一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及录井钻井液含水率的监测领域，具体地，涉及一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法。
背景技术
目前录井钻井液的含水率测量一般是使用手动测量方法，如：密度法、短波法、电容法、卡尔·费休法等。密度法实质是利用油与水的密度不同而区分油和水来测量含水率。短波法应用短波吸收原理工作，短波吸收法将电能以电磁波的形式辐射到乳化状态下的油水介质中，再根据油、水对短波吸收能力检测油水乳化的水含率。电容法测量原油含水率的方法就是利用相对介电法，即利用水的介电常数和油的介电常数相差很远的原理。卡尔·费休法是实验室中标准的微量水分测试方法，利用含碘、二氧化硫、吡啶及无水甲醇溶液与试样中的水进行定量反应，根据滴定过程中消耗的卡氏试剂的量，计算钻井液的含水率，其只适合测试微水量的分析。
目前，录井钻井液的含水率测量主要是手工取样化验，不能进行动态监测，实时监测，因此，费时费力，准确性不高，使用手动测量影响钻井过程和钻井质量，还会影响到油井的生产性能和环境等。随着我国油田油井普遍进入中、高含水开采期，传统的测量仪器已难以满足生产需要，且在油田数字化大背景条件下，迫切需要一套能实时在线检测并且无线监控录井钻井液含水率的装置，为录井钻井判断油、水层提供可靠的依据。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，本发明实现了实时测量、实时记录、实时上传分析、远程监控等功能，便于数据保存、分析、统计等，使得录井钻井液含水率在线测量成为现实，减轻了录井钻井工、化验员的劳动强度，提高了含水率测量的精度，能实时在线远程监测录井钻井液中油水含量的变化，更好的反映地层情况(如油、水层的发现)。
根据本发明的一个方面，提供一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置，包括变送器壳体(2)、输送接头(6)、连接盒(3)，所述连接盒(3)的顶端与变送器壳体(2)连接，底端与输送接头(6)连接固定，所述连接盒(3)内设有微波检测探头(5)和射频接头(9)，且所述微波检测探头(5)设置在输送接头(6)的输送管道中；所述变送器壳体(2)内的电路板上设有显示端口、以及依次连接的晶体振荡器、功分器、I/Q解调器、低噪声放大器、微控制器单片机和无线通讯模块，所述显示端口一端与微控制器单片机连接，另一端与设置在变送器壳体(2)上的显示器(10)连接，所述微波检测探头(5)的一端与功分器连接，另一端通过射频接头(9)与I/Q解调器连接。
优选的，所述变送器壳体(2)内设有与微控制器单片机连接的时钟，时钟与单片机直接相连通讯，用于记录时间。
优选的，所述变送器壳体(2)内还设有电源，所述电源分别与无线通讯模块、时钟、I/Q解调器、低噪声放大器和微控制器单片机连接。
优选的，所述变送器壳体(2)上还设有与无线通讯模块连接的无线天线装置(1)，无线天线装置用于增加无线通讯模块的信号传输距离。
优选的，所述微波检测探头(5)呈U形结构，其两端头均设有射频接头(9)，且所述微波检测探头(5)通过探针(7)与射频接头(9)连接，探针就是转接件。
优选的，所述连接盒(3)通过固定座(4)与输送接头(6)连接固定，且连接盒(3)与固定座(4)之间设有橡胶垫片(8)。
优选的，所述输送接头(6)中的输送管道的两端的直径比设置微波检测探头(5)的中间部分的直径大。输送管道两端粗中间细的结构能使探头完全浸在待测液体里面，使得探头能更准确的监测待测液体中的含水率。
优选的，所述输送接头(6)的输入管口和输出管口之间另接有输送支管(11)，所述输送支管(11)上设有阀门(12)。输送管道设置微波检测探头(5)的中间部分变细后会阻碍液体流量，所以在输入管口和输出管口之间另连接一个输送支管让多出来的液体流过。
优选的，所述射频接头(9)为SAMA-KK射频接头，所述无线通讯模块为Zigbee无线通讯模块。
