一种地热井液位实时监测装置的制作方法

1.本实用新型属于液位监测技术领域，尤其涉及一种地热井液位实时监测装置。


背景技术：

2.地热井是指开采地表以下热资源(主要为地热水、地热卤水等)的钻探井设施，所谓地热，就是能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源。地热的典型应用场景为温泉洗浴、供暖以及发电等。通常情况下，在地热钻探井完成施工后，需要在井下设置地热深井泵，在地热深井泵上安装泵管，将地热热水从地热井内泵送出来。
3.上述设施中，对地热井内的液位高度进行监测和计量是必要的，通过监测井内液位高度能够获取井下液位变化的情况，对地热水的开采利用进行指导。目前，行业内常用的地热井水位监测手段是：人工操作用电缆下放至井下，在线缆端头与井下地热水液面接触通电后，电信号通过电缆传到至地上，再结合下缆长度来综合判断水位数据。该项技术原理简单，成本较低，但是也存在较多问题。首先，当遇到泵管与套管间隙过小、井下状况较为复杂的情况时，很容易发生测线下不去、测点测不准的问题；其次，测线容易卡在泵管连接处或套管连接处，对井下水泵运行增加了故障和事故风险；再者，该监测方式不能进行实时监测，对于地热井内水位短时间发生较大变化的情况无法快速获取；再者，该监测方式操作复杂，费时费力。
4.因此，需要对新型的井下液位监测设施进行开发设计，解决上述操作故障风险大、监测不准确、无法实时获取信息以及操作繁琐等问题。


