CN102636814B - 一种监测抽取的地下水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测通过断流地震自流井的恢复观测系统稳定抽取的地下水的方法，该方法包括：首先对抽取的地下水进行监测；当监测到提水管的压力值大于预定的压力范围时，降低抽取地下水的速度，当监测到提水管的压力值小于预定的压力范围时，增加抽取地下水的速度，当监测到提水管的压力值小于预定阈值时，启动报警。

Description

一种监测抽取的地下水的方法

技术领域

本发明涉及地震监测领域，具体地，涉及一种监测抽取的地下水的方法，更具体地，涉及一种监测通过断流地震自流井的恢复观测系统稳定抽取的地下水的方法。

背景技术

我国的地热田区多利用自流热水井开展地震地下流体物理化学项综合观测，但是随着各地地热资源的开发，部分观测井已经断流或即将断流，这使地下流体观测项目大幅减少，甚至全部停测，蒙受很大的损失。因此需要研发出能够恢复地震地下流体监测的方法。

在2010年9月《地震学报》发表了题为“地震地下流体自流观测井断流应对技术开发”的文章，该文章中公开了一种潜水泵变频稳流抽水观测系统，该系统包括抽水子系统、稳流控制子系统和观测子系统。其中，抽水子系统包括潜水泵和与其相关的管路，稳流控制子系统包括用于控制潜水泵的电源变频控制器，通过调节供电频率来控制潜水泵抽水量的稳定；观测子系统是将潜水泵抽出的稳定水流进入原有的观测管道系统，经脱气-集气装置分离出气体供数字化气氡仪、气汞仪与测氦仪观测。此外，在水流管道上可分流定时取样，供模拟水氡、水汞与溶解气、离子等观测；在抽水井内安装水位与水温传感器，实现了井水位与井水温的同井数字化观测。

以上公开的观测系统在潜水泵出现故障时，以及潜水泵的转速在预定的范围以外时，难以控制潜水泵的稳定工作，导致测量结果出现误差，因此需要提供一种便于控制潜水泵的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种监测通过本发明的断流地震自流井的恢复观测稳定抽取的地下水的方法。

本发明一方面提供了一种监测通过断流地震自流井的恢复观测系统稳定抽取的地下水的方法，

所述系统包括：抽水子系统、控制子系统和观测子系统，所述抽水子系统包括用于抽取地下水的潜水泵和与潜水泵相连接并将地下水输送到观测子系统的提水管，所述控制子系统用于控制抽水子系统，所述观测子系统用于观测通过抽水子系统输送来的地下水，

其中，所述控制子系统包括用于控制潜水泵转速的变频器、用于监测提水管水压并控制变频器的电接点压力表、受电接点压力表控制的报警器，电接点压力表用于在监测到的提水管的压力超过预定压力范围时向变频器发出降低频率信号，变频器控制潜水泵降低转速；电接点压力表还用于在电接点压力表监测到的提水管的压力小于预定压力范围时向变频器发出增加频率信号，变频器控制潜水泵增加转速；在电接点压力表监测到的提水管的压力小于预定阈值时，电接点压力表启动报警器报警，其中连接到提水管的电接点压力表能够控制出水口上下限压力，从而在出现停电、系统故障时，当出水管水压低于压力表设定的报警阈值时，与所述电接点压力表相连接的报警器能够自动启动，

其中所述电接点压力表与所述变频器相连，从而根据所述电接点压力表监测到的出水管道内压力的变化实时调节电源频率，进而调节水泵转速，实现实时自动调节水泵的抽水量，

其中所述控制子系统还包括连接到提水管的用于防止水倒流冲击潜水泵的止回阀，

其中所述观测子系统包括模拟观测取水口、脱气装置、观测设备、和第一管道，脱气装置和提水管之间通过第一管道连接，所述模拟观测取水口连接到所述第一管道，所述脱气装置通过引气管连接到所述观测设备，

