本發(fā)明涉及一種遠程監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及用于煤礦井下從事液態(tài)CO₂壓裂時對壓裂增透泵地面的遠程控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國煤礦主要采用井工開采，一方面，由于井下環(huán)境惡劣等因素使得壓裂增透施工的開展存在較大的困難，從事井下壓裂施工監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集的工作人員往返距離大，使得壓裂增透施工的工作人員在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測監(jiān)控及控制等方面的難度加大，從而降低了工作效率。另一方面，頻繁的井下往返易致疲勞，有可能使工作人員的安全出現(xiàn)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決施工控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測監(jiān)控難度大，工作效率低，安全性低等問題，本發(fā)明提供一種用于煤層注液態(tài)CO₂壓裂增透的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)減少了壓裂增透施工時工作人員在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測監(jiān)控及控制等方面的難度，提高了工作人員的安全性和工作效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于煤層注液態(tài)CO₂壓裂增透的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓裂增透泵系統(tǒng)、井下遠程控制系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)，還包括有井下基站。壓裂增透泵系統(tǒng)安裝于井下施工區(qū)域；井下遠程控制系統(tǒng)安裝在井下配電柜中，實現(xiàn)對井下壓裂增透過程中裝置的啟動與停止的控制，以及對壓裂過程中的壓力、溫度、流量等相關參量的顯示與調(diào)控；在線監(jiān)控系統(tǒng)包括高清紅外攝像儀、壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器，高清紅外攝像儀設置于井下監(jiān)控范圍較大的施工區(qū)域，實現(xiàn)壓裂增透泵井下工況的實時監(jiān)控，壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器設置于施工區(qū)域的煤層群中，在線監(jiān)控系統(tǒng)整體實現(xiàn)井下壓裂增透過程地面的視頻監(jiān)控及相應參數(shù)的采集、存儲和參數(shù)曲線圖像的顯示。井下基站包括礦用交換機、警報器、通信信息處理器，實現(xiàn)壓裂增透泵系統(tǒng)工作時信號的分析與傳輸，為井下遠程控制及在線監(jiān)控系統(tǒng)提供信號支持。

壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器對煤層在壓裂增透過程中的壓力、溫度、注液態(tài)CO₂流量的變化情況以電信號的形式傳輸至井下基站，通過礦用交換機轉(zhuǎn)換成相應的電信號和網(wǎng)絡信號后傳輸至井下遠程控制系統(tǒng)和在線監(jiān)控系統(tǒng)。

壓裂增透泵系統(tǒng)、井下遠程控制系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)與井下基站通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)相連。

壓裂增透泵系統(tǒng)包括壓裂增透泵和電機。

井下遠程控制系統(tǒng)包括控制開關、溫度控制器、壓力控制器和流量控制裝置。

在線監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與存儲界面、視頻在線監(jiān)控界面、多參數(shù)變量圖像顯示界面、無線路由和遠程服務器。在線監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖、RS485總線或者以太網(wǎng)實現(xiàn)與壓裂施工區(qū)域的管路及設備壓力表、流量計、熱電偶、壓力變送器等相連接，實現(xiàn)不同分辨率的數(shù)據(jù)在線采集與存儲，同時可將監(jiān)測數(shù)據(jù)與地面控制中心連接，實現(xiàn)在線監(jiān)控。

壓裂增透泵系統(tǒng)和井下遠程控制系統(tǒng)采用礦用纜線與井下基站纜線端連接，在線監(jiān)控系統(tǒng)與井下基站之間采用礦用光纖連接。

壓裂增透泵系統(tǒng)、井下遠程控制系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)之間以井下基站作為樞紐連接，由井下基站中的礦用交換機將井下輸出的電信號轉(zhuǎn)換成相應的網(wǎng)絡信號，通過通信信息處理器傳輸給在線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面的數(shù)據(jù)采集、存儲及圖像顯示；由礦用交換機將井下輸出的電信號分流給通信信息處理器后將電信號傳輸給井下遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)井下壓裂工作的遠程控制；由礦用交換機轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡信號經(jīng)通信信息處理器后，以礦用光纖信號載體傳輸至地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面可視化遠程監(jiān)控；壓裂增透泵系統(tǒng)、井下遠程控制系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)與井下基站通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)相連，共同構(gòu)成煤層液態(tài)CO₂壓裂增透的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。井下遠程控制系統(tǒng)通過信號傳輸系統(tǒng)或者井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)對幾百到幾千米的壓裂增透泵進行遠程信號傳輸，實現(xiàn)施工設計參量的人工控制，三大系統(tǒng)通過信號的傳輸，實現(xiàn)地面對井下工作的監(jiān)測監(jiān)控及井下遠程控制。

