CN200975254Y - 录井脱气器液位自动跟踪系统 - Google Patents

Abstract

一种录井脱气器液位自动跟踪系统。主要解决现有技术中没有一种可以根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位高度的装置的问题。其特征在于：所述系统还包括一个液位检测及自动调整机构，该机构由脱气室升降螺杆(5)、动力传输齿轮盘(7)、动力传输小齿轮(14)、脱气器升降电机(15)、液位测量电极等构成，其中由液位跟踪仪控制的脱气器升降电机(15)的传动轴带动动力传输齿轮盘(7)转动，从而带动脱气室升降螺杆(5)转动使脱气室(11)上升或下降。该种录井脱气器液位自动跟踪系统能够及时跟踪液位的变化调整脱气室的高度从而保证脱气室吃水液位高度相对稳定，减少人为因素影响，对检测环境起到了校正作用。

Description

录井脱气器液位自动跟踪系统

技术领域：

本实用新型涉及油田进行气测录井作业时应用到的一种装置，尤其是涉及一种能够根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位的装置。

背景技术：

电动脱气器具有脱气效率高，工作稳定的特点，是目前气测录井中不可缺少的脱气装置。随着录井技术的不断发展，气测资料应用程度的不断深入，对检测环境的校正越发显得重要，但在使用中发现当钻井液流量发生变化时，如果不及时调整电动脱气器吃水液位高度，就很容易出现漏测或测量不准的情况，直接影响资料录取质量。但是目前还没有一种装置可以根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位高度，解决此问题的方法只能是采用在现场由操作员人工进行调整，但是这种手动调整的局限性在于如果流量变化频繁或出现井涌等特殊情况时，一个操作员就很难进行及时调整，不可避免的会导致测量误差的发生。

实用新型内容：

为了解决现有技术中没有一种可以根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位高度的装置的问题，本实用新型提供一种录井脱气器液位自动跟踪系统，该种录井脱气器液位自动跟踪系统能够及时跟踪液位的变化调整脱气室的高度从而保证脱气室吃水液位高度相对稳定，减少人为因素影响，对检测环境起到了校正作用。

本实用新型的技术方案是：该种录井脱气器液位自动跟踪系统，包括脱气室及液位跟踪仪以及一个液位检测及自动调整机构。这个液位检测及自动调整机构由脱气器支架、脱气室升降螺杆、动力传输齿轮盘、动力传输小齿轮、脱气器升降电机、液位测量电极安装板、液位测量电极主支架、液位测量主电极、液位测量低电极、液位测量高电极构成。动力传输齿轮盘和脱气器升降电机分别固定在脱气器支架的顶部和上侧部，其中脱气器升降电机的传动轴带动动力传输小齿轮转动，动力传输小齿轮带动动力传输齿轮盘转动，动力传输齿轮盘内部开有与脱气室升降螺杆相匹配的内螺纹，脱气室升降螺杆穿过动力传输齿轮盘的中心，其下端与脱气室作固定连接。液位测量电极主支架固定在脱气室的外侧，其上安装有液位测量电极安装板，液位测量低电极、液位测量高电极平行安装在液位测量电极安装板上，液位测量主电极、液位测量低电极、液位测量高电极的引出线通过测量电极引出线连接至脱气器液位跟踪仪的液位信号输入端，脱气器升降电机的控制电缆连接至脱气器液位跟踪仪的控制信号输出端。

本实用新型具有如下有益效果：由于采取上述方案后，液位跟踪仪可以根据液位测量主电极、液位测量低电极、液位测量高电极的引出线传出的导通信号来判断泥浆槽内泥浆的液面高度，并在仪器内预置程序的作用下控制脱气器升降电机转动，使得脱气室升降螺杆上升或下降从而带动脱气室上升或下降，实现了可以根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位高度的功能。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中液位跟踪仪内主控电路板的电气原理图。