为实现上述目标，本发明还提供一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，所述晶体振荡器产生一定幅度和频率的微波信号，该微波信号经所述功分器一分为二，一路微波信号传输给微波检测探头(5)，另一路微波信号直接传输到I/Q解调器中，所述微波检测探头(5)中的微波信号在待测液体中传播产生一部分相移后，传输到I/Q解调器中；
步骤二，所述I/Q解调器对两路信号进行相干解调，并输出两路解调后的信号给低噪声放大器；
步骤三，所述低噪声放大器对两路解调后的信号分别进行信号放大处理，并传输给微控制器单片机；
步骤四，所述微控制器单片机将经过放大后的信号对比分析处理，计算出待测液体中的含水率，并通过无线通讯模块传输给上位机进行数据保存、分析、统计，所述显示器(10)显示实时测量的含水率。
工作原理为：不同含水率的原油相当于不同介电常数的介质，而微波在不同介质中传输速度是不同的。使用微波检测探头加上一定幅度和频率的微波信号，将探头(探头长度是一定的)插入不同的介质中，设法测得相应的微波信号相位(即微波信号在不同介质中传输的速度)的变化量，通过标定，就可以得到原油的含水率(油井含水测量传感器就是利用这一原理)。
待测液体(如录井钻井中的泥浆液体)经过输送接头的输入管口输入，经由输送管道内的微波检测探头测量出微弱的信号，再经由射频接头传入变送器壳体中的电路板，由电路板上的I/Q解调器、低噪声放大器、微控制器单片机分别进行信号进行相干解调、放大、分析处理后，将计算得到的含水率经由Zigbee无线模发射给上位机，以及在显示器中显示。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，实现了实时测量、实时记录、实时上传分析等功能，便于数据保存、分析、统计等，实现了信号及远程控制收发参数及数据，能实时在线远程监测录井钻井液中油水含量的变化，更好的反映地层情况，为录井钻井判断油、水层提供可靠的依据；
(2)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，数字化在线实时采集系统，使得录井钻井液含水率在线测量成为现实，减轻了录井钻井工、化验员的劳动强度，提高了含水率测量的精度；
(3)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，微波法测量录井钻井液中的含水率，解决了目前电容法高含水测量误差大(电容法的测量仪无法精准测量具有高含水的液体中的含水率)，以及其它的测量法的测量仪结构复杂、成本高等问题；
(4)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，采用军工技术，应用微波电路原理，满足录井钻井液含水率测量的技术要求，而且电路简单、可靠性高；
(5)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，其结构简单、设计巧妙、效果显著；
(6)本发明所涉及的测量录井钻井液含水率的无线监测装置及其控制方法，易于加工与装配，运行稳定可靠，操作简单便捷，成本低，实用性强，适合大范围推广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为测量录井钻井液含水率的无线监测装置的结构示意图一；
图2为测量录井钻井液含水率的无线监测装置的结构示意图二；
图3为测量录井钻井液含水率的无线监测装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置，其结构详见附图1和2所示，原理框图详见附图3所示：包括变送器壳体2、输送接头6、连接盒3，所述连接盒3的顶端与变送器壳体2连接，底端与输送接头6连接固定，所述连接盒3内设有微波检测探头5和射频接头9，且所述微波检测探头5设置在输送接头6的输送管道中；所述变送器壳体2内的电路板上设有显示端口、以及依次连接的晶体振荡器、功分器、I/Q解调器、低噪声放大器、微控制器单片机和无线通讯模块，所述显示端口一端与微控制器单片机连接，另一端与设置在变送器壳体2上的显示器10连接，所述微波检测探头5的一端与功分器连接，另一端通过射频接头9与I/Q解调器连接。
