一种断流地震自流观测井的恢复观测系统和方法

摘要

本发明提供了一种断流地震自流井的恢复观测系统，该系统包括抽水子系统、控制子系统和观测子系统，所述的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，当电接点压力表监测到的提水管的压力超过预定压力范围时，电接点压力表向变频器发出降低频率信号，变频器控制潜水泵降低转速；当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，电接点压力表向变频器发出增加频率信号，变频器控制潜水泵增加转速；当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。

说明书

技术领域

本发明涉及一种断流地震自流观测井的恢复观测系统和方法，属于 地震监测领域。

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断流地震自流井的恢复观测的系统。

本发明的另一个目的是提供一种通过本发明的系统稳定抽取地下 水进行监测的方法。

本发明一方面提供了一种断流地震自流井的恢复观测系统，该系统包 括抽水子系统、控制子系统和观测子系统，所述的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，所述的控制子系统用于控制抽水子系统，所述的观测子系统用于观 测通过抽水子系统输送来的地下水，所述的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； 电接点压力表用于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。

优选地，所述的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。

优选地，所述的观测子系统包括模拟观测取水口、脱气装置、观测设 备、第一管道，脱气装置和提水管之间通过第一管道连接，所述的模拟观 测取水口连接到所述的第一管道，所述的脱气装置通过引气管连接到所述 的观测设备。

优选地，所述的观测子系统还包括分别连接到所述的第一管道的膜盒 压力表、涡轮流量计和温度计。

本发明另一方面还提供了一种本发明系统稳定抽取的地下水进行监 测的方法，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。