(21)的输入端，所述滤波接收电路(21)输出端连接第二电力载波通信模块(22)的输入端，所述第二电力载波通信模块(22)的输出端连接上位计算机(23)；所述独立绕组(4)用于给井下控制单元(14)和压力传感器(15)供电，并为第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)充电；所述电磁隔离装置(6)用于隔离高压侧和低压侧，防止高压侧冲击窜入低压侧，所述整流电路(7)用于将独立绕组输出的交流电能整流为直流电，所述第一滤波电容(8)用于滤除低次谐波分量，所述二极管(9)、第一超级电容器(10)和第二超级电容器(11)构成的储能续流拓扑结构，当动子(2)处于运动间歇时，用于为井下控制单元(14)、压力传感器(15)、第一电力载波通信模块(16)和功率放大发送电路(17)供电，所述稳压芯片(12)用于得到稳定直流电压，所述第二滤波电容(13)用于滤除高次谐波分量，所述压力传感器(15)用于采集液面信息数据，并将液面信息数据传输给井下控制单元(14)；所述井下控制单元(14)用于将压力传感器(15)采集的液面信息...
【专利技术属性】
技术研发人员：于德亮，孙浩，任玉龙，李妍美，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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