其中所述观测子系统还包括分别连接到所述第一管道的膜盒压力表、涡轮流量计和温度计，

该方法包括：

a.首先对抽取的地下水进行监测；

b.当监测到提水管的压力值大于预定压力范围时，降低抽取地下水的速度，当监测到提水管的压力值小于预定的压力范围时，增加抽取地下水的速度，当监测到提水管的压力值小于预定阈值时，启动报警。

优选地，通过抽水子系统抽取地下水。

优选地，通过控制子系统监测提水管的水压。

优选地，通过控制子系统增加或减少抽取地下水的速度。

优选地，该方法还包括当监测到提水管道的水压值低于报警阈值时，启动报警。

优选地，该方法通过控制子系统报警。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种通过监测抽水子系统中的提水管的压力，改变了抽取地下水的速度，从而观测水样的方法，由于在本发明中对抽取地下水的速度进行了合理的调节，所以可以保证观测到的水样性质稳定，降低了观测结果的误差。

本发明还提供了一种实现本发明的观测地震地下流体水样方法的系统，由于本发明的系统中采用了变频器和电接点压力表，所以可以实现自动调节水泵的抽水量，达到稳流抽水的目的。

另外，本发明的系统还包括报警装置，当所述的电接点压力表监测到的提水管的水压低于设定的报警阈值时，启动报警器，因此潜水泵出现故障时，以及潜水泵的转速在预定的范围以外时，启动报警装置，提醒工作人员立即到达现场进行应急处理。

此外，本发明的系统还包括安装在第一管道上的止回阀，该止回阀在系统故障断流时防止管道内水倒流冲击潜水泵，可以有效地保护潜水泵免受损伤。

附图说明

图1表示本发明实施例1的系统图。

图2表示本发明实施例2的系统图。

具体实施方式

以下实施例仅用于解释本发明，不用于限制本发明，在本发明保护范围内的修改、替换都在本发明的保护范围内。

实施例1

1.抽水子系统

抽水子系统主要由潜水泵和提水管道构成。

1.1潜水泵

为确保观测数据的连续、稳定、可靠，必须选择稳定性高、连续工作能力强的高性能潜水泵。本发明中的潜水泵购置2台(一备一用)天津奥特泵业有限公司生产的耐高温、耐腐蚀的AT100QJR10-50型304不锈钢潜水泵，流量为10m³/h，扬程为50m。泵体全长1.8m，直径98mm，适用于内径≥115mm观测井中提水管道及其安装。

1.2提水管

提水管道采用高压锅炉专用胶皮管(8层帆线)，耐高温、耐高压、耐腐蚀。胶皮管柔软、有韧性、具有一定的承重效果，便于施工。

1.3潜水泵与提水管的安装

提水管为胶皮管，其通过竹节管、活接、对丝(材质均为304不锈钢)与潜水泵连接，拆装方便，当潜水泵出现故障时，从井中提出潜水泵，只需打开活接，即可方便快捷的更换备用泵，而管道系统无需更换。特别需要注意的是胶皮管虽然具有一定的承重效果，但潜水泵仍要使用钢丝绳加以固定，以确保安全。另外，胶皮管与竹节管对接以后，要用不锈钢卡子卡紧。

2.控制子系统

控制子系统主要包括变频器、电接点压力表、报警器和止回阀。

2.1变频器

变频器要选择是要考虑其稳定性和连续工作能力，本实施方式选择了日本三垦变频器(一备一用)。通过连接到潜水泵的变频器控制水泵的供电频率，调节水泵的转速，进而调节水泵的出水量，达到连续、稳定出水的目标。

2.2电接点压力表及其安装

连接到提水管的电接点压力表是控制出水口上下限压力的。具有报警器自动启动和变频器自动控制功能。

(1)报警器自动启动功能：将电接点压力表与报警器相连，当停电、系统故障时，出水管水压低于压力表设定的报警阀值时，报警装置将自动启动，提醒工作人员立即到达现场进行应急处置。