本發(fā)明的有益效果是：實現(xiàn)地面工作室對井下壓裂增透工作的遠程監(jiān)測監(jiān)控及井下遠距離控制，減少了工作量的同時也大大減少了工作人員井下往返的時間，減少了壓裂增透施工時工作人員在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測監(jiān)控及控制等方面的難度，從而提高施工整體效率和施工人員的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例遠程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例壓裂增透泵系統(tǒng)局部示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例井下遠程控制系統(tǒng)局部示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例在線監(jiān)控系統(tǒng)局部示意圖。

附圖標記：1-壓裂增透泵系統(tǒng)，2-井下遠程控制系統(tǒng)，3-在線監(jiān)控系統(tǒng)，4-壓裂增透泵，5-礦用防爆電機，6-礦用本安型高清紅外攝像儀，7-井下基站，8-礦用交換機，9-警報器，10-通信信息處理器，11-無線路由，12-遠程服務器，13-數(shù)據(jù)采集與存儲界面，14-視頻在線監(jiān)控界面，15-多參數(shù)變量圖像顯示界面，16-控制開關，17-溫度控制器，18-壓力控制器，19-流量控制裝置，20-壓力傳感器，21-溫度傳感器，22-流量傳感器，23-礦用纜線，24-礦用光纖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明：

如圖1所示，一種用于煤層注液態(tài)CO₂壓裂增透的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括壓裂增透泵系統(tǒng)1、井下遠程控制系統(tǒng)2和在線監(jiān)控系統(tǒng)3，還包括有井下基站7。

壓裂增透泵系統(tǒng)1包括壓裂增透泵4和礦用防爆電機5。如圖2所示，壓裂增透泵4安裝在井下工作面較為平整區(qū)域的防爆柜中，壓裂增透泵4優(yōu)選的采用礦用低溫、高壓輸送壓裂增透泵，數(shù)量為兩臺，其中一臺留作備用，由氣液分離器輸送液態(tài)CO₂，其中液態(tài)CO₂輸送管路的進出口設有礦用安全閥和排放閥與壓裂增透泵4連接；壓裂增透泵電機選用煤礦專用防爆三相異步電動機，具有防爆、隔爆性能；礦用防爆電機5加設防爆型機電外殼，確保壓裂增透泵4的安全作業(yè)。

進一步地，壓裂增透泵4工作溫度范圍為-50℃—+60℃，壓裂增透泵4的工作溫度由數(shù)字化溫度傳感器顯示；壓力范圍為0MPa-100.0MPa，壓裂泵壓力范圍可調(diào)，排量為1.0-2.5m3/min。

如圖3所示，井下遠程控制系統(tǒng)2包括控制開關16、溫度控制器17、壓力控制器18和流量控制裝置19。井下遠程控制系統(tǒng)2設置在距工作面幾百到幾千米的位置，并固定安裝在井下專用配電柜中，實現(xiàn)對壓裂增透過程中的壓裂泵的啟動與停止的精確控制，以及對壓裂過程中的壓力、溫度、流量等相關參量的顯示與遠程調(diào)控。控制開關16、溫度控制器17、壓力控制器18和流量控制裝置19固定安裝控制系統(tǒng)中對應的面板上。

進一步地，控制開關16通過礦用纜線模塊端連接，采用電信號控制壓裂增透泵系統(tǒng)1的工作；控制開關16選礦用系列高壓真空路斷器，有開、關兩按鈕且該路斷器開關機盒上設置三個通道，信號傳輸纜線端與高壓真空路斷器采用模塊形式連接。

進一步地，溫度控制器17選用常規(guī)電子式數(shù)字化溫度傳感器裝置，溫度顯示范圍為-50℃～+60℃，顯示精度±0.1℃，溫度控制器17為雙通道(即井下溫度信號輸入通道及地面信號輸出通道)，溫度信號的顯示方式為三位LED數(shù)碼管顯示。