图3是本实用新型中液位跟踪仪内立压比较电路板的电气原理图。

图中1-泥浆泵立压信号输入端，2-scan总线信号输出端，3-信号分配器，4-液位跟踪信号输出端，5-脱气室升降螺杆，6-脱气室手动升降手柄，7-动力传输齿轮盘，8-测量电极引出线，9-液位测量电极安装板，10-液位测量主电极，11-脱气室，12-液位测量低电极，13-泥浆槽，14-动力传输小齿轮，15-脱气器升降电机，16-控制电缆，17-液位测量电极主支架，18-液位测量高电极，19-泥浆，25-脱气器支架，26-行程保护开关，27-脱气器螺杆防结冰槽。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1所示，该种录井脱气器液位自动跟踪系统，由脱气室11、液位跟踪仪以及一个液位检测及自动调整机构构成。液位跟踪仪就是常规仪器，主要由主控电路板和立压比较电路板组成，其主要结构及原理应用在本技术方案中时，没有变化。液位检测及自动调整机构由脱气器支架25、脱气室升降螺杆5、动力传输齿轮盘7、动力传输小齿轮14、脱气器升降电机15、液位测量电极安装板9、液位测量电极主支架17、液位测量主电极10、液位测量低电极12、液位测量高电极18构成，其中动力传输齿轮盘7和脱气器升降电机15分别固定在脱气器支架25的顶部和上侧部，其中脱气器升降电机15的传动轴带动动力传输小齿轮14转动，动力传输小齿轮14带动动力传输齿轮盘7转动，动力传输齿轮盘7内部开有与脱气室升降螺杆5相匹配的内螺纹，脱气室升降螺杆5穿过动力传输齿轮盘7的中心，其下端与脱气室11作固定连接。液位测量电极主支架17固定在脱气室11的外侧，其上安装有液位测量电极安装板9，液位测量低电极12、液位测量高电极18平行安装在液位测量电极安装板9上，液位测量主电极10、液位测量低电极12、液位测量高电极18的引出线通过测量电极引出线8连接至液位跟踪仪的液位信号输入端，脱气器升降电机15的控制电缆16连接至液位跟踪仪的控制信号输出端。

使用时，液位测量主电极10固定于泥浆池的侧边，提供12V直流电，固定在脱气室11上的液位测量低电极12、液位测量高电极18可以随脱气室11上下运动，当脱气室向下运动使两根电极与泥浆池里的泥浆接触时，这三根电极就通过泥浆导通。电极和泥浆液面的位置关系可分成以下三种情况，高电极和低电极都浸入泥浆中导通，如出现这种情况则表明泥浆池的泥浆液位上升，需要脱气室向上提升。如果液位测量高电极18在泥浆液面之上，液位测量低电极12浸入泥浆，则表示这时泥浆液位处于合适的位置，脱气室既不需要上升、也不需要下降。如果高电极和低电极都没有与泥浆接触，表明泥浆液位下降，则需要脱气室下降。

液位跟踪仪将检测到的测量电极导通信号传递给内部单片机，在单片机内部预置程序的作用下控制脱气器升降电机转动，通过动力传输小齿轮14带动动力传输齿轮盘7转动，使得脱气室升降螺杆上升或下降从而带动脱气室上升或下降，实现了可以根据钻井液流量变化自动调整脱气器液位高度的功能。

为了防止脱气室上升或下降超过极限位置，可在在脱气室升降螺杆上的顶部和底部分别固定有行程保护开关26，一旦该开关被触及，将向液位跟踪仪内的单片机发出信号使脱气器升降电机停止转动。

此外，为防止升降螺杆结冰，可在脱气室升降螺杆上开有脱气器螺杆防结冰槽，使水沿该槽流下而不会停留在螺杆上。同时可在动力传输齿轮盘上安装一个脱气室手动升降手柄6，这样可以由工作人员在特殊情况下手动调节脱气室的高度。