(2)变频器自动控制功能：将电接点压力表与变频器相连，根据电接点压力表监测到的出水管道内压力的变化实时调节电源频率，进而调节水泵转速，实现实时自动调节水泵的抽水量，达到稳流抽水的目的。

2.3止回阀

止回阀：井口观测装置中，在提水管上安装了1个止回阀，其作用是在系统故障断流时防止管道内水倒流冲击潜水泵，可有效保护潜水泵免受损伤。

3.观测子系统

观测子系统主要包括脱气装置、观测设备和模拟观测取水口。观测子系统连接到抽水子系统。

3.1井口观测仪器设备(脱气装置、模拟观测取水口、观测设备)及其安装

井口观测装置主要由脱气装置、模拟观测取水口、观测设备等部分组成。

3.2脱气装置

井水经过脱气装置进行汽水分离，供地下流体数字化观测设备检测。

3.3模拟观测取水口

模拟观测取水口通过第一管道与脱气装置相连接，模拟观测取水口是进行人工水氡、水汞、溶解气、离子、电导率等模拟观测必不可少的取样口。

3.4观测设备及其备用接口

观测设备通过引气管连接到所述的脱气装置。在井口观测装置改造时要充分考虑其可扩展性，设置一观测设备备用接口可为增加观测设备提供便利条件，如潜水泵抽水改造之后如果继续沿用动水位观测方式，该口可用于安装水位压力传感器。本实施例中的观测设备为多个观测设备。

3.5其他

井口观测子系统还包括膜盒压力表、涡轮流量计、水温计及其它地下流体观测设备构成。

膜盒压力表：膜盒压力表连接到第一管道，用于观测出水口压力，该压力为模拟观测所需的取水口物理量之一。膜盒压力表是采用膜盒作为测量微小压力的敏感元件，其工作原理是基于波纹膜盒在被测介质的压力作用下，其自由端产生相应的弹性变形，再经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定于齿轮轴上的指针逐将被测值在度盘上指示出来。选择膜盒压力表时要根据出水口压力大小来选择合适量程的压力表，同时要根据井水的腐蚀性选择压力表的材质，如井水腐蚀性较大可选择不锈钢膜盒压力表。

涡轮流量计：流量是模拟观测的常用物理常数之一，本发明选用了上海自动仪表厂生产的XSJ-39A涡轮流量计，该流量计连接到第一管道，为避免模拟观测取水对流量的影响，将其安装在模拟观测取水口的前端(图1)，可用于检测瞬时流量和总的积算流量。

水温计：井水温度为模拟观测水化取水口物理量之一。为准确读取观测水样温度，必须设计一水温计安放装置，即在第一管道上开一4分孔，并在其上焊接一4分管箍，在一端封闭的紫铜管上焊接一4分补芯，然后将其拧到4分管箍上，为达到良好的观测效果，一定要使插入出水管道内的紫铜管长度达到出水管道直径的三分之二。然后将水温计插入紫铜管即可进行水温观测，如果在紫铜管内加入铜粉将温度计容纳水银的玻璃泡掩埋观测效果更佳。

其它地下流体观测设备：其它一些地下流体观测设备包括物理量观测设备和化学量观测设备，各自又有数字化观测设备和模拟观测设备。这些专业设备通过三种方式进行观测：一、井水经过脱气装置汽水分离后，经引气管进入地下流体数字化观测设备(测氡仪、测汞仪、测氦仪等)；二、将传感器探头直接下至井中(水位、水温等)；三、由模拟观测取水口取样观测(水氡、水汞、溶解气、离子、电导率等观测)。

4观测效果

经过实验证明本发明的断流地震自流观测井的恢复观测系统抽水观测期与自流观测期，各测项无论是背景值还是正常起伏度等特征基本一致，潜水泵变频稳流抽水观测期的观测数据质量优于自吸泵负压抽水观测期的质量，与天然自流状态下观测产出的数据质量相当。