進一步地，壓力控制器18選用高精度數(shù)字壓力傳感器，控制器設定值可調(diào)，在0～100MPa量程段任意可選。壓力控制器18外殼設置專用壓力輸入模塊(可編程序芯片)，布設單片機驅(qū)動LED數(shù)字顯示模塊用以顯示工作地點的數(shù)字化壓力值，進而根據(jù)顯示調(diào)節(jié)至實際所需壓力值；壓力控制器18為雙通道，分別為壓裂增透泵系統(tǒng)1實際壓力信號輸入端通道以及壓力控制器18調(diào)節(jié)壓力信號輸出端通道。

進一步地，流量控制裝置19選用礦用系列渦街式流量計，與專用流量傳感器一體連接實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)與顯示。流量控制裝置19根據(jù)井下壓裂增透泵系統(tǒng)1所需液態(tài)CO₂流量值，通過礦用系列渦街式流量計進行流量值的設定，而且能夠通過專用流量傳感器顯示流量大小。

如圖4所示，在線監(jiān)控系統(tǒng)3包括礦用本安型高清紅外攝像儀6、壓力傳感器20、溫度傳感器21和流量傳感器22，礦用本安型高清紅外攝像儀6設置于井下監(jiān)控范圍較大的壓裂施工區(qū)域，能夠?qū)毫言鐾副孟到y(tǒng)1在井下工作時的各種情形進行實時記錄，視頻顯示壓裂增透泵4作業(yè)及增透煤層工作面的情況，實現(xiàn)壓裂增透泵4井下工況的實時監(jiān)控。壓力傳感器20、溫度傳感器21和流量傳感器22的信號輸出端口通過幾百到幾千米礦用纜線23與井下基站7連接，對煤層在壓裂增透過程中的壓力、溫度、注液態(tài)CO₂流量的變化情況以電信號的形式傳輸至井下基站7，通過礦用交換機8轉(zhuǎn)換成相應的電信號及網(wǎng)絡信號后傳輸至井下遠程控制系統(tǒng)2和在線監(jiān)控系統(tǒng)3。

在線監(jiān)控系統(tǒng)3還包括數(shù)據(jù)采集與存儲界面13、視頻在線監(jiān)控界面14、多參數(shù)變量圖像顯示界面15、無線路由11和遠程服務器12。在線監(jiān)控系統(tǒng)設置在地面工作室，其功能在于能夠?qū)⒕聣毫言鐾高^程中傳輸?shù)南鄳獏?shù)自動采集、存儲，而且能夠?qū)毫?、溫度等參?shù)隨著時間的變化情況以圖像的形式表征出來，整體實現(xiàn)井下壓裂增透過程地面的視頻監(jiān)控及相應參數(shù)的采集、存儲和參數(shù)曲線圖像的顯示。在線監(jiān)控系統(tǒng)3通過光纖、RS485總線或者以太網(wǎng)實現(xiàn)與壓裂施工區(qū)域的管路及設備壓力表、流量計、熱電偶、壓力變送器等相連接，實現(xiàn)不同分辨率的數(shù)據(jù)在線采集與存儲，同時可將監(jiān)測數(shù)據(jù)與地面控制中心連接，實現(xiàn)在線監(jiān)控。

進一步地，數(shù)據(jù)采集與存儲界面13采用在計算機安裝通用數(shù)據(jù)采集與存儲軟件，將壓裂增透泵系統(tǒng)1壓裂過程中的壓力、溫度等相關參數(shù)輸入至井下基站7，后經(jīng)轉(zhuǎn)換通過礦用光纖24輸入遠程服務器12，經(jīng)服務器信息處理后傳輸至數(shù)據(jù)采集與存儲軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與保存。

進一步地，視頻在線監(jiān)控界面14主要通過在井下視頻監(jiān)控范圍較大的區(qū)域安裝礦用本安型高清紅外攝像儀6對壓裂泵的狀態(tài)及井下壓裂增透區(qū)域的工作狀況進行實時監(jiān)控，地面視頻在線監(jiān)控部分安裝與礦用本安型高清紅外攝像儀6配套的視頻顯示軟件，實時顯示井下壓裂增透泵系統(tǒng)1的工作狀態(tài)及井下壓裂增透區(qū)域的工況。