如图2所示是液位跟踪仪内主控电路板的电气原理图，其中LED_PSS为允许压力信号有效时指示灯输出端子，POLE为电极信号接线端子，其中1为高电极信号端，2为低电极信号端，3为12V电极电源输出端，RESET为单片机复位键输入端子，PRESS为泵压有效信号输入端子，S_PRESS为泵压信号允许键输入端子，A/H为手动/自动键输入端子，U/D为手动时电机向上和向下键输入端子，LED_U为电机向上时指示灯输出端子，LED_D为电机向下时指示灯输出端子，LED_P为电源指示灯输出端子，CIR_S为启动时外接电阻电容接线端子用于实现电机换向，FAN为12V电源输出端子给散热风扇提供电源，DC_JD1为1路继电器驱动部分输出端子，DC_JD2为2路继电器驱动部分输出端子，JD_AC_O为继电器AC220输出端子，MOTOR为电机电源输出端子，JD_AC_I为继电器AC220输入端子，AC为220V交流电输入端子，FAC为保险管接线端子。

如图2所示，液位跟踪仪内主控电路主要由电源部分、比较电路、单片机及外围电路和继电器电路组成，其主要工作过程为：

首先通过变压器T1把220V交流电降为18V和9V两路交流电，其中18V这路通过整流桥D2把交流电变为直流电，通过电容C15、C8进行滤波整形，得到18V左右的直流电压，通过3端稳压器7812可得到12V稳定电压，再经过电容C4、C11的二次滤波整形，此时可得到非常稳定可靠的12V直流电；而另一路通过整流桥D1把9V交流电变为直流电，通过电容C16、C9进行滤波整形，得到9V左右的直流电压，通过3端稳压器7805可得到5V稳定电压，再经过电容C5、C12的二次滤波整形，此时可得到非常稳定可靠的5V直流电。

集成模块U3、U4为内部装有四路电压比较器的LM224，对于其中的每一电压比较器IN+为同相输入端，IN-为反相输入端，OUT为比较输出端；U1为光电耦合器件；Q1、Q2为NPN型三极管。集成模块U4中的3路电压比较器的同相输入端接的是5V电压经过电阻R15、R16分压后得到2.5V电压，反相输入端通过上拉电阻R27接入允许有效信号，当允许有效零信号产生时，电压比较器输出高电平5V；反之，输出低电平0V。

12V电压通过光耦U1的输入端后和三极管Q2、电阻R13串联，当集成模块U4电压比较器输出高电平时，通过电阻R14产生三极管Q2的基极电流，使三极管Q2饱和导通，从而光耦U1的输出端也饱和导通；在光耦U1的输出端，当输出端不饱和截止时，三极管Q1基极通过电阻R3和R6接地，三极管Q1处于截止状态，无电极电源输出，反之，当光耦U1输出端饱和导通时，12V电源通过电阻R3流入三极管Q1基极，使三极管Q1处于饱和导通状态，输出12V电极电源。

U3中的1路电压比较器的同相输入端接的是5V电压经过电阻R15、R16分压后得到2.5V电压，反相输入端接的是单片机输出的电机向下信号，电压比较器输出端给继电器JD2一个驱动信号；2路电压比较器的同相输入端接高电极信号输入后通过电容C3延时、电阻R9和R10分压得到的信号，有高电极信号时同相输入端为5V，无信号时为0V，反相输入端接2.5V电压，电压比较器输出端给单片机一个高电极有效或无效信号；3路电压比较器的同相输入端接低电极信号输入后通过电容C2延时、电阻R7和R8分压得到的信号，有低电极信号时同相输入端为5V，无信号时为0V，反相输入端接2.5V电压，电压比较器输出端给单片机一个低电极有效或无效信号；4路电压比较器的同相输入端接的是2.5V电压，反相输入端接的是单片机输出的电机向上信号，电压比较器输出端给继电器JD1一个驱动信号。