实施例2

参见图2，本发明的断流地震自流观测井的恢复观测系统，该系统包括观测井1、潜水泵2、提水管10、止回阀3、电接点压力表4、变频器5、报警器6、模拟观测取水口7、涡轮流量计8、温度计9、脱气装置11、第一管道14、引气管12和观测设备13。

在该系统中，与变频器5相连接的潜水泵2放置于观测井1内，潜水泵2和脱气装置11之间通过提水管10相连接，止回阀3置于潜水泵2和脱气装置11之间。在提水管10上还安装有电接点压力表4，电接点压力表4的一端连接到变频器5，电接点压力表4的另一端连接到报警器。在第一管道14上还连接有模拟观测取水口7、涡轮流量计8和温度计9，第一管道14通过模拟观测取水口7延伸到脱气装置11，脱气装置11通过引气管12连接到观测设备13，本实施例中的观测设备共有三个观测设备。

实施例3

参见图2，观测井1内的潜水泵2首先抽取地下水，抽取的地下水通过提水管10流过止回阀3，再通过第一管道14到达脱气装置11脱除其中的气体，气体通过引气管12进入观测设备13，从而检验水样中的气体。

在地下水通过止回阀3和脱气装置11的时候，还通过第一管道10上连接的模拟观测取水口7提取水样对其进行人工分析。在第一管道10上还安装有涡轮流量计8和温度计9对检测水样进行水样的流量和温度检测。

潜水泵2与变频器5相连接，电接点压力表4分别连接到提水管10和变频器5，当电接点压力表4监测到的提水管10的水压超过电接点压力表预先设定的压力范围时，降低变频器5的频率，从而降低水泵的转速，当电接点压力表4监测到的提水管10的压力小于电接点压力表预先设定的压力范围时，增加变频器5的频率，从而增加水泵的转速，以达到稳流抽水的目的。

电接点压力表4的另一端还连接到报警器6，当整个系统发生故障时，电接点压力表监测到的提水管10的压力小于报警阈值时，启动报警器6报警。

在整个系统发生故障时，止回阀3防止管道内水倒流冲击潜水泵2，可以有效地保护潜水泵2免受损伤。

Claims (6)

1.一种监测抽取的地下水的方法，所述地下水通过断流地震自流井的恢复观测系统被稳定抽取，

所述系统包括：抽水子系统、控制子系统和观测子系统，

1)抽水子系统，所述抽水子系统由潜水泵和提水管构成，

为确保观测数据的连续、稳定、可靠，必须选择稳定性高、连续工作能力强的高性能潜水泵，所述潜水泵为两台天津奥特泵业有限公司生产的耐高温、耐腐蚀的AT100QJR10-50型304不锈钢潜水泵，一备一用，所述潜水泵的流量为10m³/h，扬程为50m，泵体全长1.8m，直径98mm，适用于内径≥115mm观测井中提水管及其安装，

所述提水管采用高压锅炉专用胶皮管，8层帆线，耐高温、耐高压、耐腐蚀；胶皮管柔软、有韧性、具有一定的承重效果，便于施工，

其中所述提水管通过材质均为304不锈钢的竹节管、活接、对丝与潜水泵连接，拆装方便，当潜水泵出现故障时，从井中提出潜水泵，只需打开活接，即可方便快捷的更换备用泵，而管道系统无需更换，所述胶皮管虽然具有一定的称重效果，但潜水泵仍要使用钢丝绳加以固定，以确保安全，并且，胶皮管与竹节管对接以后，用不锈钢卡子卡紧；

2)控制子系统，所述控制子系统主要包括变频器、电接点压力表、报警器和止回阀，

变频器选用两个日本三垦变频器，一备一用，通过连接到潜水泵的变频器控制水泵的供电频率，调节水泵的转速，进而调节水泵的出水量，达到连续、稳定出水的目标，

连接到提水管的所述电接点压力表是控制出水口上下限压力的，具有报警器自动启动和变频器自动控制功能，

其中报警器自动启动功能包括：将电接点压力表与报警器相连，当停电、系统故障时，出水管水压低于压力表设定的报警阀值时，报警装置将自动启动，提醒工作人员立即到达现场进行应急处置，