技术实现要素：

5.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、实现连续式实时监测、无操作风险、测点准确的地热井液位实时监测装置。
6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种地热井液位实时监测装置包括位于地热井内的以串联方式逐级连接的多个泵管，相邻的两根泵管之间采用法兰盘和连接螺栓对接连接；在地热井井下的一根或多根泵管上安装有监测组件，在地热井的井口的外部设有接线排和控制器，各监测组件通过导联线连接至接线排，接线排与控制器电连接；监测组件包括基体，在基体上设有等间距布置的多个热敏电阻，在各热敏电阻上连接有在基体内部延伸的内部线缆，内部线缆延伸至基体的外部并与导联线连接；控制器包括处理器单元以及与处理器单元电连接的显示器和电池单元，接线排与处理器单元电连接。
7.本实用新型的优点和积极效果是：
8.本实用新型提供了一种结构设计合理的地热井液位实时监测装置，与现有的液位监测装置和监测方法相比，本实用新型中通过在井下的泵管上安装监测组件，实现了对井下液位的感知和测量，通过采用导联线将测量信号发送至位于井口外的控制器并采用处理器单元对获取的信号进行处理，实现了对井下液位高度的判断和监视。由于控制器一直处
于信号接收的状态，并且对接收到的监测信号进行连续处理并生成对液位高度的判断，因此本监测装置实现了实时监控液位高度的效果。与现有的监测方式相比，本监测装置由于无需以人工的方式向井下置入测线，因此不存在测线无法下放、测点不准、测线卡阻等问题，不会导致操作风险。本监测装置无需人工干预操作，对井下液位高度的监测省时省力，通过实时方式的液位高度监测，快速获取液位高度信息，为地热水的开采利用提供指导。
9.优选地：在监测组件的基体的背部设有供泵管落入的管槽，管槽的轮廓形状与泵管的轮廓形状一致。
10.优选地：在监测组件的端部设有绑扣槽，监测组件采用落入绑扣槽内的固定绑扣与泵管固定连接。
11.优选地：法兰盘包括法兰盘体，在法兰盘体上设有多个连接孔，在法兰盘体上还设有多个供导联线落入的槽口。
12.优选地：接线排包括接线排本体，在接线排本体上并列设有多组独立的接线端子。
13.优选地：控制器还包括无线通信单元，无线通信单元与处理器单元电连接。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是图1中法兰盘的结构示意图；
16.图3是图1中监测组件的剖视结构示意图；
17.图4是图1中接线排和控制器的结构框图。
18.图中：
19.1、泵管；2、连接螺栓；3、法兰盘；3
‑
1、法兰盘体；3
‑
2、连接孔；3
‑
3、槽口；4、固定绑扣；5、监测组件；5
‑
1、基体；5
‑
2、管槽；5
‑
3、绑扣槽；5
‑
4、热敏电阻；5
‑
5、内部线缆；6、地热井；7、导联线；8、井口；9、接线排；10、控制器。
具体实施方式
20.为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。
21.请参见图1，本实用新型的地热井液位实时监测装置包括位于地热井6内的以串联方式逐级连接的多个泵管1，相邻的两根泵管1之间采用法兰盘3和连接螺栓2对接连接，地热深井泵通过泵管1将井下的地热水源向井外送出。
22.请参见图2，可以看出：
23.法兰盘3包括法兰盘体3
‑
1，在法兰盘体3
‑
1上设有多个连接孔3
‑
2，在法兰盘体3
‑
1上还设有多个槽口3
‑
3。法兰盘体3
‑
1安装固定在泵管1的端部，连接时，相邻两个法兰盘3对接连接且在两者之间设置密封圈，之后采用连接螺栓2贯穿在法兰盘3上进行泵管1的逐级连接。
24.在地热井6井下的一根或多根泵管1上安装有监测组件5，在地热井6的井口8的外部设有接线排9和控制器10，各监测组件5通过导联线7连接至接线排9，接线排9与控制器10电连接。监测组件5用于对井下的液位高度进行感知和监测，产生的监测信号通过导联线7上行输送给控制器10，控制器10接收监测信号并进行计算分析，得出液位高度的判断，并对液位高度进行输出显示。
25.导联线7沿着泵管1的轴线方向延伸和布设，当导联线7经过法兰盘3的位置时，导联线7从相应的槽口3
‑
3内穿行。为了避免导联线7变得松散，可以每隔一定距离就采用金属绑带将导联线7与泵管1固定。
26.接线排9用于转接接线使用，本实施例中，接线排9包括接线排本体，在接线排本体上并列设有多组独立的接线端子。连接至每个监测组件5的导联线7其上端均连接至接线排9，接线排9采用线束连接至控制器10，这样能够提升导联线7与控制器10之间信号连接的便利性和稳定性，即导联线7无需与控制器10进行复杂连接接线，导联线7只需按照接线规则向接线排9上连接接线即可。另外，接线排9提供了多组接线端子，当监测组件5数量较少时，其中一些接线端子被使用、另一些接线端子空置，这样就为监测组件5提供了连接的备用位置，满足不同场景中的使用需求。
27.请参见图3，可以看出：
28.监测组件5包括基体5
‑
1，在基体5
‑
1上设有等间距布置的多个热敏电阻5
‑
4，在各热敏电阻5
‑
4上连接有在基体5
‑
1内部延伸的内部线缆5
‑
5，内部线缆5
‑
5延伸至基体5
‑
1的外部并与导联线7连接。热敏电阻5
‑
4与地热水接触后阻值发生明显变化，这个阻值的变化作为判断热敏电阻5
‑
4当前已经浸没在地热水中的监测信号，该监测信号通过内部线缆5
‑
5和导联线7输送给控制器10。
29.具体地，基体5
‑
1可以采用酚醛树脂材质(即电木材质)一体注塑成型，内部线缆5
