水位远程监测技术在深井上的应用

李东力 徐建民 孙启明 郭书强

（1.大庆油田水务公司；2.大庆油田技术监督中心）

大庆油田水务公司制水一公司，担负着油田工业和居民用水的主要任务。如何及时准确的监测水源深井水位，对于水源提高深井运行管理水平以及节能降耗至关重要。现有的深井水位检测方法是利用测绳手工测量，由于扬水管和井壁之间空间狭窄，难以实现。为了及时准确掌握深井水位，采用远程监测技术，通过无线数据传输通道自动采集数十公里以外的水源深井水位数据。

1 主要研究内容及技术关键点

如何及时有效地测量深井水位，是多年来一直困扰大庆油田水务公司水源生产管理的技术难题。各水源的深井水位测量一直采用人工方式，存在测量周期长、数据更新不及时的问题，特别是水源深井大多数都下过二次套管，井径缩小，且受法兰盘、电缆等障碍物的影响，经常导致测绳卡线无法下入，造成无法有效监测深井水位的困难。由于不能及时地掌握深井的水位数据信息，一些水源的深井潜水泵下深不合理，潜水泵安装深度只能靠经验和感觉完成。在水源深井中，动水位从10~50m不等，如果下泵位置在动水位以上，则可能引起抽空造成烧泵的事故。在实际安装时常将潜水泵下深至远远低于动水位以下的位置，这样既加长了扬水管和电缆的长度又要选用扬程偏高的潜水泵，造成材料成本和电量的严重浪费。因此，水位远程监测技术在深井管理中的应用，使管理人员能够及时准确掌握深井水位数据，对于深井泵的维护以及水源站的降低成本、经济运行等方面有着比较重要的意义。

主要研究内容：在主控中心的监控主机上能够通过无线数据传输通道，随时自动或手动向深井的远程数据采集终端发送命令，深井数据采集终端接收到命令后，把所采集到的深井动静水位信号，及时准确的通过无线数据传输通道远传到十几公里以外的水源值班室的监控主机上。

关键技术是：在W indows平台上开发设计、基于V isualB asic的监测系统的应用程序。以及深井数据采集终端技术和无线数据传输通道接口技术的开发与应用。

2 水位远程监测技术方案研究[1]

深井水位监测系统包括监控软件和硬件设备，其中硬件设备由两大基本部分组成：上位计算机监控单元和深井远程数据采集终端单元。监控系统中央控制单元由工业计算机及通讯控制器组成，远程终端单元（R T U）由终端执行器及通讯设备组成。

2.1 深井水位自动监测技术方案设计

深井无线监测系统采用无线通讯方式实现监控站与深井终端的数据通讯，通过编程指令控制现场设备，利用各种变送器、传感器采集现场数据。系统硬件的组成如图1所示。

图1 无线监控系统控制端及执行端

水源监控中心由工业控制计算机、中央控制器、无线数据传输电台单元构成。每口深井远程执行终端由数据采集终端、无线数据传输电台单元、液位传感器等数据采集设备构成。

2.2 深井水位监测系统监控中心计算机应用软件的研究与设计

在深井水位自动监测系统中，应用软件的设计是整个监测系统的关键，软件应具有数据采集、存储、解析及显示功能，要有较高的运行稳定性、良好的可操作性及易维护性。监控软件都通过数据通讯设备与远程终端（R T U）进行通讯，发送相关指令实现控制远程终端设备、读取设备的运行参数的功能。将系统所需的设备运行数据以友好、易操作的人机界面显示出来为运行人员提供参考，如深井运行参数、相关报警信息、水位数据等。监控系统软件由用户直接操控，其操作性能及稳定性的优劣影响着用户对于监控系统的评价及信赖程度。

1）软件功能设计。软件设计以用户实际需求为依据，主要实现以下功能：

◇深井监测系统采集水位数据信号功能。采集水位数据信号是水源深井水位监测系统的一项基本功能，主要是通过无线采集模块（R T U +D T U）将深井相关数据信息采集回来并存储到数据库中，方便管理人员调用、查询。

◇深井监控系统井群分布界面。在监控界面中建立井群分布总图，能够显示每口深井运行数据，如水位数据、深井泵运行状态、报警信息等。值班室岗位监控人员可通过监控画面清楚地知道每一口深井的位置以及相关信息，并且能进入单井查询界面。

◇水源深井远程监控功能。操作人员能够通过计算机界面方便地进行各种操作。可方便地进行各页面之间的切换进行单井检测、井群操作及手、自动巡检等功能。

◇实时数据显示及历史数据查询功能。监测系统能够显示水位的实时数据和历史数据，值班人员可随时根据需要查询相关数据。

◇数据曲线显示功能。为方便水源地质监测人员对动静水位的变化趋势进行分析，本系统可将水位数据绘制成曲线，能够显示水源每口深井的水位数据曲线，如实时数据曲线、历史（日、月、年）数据曲线。使管理人员对水位的变化趋势有一个直观的认识，方便管理人员对动静水位的变化进行分析。

◇深井参数录入、存储及查询的功能。可以手工录入深井参数。如深井投产年代、井深、试水量、泵下深、水位降深、潜水泵型号、实际产水量、输入功率、效率、取水单耗等数据。

◇深井水位超限报警功能。可以输入上下限报警水位，并能显示报警原因。值班人员可以根据每口深井的水位情况，设定水位上下限报警，当水位超过警戒线时，计算机能够发出声光报警。