其中变频器自动控制功能包括：将电接点压力表与变频器相连，根据电接点压力表监测到的出水管道内压力的变化实时调节电源频率，进而调节水泵转速，实现实时自动调节水泵的抽水量，达到稳流抽水的目的，

一个止回阀安装在提水管上，其作用是在系统故障断流时防止管道内水倒流冲击潜水泵，可有效保护潜水泵免受损伤；

3)观测子系统，所述观测子系统包括脱气装置、模拟观测取水口、观测设备，所述观测子系统连接到抽水子系统，

井水经过脱气装置进行汽水分离，

模拟观测取水口通过第一管道与脱气装置相连接，模拟观测取水口是进行人工水氡、水汞、溶解气、离子、电导率模拟观测必不可少的取样口，

观测设备通过引气管连接到所述的脱气装置，

所述观测子系统还设置一观测备用接口，所述观测备用接口能够为增加观测设备提供便利调节，其中，在潜水泵抽水改造之后继续沿用动水位观测方式时，所述观测设备备用接口能够用于安装水位压力传感器，其中，所述观测设备为多个观测设备，

观测子系统还包括膜盒压力表、涡轮流量计、水温计及其它地下流体观测设备构成，

膜盒压力表：膜盒压力表连接到第一管道，用于观测出水口压力，该压力为模拟观测所需的取水口物理量之一，膜盒压力表是采用膜盒作为测量微小压力的敏感元件，其工作原理是基于波纹膜盒在被测介质的压力作用下，其自由端产生相应的弹性变形，再经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定于齿轮轴上的指针逐将被测值在度盘上指示出来，选择膜盒压力表时要根据出水口压力大小来选择合适量程的压力表，

涡轮流量计：流量是模拟观测的常用物理常数之一，所述涡轮流量计为上海自动仪表厂生产的XSJ-39A涡轮流量计，该流量计连接到第一管道，为避免模拟观测取水对流量的影响，将所述涡轮流量计安装在模拟观测取水口的前端，用于检测瞬时流量和总的积算流量，

水温计：井水温度为模拟观测水化取水口物理量之一，为准确读取观测水样温度，必须设计一水温计安放装置，即在第一管道上开一4分孔，并在其上焊接一4分管箍，在一端封闭的紫铜管上焊接一4分补芯，然后将其拧到4分管箍上，为达到良好的观测效果，一定要使插入出水管道内的紫铜管长度达到出水管道直径的三分之二，然后将水温计插入紫铜管即可进行水温观测，

其它地下流体观测设备包括物理量观测设备和化学量观测设备，所述物理量观测设备和化学量观测设备分别包括数字化观测设备和模拟观测设备，这些其它地下流体观测设备能够通过以下三种方式中的至少一种进行观测：一、井水经过脱气装置汽水分离后，经引气管进入地下流体数字化观测设备进行观测，该数字化观测设备包括：测氡仪、测汞仪、测氦仪；和/或二、将传感器探头直接下至井中测量水位、水温；和/或三、由模拟观测取水口取样观测，水氡、水汞、溶解气、离子、电导率观测，

所述方法包括：

首先对抽取的地下水进行监测；

根据电接点压力表监测到的出水管内压力的变化实时调节电源频率，进而调节水泵转速，当监测到提水管的压力值大于预定的压力范围时，降低抽取地下水的速度，当监测到提水管的压力值小于预定的压力范围时，增加抽取地下水的速度，从而实现实时自动调节水泵的抽水量，

当监测到提水管的压力值小于预定阈值时，启动报警，

当停电、系统故障时，监测到的提水管道水压值低于压力表设定的报警阈值时，自动启动报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过抽水子系统抽取地下水。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制子系统监测提水管的水压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制子系统增加或减少抽取地下水的速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法通过控制子系统报警。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在紫铜管内加入铜粉，将温度计容纳水银的玻璃泡掩埋进行观测。