进一步的，所述变送器壳体2内设有与微控制器单片机连接的时钟，时钟与单片机直接相连通讯，用于记录时间。
进一步的，所述变送器壳体2内还设有电源，所述电源分别与无线通讯模块、时钟、I/Q解调器、低噪声放大器和微控制器单片机连接。
进一步的，所述变送器壳体2上还设有与无线通讯模块连接的无线天线装置1，无线天线装置用于增加无线通讯模块的信号传输距离。
进一步的，所述微波检测探头5呈U形结构，其两端头均设有射频接头9，且所述微波检测探头5通过探针7与射频接头9连接，探针就是转接件。
进一步的，所述连接盒3通过固定座4与输送接头6连接固定，且连接盒3与固定座4之间设有橡胶垫片8。
进一步的，所述输送接头6中的输送管道的两端的直径比设置微波检测探头5的中间部分的直径大。输送管道两端粗中间细的结构能使探头完全浸在待测液体里面，使得探头能更准确的监测待测液体中的含水率。
进一步的，所述输送接头6的输入管口和输出管口之间另接有输送支管11，所述输送支管11上设有阀门12。输送管道设置微波检测探头5的中间部分变细后会阻碍液体流量，所以在输入管口和输出管口之间另连接一个输送支管让多出来的液体流过。
进一步的，所述射频接头9为SAMA-KK射频接头，所述无线通讯模块为Zigbee无线通讯模块。
第二方面，本实施例还提供一种测量录井钻井液含水率的无线监测装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，所述晶体振荡器产生一定幅度和频率的微波信号，该微波信号经所述功分器一分为二，一路微波信号传输给微波检测探头5，另一路微波信号直接传输到I/Q解调器中，所述微波检测探头5中的微波信号在待测液体中传播产生一部分相移后，传输到I/Q解调器中；
步骤二，所述I/Q解调器对两路信号进行相干解调，并输出两路解调后的信号给低噪声放大器；
步骤三，所述低噪声放大器对两路解调后的信号分别进行信号放大处理，并传输给微控制器单片机；
步骤四，所述微控制器单片机将经过放大后的信号对比分析处理，计算出待测液体中的含水率，并通过无线通讯模块传输给上位机进行数据保存、分析、统计，所述显示器10显示实时测量的含水率。
工作原理为：不同含水率的原油相当于不同介电常数的介质，而微波在不同介质中传输速度是不同的。使用微波检测探头加上一定幅度和频率的微波信号，将探头(探头长度是一定的)插入不同的介质中，设法测得相应的微波信号相位(即微波信号在不同介质中传输的速度)的变化量，通过标定，就可以得到原油的含水率(油井含水测量传感器就是利用这一原理)。
待测液体(如录井钻井中的泥浆液体)经过输送接头的输入管口输入，经由输送管道内的微波检测探头测量出微弱的信号，再经由射频接头传入变送器壳体中的电路板，由电路板上的I/Q解调器、低噪声放大器、微控制器单片机分别进行信号进行相干解调、放大、分析处理后，将计算得到的含水率经由Zigbee无线模发射给上位机，以及在显示器中显示。
本实施例具有如下的有益效果：
(1)实现了实时测量、实时记录、实时上传分析等功能，便于数据保存、分析、统计等，实现了信号及远程控制收发参数及数据，能实时在线远程监测录井钻井液中油水含量的变化，更好的反映地层情况，为录井钻井判断油、水层提供可靠的依据；
(2)数字化在线实时采集系统，使得录井钻井液含水率在线测量成为现实，减轻了录井钻井工、化验员的劳动强度，提高了含水率测量的精度；
(3)微波法测量录井钻井液中的含水率，解决了目前电容法高含水测量误差大(电容法的测量仪无法精准测量具有高含水的液体中的含水率)，以及其它的测量法的测量仪结构复杂、成本高等问题；
(4)采用军工技术，应用微波电路原理，满足录井钻井液含水率测量的技术要求，而且电路简单、可靠性高；
(5)其结构简单、设计巧妙、效果显著；
(6)易于加工与装配，运行稳定可靠，操作简单便捷，成本低，实用性强，适合大范围推广。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