在本例中，单片机采用的是AT89C2051型号，电容C1、电阻R1和复位键输入组成单片机复位电路。当复位键按下时，电容C1短路，5V电压加在单片机复位引脚上，此时单片机将复位，复位键不按下时，电容C1隔开直流电，地从电阻R1接入，单片机复位引脚上是低电平，单片机不复位。电容C13、C14、晶体振荡器Y1和单片机片内振荡器组成单片机时钟振荡电路。单片机输入信号有：泵压信号有效输入、自动/手动键输入、手动上键输入、手动下键输入、高电极信号输入、低电极信号输入。其中自动/手动键输入、手动上键输入和手动下键输入分别需上拉电阻R5、R2和R4。单片机输出信号有：电机向上信号输出、电机向下信号输出、电机向上指示灯信号输出、电机向下指示灯信号输出。其中，电机向上指示灯信号输出后经过电阻R21给三极管Q3一个基极电流，使三极管Q3饱和导通，从而12V加在电机向上指示灯和电阻R24上，指示灯亮，R24用来限定指示灯工作电流；同样，电机向下指示灯信号输出后经过电阻R22给三极管Q4一个基极电流，使三极管Q4饱和导通，从而12V加在电机向下指示灯和用来限定指示灯工作电流的电阻R25上，指示灯亮。

继电器采用的是12V直流具有四组开关的继电器。当加在电阻R28上的电压为高电平时，三极管Q5将饱和导通，1路继电器JD1吸合；同样，当加在电阻R29上的电压为高电平时，三极管Q6将饱和导通，2路继电器JD2吸合。继电器JD1和继电器JD2的输出组成一个自锁式开关，当JD1动作而JD2不动作时，电机的MF和MN端输出电源，由于电容的电流超前作用，电机的MZ超前MF，控制电机正转；当JD1不动作而JD2动作时，电机的MZ和MN端输出电源，同样由于电容的电流超前作用，电机的MF超前MZ，控制电机反转；当JD1和JD2都动作或都不动作时，电机的MZ、MF和MN端无电源输出，控制电机停转。

图3是本实用新型中液位跟踪仪内立压比较电路板的电气原理图。其中JP1为电流输入端子，1、2脚为单相220V交流电两输入端，JP2为可调电阻输入端子，JP3为4-20mA电流输入端子，JP4为压力有效开关信号输出端子，JP5为DC24V电压输出端子。本技术方案中利用泥浆泵立压信号作为启动信号，即利用立压循环门限信号控制系统工作状态，当立压信号低于立压循环门限值时，系统停止工作，并保持脱气室位置不变，当立压信号高于立压循环门限值时，系统启动，探测液位高度并实施跟踪。如图1所示，本技术方案中采用ET-F0511型4～20mA信号分配器将来自于泥浆泵的立压信号输入给液位跟踪仪，以实现根据泥浆池泵的开关信号来启动液位跟踪控制系统，即当泥浆池泵给出立压信号且超过液位跟踪系统设定的立压门限值，本系统才可进入自动状态。立压比较电路板的具体工作过程如下：

首先通过变压器把220V交流电降为28V交流电，然后通过D1-D4二极管组成的整流桥把交流电变为直流电，通过电容C1、C2进行滤波整形，得到28V左右的直流电压，通过3端稳压器7824可得到24V稳定电压，再经过电容C3、C4的二次滤波整形，此时可得到非常稳定可靠的24V直流电，另外在7824输入与输出之间加入一个反向的二极管D5，可保持输入端电压的下限在24V左右，相当于提高了输入电压，从而使输出电压更加稳定。LM339为内部装有四路电压比较器的集成模块，对于其中的每一电压比较器IN+为同相输入端，IN-为反相输入端，OUT为比较输出端；LM431为三端可调稳压器，在本电路应用中，直流24V电源经过两个1K电阻R1、R2，然后和LM431的1、2脚相连，可得到2.5V的稳定电压，电容C7的作用是用来整定电压。