2）系统应用软件的设计与实现。系统监控界面采用V isualB asic6.0专业版程序编译语言编制，该编译程序是基于B asic语言的程序设计语言，它具有界面建立较容易，易于上手、功能强大的特点[2]。根据监控软件所具有的不同功能，分别进行开发编制，采用模块化方式将程序分为六大功能块，做到软件结构清晰，程序具有易修改、易移植等特点，方便日后的维护及系统的升级工作。

◇内核模块设计。内核模块在该监控软件中起到十分重要的作用，它是监控程序运行的主模块，具有软件运行初始化的功能，可以创建当天的数据库，进行通讯端口参数设置、数据传输、存储等。根据不同的事件函数实现不同的功能。D ata-A rrived、CheckW ell和S endO rder是事件接口函数，当其他模块执行事件函数时引发该事件执行。在设计内核模块时，主要考虑到如下因素：控制方式的设计、界面设计要简单化、防止用户的误操作等方面的因素。

◇通讯模块设计。通讯模块主要完成对中央控制器的通讯功能。通讯模块的主要函数G etControlD ata、G etD ata、D ataA rrived、O nComm。其 中G etControlD ata、G etD ata和D ataA rrived是事件接口函数，由内核模块传递来的相应数据信息引发事件执行，可进行控制指令发送、数据信息读取及对数据进行解析，将解析后的深井数据通过接口函数D ataA rrived向内核模块传递参数。PressR atio函数是水位数据变换函数可将1~5 V 的数据变换为深井动静水位数据。

◇水位显示界面设计。水位显示界面主要完成对深井水位信息的动态显示功能。该窗体添加一个Checkbox控件、3个O ptionB utton控件4 个ComboB ox控件用于单井及水位曲线周期的选择，另有3个按钮（CommandB utton）控件实现曲线显示、返回上一层和退出的相关功能。曲线显示功能是采用V B 编程工具提供的PictureB ox控件，利用程序对其进行坐标重构。将其横坐标变换成需要的周期时间（日、月、年）。根据所选周期的不同调用不同的数据库，同时根据不同的深井运行状态下的水位数据应用不同颜色显示在水位曲线中，从而实现深井动静水位曲线显示功能。

3 应用实施及效果

水源深井水位数据远程无线监测系统，硬件部分主要工作是在每口深井安装R T U 数据采集终端，并加装一个投入式液位传感器及一块二次显示表，现场调试监测终端程序及电缆敷设等工作。

软件部分主要工作是在监控中心计算机上设计良好的监控软件。具有友好的人机界面，能够把所采集到的数据进行整理、分析和保存；能够自动或手动下达控制命令，完成深井水位监测过程等功能。

此水源深井水位数据远程监测系统经过现场运行证明：运行稳定可靠、采集数据及时准确，监测系统所采集的动静水位数据准确率较高，误差在0.5%以内，能够达到实际生产需求。

4 应用效益

随着水源自动化技术应用程度的越来越高，其生产过程越来越依赖于自动化系统，水源地深井水位远程无线监测系统的应用，有效提高了水文地质信息的监测手段，达到了节省劳动力缩短检测周期的目的。深井水位自动监测技术在提高劳动生产率、节能降耗、保证安全、稳定生产运行等方面起到了举足轻重的作用，并且取得了良好的经济效益与社会效益。

4.1 经济效益

深井动静水位监测技术的应用极大提高了水源供水生产效率、降低生产成本。

1）深井泵下深会比较合理，单口深井取水单耗由0.33kW h/m3降低到0.29kW h/m3以下，年节电10×104kW h。

2）能够选择合理扬程的潜水泵，提高了机泵的运行效率。

3）因为减少了扬水管及潜水泵电缆的长度，节约了修井成本，每口井能节约扬水管和动力电缆10m左右，节约资金3000元以上。

4）动静水位自动监测技术的应用，降低了人工成本。

4.2 社会效益

水源动静水位远程检测技术的应用，有效提高了水文地质信息的监测手段、提高了地下水源管理水平、降低企业生产运行成本，达到了降低劳动强度、节省劳动力、缩短检测周期的目的。为水务公司安全、稳定经济运行提供了技术保障。

5 结束语

实践表明，水位远程监测技术在深井上的应用，有效地解决了水源存在测量深井水位困难的实际问题，提高了企业的经济效益和社会效益。水位监测技术的应用，实现了深井水位监测方法的科学性、合理性。水源深井水位数据远程无线监控系统，是一个监测和控制的智能系统，适用于远距离采集传输深井运行数据的场合。水源深井水位数据远程无线监测系统是在运用现代先进的远程数据通讯技术实现完成的。该系统技术先进、自动化程度较高，在目前国内供水行业中的地下水资源管理方面处于领先地位。通过实际应用表明，系统运行稳定，监测效果较好，达到了预期的设计目的。这一系统的研发应用，对于地下水资源的长效管理和合理开发利用，以及在降本增效方面将发挥重要作用，同时对这一系统只要稍加开发，就可用于水源深井的压力和流量等一些其它参数的检测和传输，具有良好的推广应用前景。水位数据远程无线监测技术将会在供水行业得到越来越广泛的应用。

[1]王仲文.工程遥控遥测技术[M].北京:机械工业出版社,1991:1-60.

[2]MicrosoftCorporation.VisualBasic6.0中文版语言参考手册[M].北京:北京希望电脑公司,1998:50-200.