進一步地，多參數(shù)變量圖像顯示界面15主要是在計算機中安裝多參數(shù)采集軟件，用以記錄壓力、溫度、流量變化過程并直接顯示壓力-時間、溫度-時間、流量-時間曲線并將相應圖像自動保存，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析做好鋪墊，且該界面分設警報顯示分界面，主要對壓裂泵區(qū)域、壓注液態(tài)CO₂施工區(qū)域的工作狀況進行監(jiān)控，以便井下監(jiān)控的地面警報顯示。

井下基站7包括礦用交換機8、警報器9和通信信息處理器10。井下基站7實現(xiàn)井下壓裂增透泵4工作時信號的分析與傳輸，為井下遠程控制以及在線監(jiān)控系統(tǒng)3提供信號支持。

進一步地，警報器9主要功能為壓裂增透泵系統(tǒng)1發(fā)生故障時能夠及時發(fā)出警報信號；當井下壓裂增透過程中壓力、溫度、流量等參量低于設定值或者超限時能及時發(fā)出警報信號，以便井下遠程控制系統(tǒng)2進行處理。

壓裂增透泵系統(tǒng)1、井下遠程控制系統(tǒng)2、在線監(jiān)控系統(tǒng)3之間以井下基站7作為樞紐連接，由井下基站7中的礦用交換機8將井下輸出的電信號轉(zhuǎn)換成相應的網(wǎng)絡信號通過通信信息處理器傳輸給在線監(jiān)控系統(tǒng)3，實現(xiàn)地面的數(shù)據(jù)采集、存儲及圖像顯示；由礦用交換機8將井下輸出的電信號分流給通信信息處理器后將電信號傳輸給井下遠程控制系統(tǒng)2，實現(xiàn)井下壓裂工作的遠程控制；由礦用交換機8轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡信號經(jīng)通信信息處理器后，以礦用光纖24信號載體傳輸至地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)地面可視化遠程監(jiān)控；壓裂增透泵系統(tǒng)1、井下遠程控制系統(tǒng)2、在線監(jiān)控系統(tǒng)3與井下基站7通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)相連，共同構(gòu)成煤層液態(tài)CO₂壓裂增透的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。井下遠程控制系統(tǒng)2通過信號傳輸系統(tǒng)或者井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)對幾百到幾千米的壓裂增透泵4進行遠程信號傳輸，實現(xiàn)施工設計參量的人工控制，三大系統(tǒng)通過信號的傳輸，實現(xiàn)地面對井下工作的監(jiān)測監(jiān)控及井下遠程控制。

系統(tǒng)在進行液態(tài)CO₂壓裂增透工作的過程中，首先應配備專人對井下系統(tǒng)、井下遠程控制系統(tǒng)2和在線監(jiān)控系統(tǒng)3進行檢查其是否處于正常工作狀態(tài)，經(jīng)檢查整體系統(tǒng)都處于正常狀態(tài)時即可進行井下壓裂增透工作。具體的，首先由井下遠程控制系統(tǒng)2中真空路斷器開關對壓裂增透泵系統(tǒng)1發(fā)出工作指令后，啟動壓裂增透泵系統(tǒng)1開始工作；進行液態(tài)CO₂壓裂增透工作時，壓裂增透泵4所布設專用傳感器能夠?qū)毫堰^程中的基本參數(shù)通過礦用纜線23以電信號的形式傳輸至井下基站7，再經(jīng)過井下基站7中的礦用交換機8進行信號的轉(zhuǎn)換后分別以電信號和網(wǎng)絡信號的形式傳輸至井下遠程控制系統(tǒng)2與在線監(jiān)控系統(tǒng)3，當井下遠程控制系統(tǒng)2和在線監(jiān)控系統(tǒng)3接收到數(shù)據(jù)信號后，由井下遠程控制系統(tǒng)2實時顯示數(shù)據(jù)，便于井下施工增透區(qū)域基本參數(shù)的掌握；由在線監(jiān)控系統(tǒng)3對所述多參數(shù)進行自動保存，并將采集后的數(shù)據(jù)根據(jù)參量變化以圖像的形式顯示出來，從而為后續(xù)壓裂增透過程中的工況分析提供依據(jù)。

井下壓裂增透泵系統(tǒng)1和井下遠程控制系統(tǒng)2采用礦用纜線23與井下基站7纜線端連接；在線監(jiān)控系統(tǒng)3與井下基站7之間采用礦用光纖24連接；礦用纜線23及光纖共同實現(xiàn)井下與地面之間的信號傳輸，為井下壓裂增透的遠程控制及地面監(jiān)控提供保障。