对于LM339中的1路电压比较器，同相输入端从2.5V电压通过电阻R6引入，反相输入端从24V电压通过电阻R5引入，用于设定1路电压比较器的初始状态，防止LM339受到干扰；2路电压比较器，同相输入端通过电阻R8接地，反相输入端在24V和2.5V电压之间通过电阻R7和电位器RW1串联，从电位器RW1输出端得到的电压经电容C6整定后输入，用于设定2路电压比较器的初始状态，防止LM339受到干扰；3路电压比较器，同相输入端通过4-20mA电流信号流经电阻R9，得到一个电流转换电压输入，反相输入端在2.5V电压和地之间通过电阻R3和可调电阻器JQ2串联，可调电阻器分压后的电压经电容C8整定后输入，比较正相和反相输入端的电压大小，当正相输入电压大于反相输入电压时，此电压比较器输出端输出非零信号，反之，输出零信号；4路电压比较器，同相输入端通过电阻R10接地，反相输入端在地和2.5V电压之间通过电阻R4和电位器RW2串联，从电位器RW2输出端得到的电压经电容C9整定后输入，用于设定4路电压比较器的初始状态，防止LM339受到干扰。DZ为BZX55C系列稳压二极管，选用6.5V型号；C2060为NPN型三极管；JQ1为24V直流继电器。当LM339的3路电压比较器输出为零信号时，加在DZ上的工作电压为零，此时DZ不工作，C2060基极电流为零，C2060不工作，继电器JQ1处于常态状态；反之，当LM339的3路电压比较器输出非零信号时，在24V和地之间通过电阻R11、稳压二极管DZ和电阻R12三者之间串联，有1V左右的电压加在C2060的基极上，将三极管C2060处于饱和导通状态，从而使继电器JQ1动作，此时处于吸合状态；另外，二极管D6是用来在继电器退出吸合状态时排出继电器内部线圈存储电能，防止再次吸合时的误操作。

本系统使用时，将由单片机检测由4-20mA信号分配器3输入的4-20mA泥浆泵的立压信号是否高于通过液位跟踪仪前面板上泵信号设定旋钮所设定的立压门限值，如果第1步中立压信号大于门限值，系统转入自动控制并输出电极信号，脱气室向下或者向上寻找泥浆池泥浆液位，完成自检运行，探测液位高度并实施跟踪。该系统的使用在保证气测资料齐全准的同时，极大的减轻了操作员工作强度，而且可以及时跟踪液位的变化从而保证脱气室吃水液位高度相对稳定，减少人为因素影响，对检测环境起到了校正作用。

Claims (4)

1、一种录井脱气器液位自动跟踪系统，包括脱气室(11)及液位跟踪仪，其特征在于：所述系统还包括一个液位检测及自动调整机构，该机构由脱气器支架(25)、脱气室升降螺杆(5)、动力传输齿轮盘(7)、动力传输小齿轮(14)、脱气器升降电机(15)、液位测量电极安装板(9)、液位测量电极主支架(17)、液位测量主电极(10)、液位测量低电极(12)、液位测量高电极(18)构成，

动力传输齿轮盘(7)和脱气器升降电机(15)分别固定在脱气器支架(25)的顶部和上侧部，其中脱气器升降电机(15)的传动轴带动动力传输小齿轮(14)转动，动力传输小齿轮(14)带动动力传输齿轮盘(7)转动，动力传输齿轮盘(7)内部开有与脱气室升降螺杆(5)相匹配的内螺纹，脱气室升降螺杆(5)穿过动力传输齿轮盘(7)的中心，其下端与脱气室(11)作固定连接，

液位测量电极主支架(17)固定在脱气室(11)的外侧，其上安装有液位测量电极安装板(9)，液位测量低电极(12)、液位测量高电极(18)平行安装在液位测量电极安装板(9)上，

液位测量主电极(10)、液位测量低电极(12)、液位测量高电极(18)的引出线通过测量电极引出线(8)连接至液位跟踪仪的液位信号输入端，脱气器升降电机(15)的控制电缆(16)连接至液位跟踪仪的控制信号输出端。

2、根据权利要求1所述的录井脱气器液位自动跟踪系统，其特征在于：在脱气室升降螺杆(5)上的顶部和底部分别固定有行程保护开关(26)。

3、根据权利要求2所述的录井脱气器液位自动跟踪系统，其特征在于：在脱气室升降螺杆(5)上开有脱气器螺杆防结冰槽(27)。

4、根据权利要求1、2或3所述的录井脱气器液位自动跟踪系统，其特征在于：在动力传输齿轮盘(7)上有一脱气室手动升降手柄(6)。

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