‑
5一体注塑成型在基体5
‑
1的内部，热敏电阻5
‑
4采用一体注塑成型或者密封粘接固定等方式安装固定在基体5
‑
1上，采用后一种方式时，在基体5
‑
1上预成型安装槽，之后将热敏电阻5
‑
4置入安装槽内并采用密封胶进行密封粘接固定。内部线缆5
‑
5与导联线7在连接的位置也应该做好密封处理，可以采用密封胶在连接的位置进行密封粘接，防止地热水源与内部线缆5
‑
5的外端头和导联线7的下端头接触。当然，可以想到的是，也可以在基体5
‑
1上开设容纳内部线缆5
‑
5的线缆槽，在内部线缆5
‑
5置入槽内后采用密封胶进行连续密封粘接，将内部线缆5
‑
5封装在内部，此种方式能够简化基体5
‑
1的加工工艺，降低加工成本。
30.本实施例中，在监测组件5的基体5
‑
1的背部设有供泵管1落入的管槽5
‑
2，管槽5
‑
2的轮廓形状与泵管1的轮廓形状一致，安装时将基体5
‑
1抵靠在泵管1的表面并且令泵管1落入管槽5
‑
2内，这样令监测组件5安装后更加稳定，也能够保证监测组件5的长度方向与泵管1的轴线方向平行。
31.本实施例中，在监测组件5的基体5
‑
1的端部设有绑扣槽5
‑
3，监测组件5采用落入绑扣槽5
‑
3内的固定绑扣4与泵管1固定连接。当然，可以想到的是，为了提升连接固定的效果，可以在基体5
‑
1的中部也设置绑扣槽5
‑
3并且在中部采用固定绑扣4与泵管1固定连接。
32.监测组件5的长度需要根据泵管1的长度以及加工工艺来确定，通常情况下，监测组件5的设计长度为5m左右，相应地，监测组件5所在的泵管1的长度略长于5m。可以将泵管1与监测组件5构成用于液位高度监测的组合体，即输送至地热井6的施工现场前，将监测组件5与泵管1进行组合，向地热井6内逐级下放泵管1时，根据设计要求令前述监测组合体位于合适的深度位置，即根据勘探或者实际运行所获取的数据，令前述监测组合体的监测范围覆盖井下液位高度的变化区域范围。
33.对于液位变化幅度较小的地热井6来说，可以选用单个监测组合体，对于液位变化幅度较大的地热井6来说，可以选用多个监测组合体进行逐级连接，以拓展液位监测的范
围。后一种情况下，应保证多个监测组合体上的各热敏电阻5
‑
4之间的距离相等，对井下液位的监测精度为相邻两个热敏电阻5
‑
4之间的距离。一般情况下，对地热井6的井下液位的监测并不要求具备很高的精度，因此热敏电阻5
‑
4之间的距离可以设定在20～50cm，根据不同的使用场景进行选择设定。
34.请参见图4，可以看出：
35.控制器10包括处理器单元以及与处理器单元电连接的显示器和电池单元，接线排9与处理器单元电连接，具体地如前所述，接线排9与处理器单元之间通过线束连接。处理器单元基于plc芯片进行搭建，接收到监测信号后对设定的深度进行判断，电池单元用于为控制器10提供电源，可以采用可充电电池的形式，显示器用于对监测获取的井下液位高度进行显示，具体地，显示器可以为液晶显示屏。
36.每根导联线7内设有与对应监测组件5上的多个热敏电阻5
‑
4对应的多组芯线，导联线7与接线排9连接时，根据设置在接线排本体上的用于区别不同组接线端子的标识按顺序进行连接，因而各监测组件5的各热敏电阻5
‑
4就有了唯一的标识。处理器单元通过检测不同组接线端子上的电阻负载变化，实现对井下液位高度的监测。具体地，处理器单元以顺序检测的方式顺次检测接线排9上各组接线端子上的电阻负载，热敏电阻5
‑
4由于所处环境温度的原因而发生阻值变化，液位高度定位到高阻值与低阻值的两个热敏电阻5
‑
4之间。
37.本实施例中，控制器10还包括无线通信单元，无线通信单元与处理器单元电连接，无线通信单元用于控制器10与后台管理系统之间的无线通信连接，控制器10通过无线通信单元将监测获取的井下液位高度信息发送给后台管理系统，供相关人员进行查阅。
38.工作原理：
39.在向地热井6的井下逐级下放泵管1的过程中，令单个监测组合体或者逐级连接的多个监测组合体覆盖井下液位变化的区域，也就是液位处于低位位置时不应低于最下方的热敏电阻5
‑
4、液位处于高位位置时不应高于最上方的热敏电阻5
‑
4；
40.各监测组件5的导联线7向上沿着泵管1的轴线方向延伸并采用金属绑带进行绑定；当全部泵管1完成下放并与井口8固定时，根据计量得到的监测组合体上方的泵管1的总长度，确定各监测组合体在井下的位置，也就确定了各热敏电阻5
‑
4在井下的深度位置；
41.井下的地热水浸没一些热敏电阻5
‑
4，位于液面以上的各热敏电阻5
‑
4未浸没在水中，因此通过对各热敏电阻5
‑
4的阻值进行计量(浸没在地热水中的热敏电阻5
‑
4为高阻值，未浸没在地热水中的热敏电阻5
‑
4为低阻值)，能够将液位高度定位在最上方的高阻值热敏电阻5
‑
4与最下方的低阻值热敏电阻5
‑
4之间，完成液位的测量；当液位发生变化时，浸没在地热水中转变为高阻值的热敏电阻5
‑
4发生变化，因此进行持续的测量完成液位的连续式实时监测。
42.具体举例说明如下：
43.井下只设置了一个监控组合体，即只设置了一个长度为5m、相邻两个热敏电阻5
‑
4之间的距离为50cm的监测组件5，则热敏电阻5
‑
4的数量为11个，监控组合体上方各级泵管1的总长度为500m；导联线7内设有11组芯线并分别对应一个热敏电阻5
‑
4；
44.假设液位位于第七和第八个热敏电阻5
‑
4之间；
45.控制器10顺次检测接线排9上各组接线端子上的电阻负载，则第一至第七个热敏电阻5
‑
4为低阻值，第八至第十一个热敏电阻5
‑
4为高阻值，则判断液位位于第七和第八个
热敏电阻5
‑
4之间，则在显示屏上显示液位高度为503.0～503.5m。