油墊界面檢測儀的製作方法

2023-09-20 14:05:05 1

專利名稱：油墊界面檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中檢測工具，具體地說，是一種油墊界面檢測儀。
背景技術：
天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中，通過中心管由地面向井下鹽層注水，通過中心管和中間管之問的環空向由井下鹽層向地面抽出含有溶解鹽成份的滷水。隨著這一過程的不斷進行，井下鹽層中的鹽不斷的被溶解並被送往地面，鹽層中形成空穴並不斷增大，直至該鹽穴的體積達到設計要求。造腔過程中，不僅要控制鹽穴的體積，還要保證鹽層的底部和頂部不被溶穿，以免造成儲存天然氣時發生洩漏。為達到這一目的，由中間管與套管之間的環空向井下注入柴油作為阻溶劑，稱為油墊。由於油墊比重小於滷水，油墊處於滷水上方，通過調節油墊與滷水之間界面的高低，即可控制溶腔的形狀並保護鹽層的底部和頂部不被溶穿。油墊與滷水之間界面位置的確定，現有技術是通過巳溶腔體的體積、中間管與套管之間環空的體積、柴油密度及注入柴油量等參數計算實現。由於上述參數尤其巳溶腔體的體積難以準確獲得，更由於溶腔過程中巳溶腔體的體積處於變化中，通過上述參數計算獲得的油墊與滷水之間的界面位置不可避免存在較大的誤差，難以滿足天然氣鹽穴儲氣庫造腔工程精度要求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可以提高天然氣鹽穴儲氣庫造腔工程中確定油墊與滷水之間界面位置的精度要求，且作為天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中可有效運用的油墊界面檢測儀。
本發明是這樣實現的由地面設備、鎧裝電纜和檢測傳感器組成，地面設備和位於井下的檢測傳感器通過鎧裝電纜相連。地面設備內包括電源、電流表和按鈕開關。鎧裝電纜為單芯電纜。檢測傳感器為長圓柱形，固定在中間管底部外側。檢測傳感器由數量達數十甚至達數百個的一端並聯的恆流源電路組成。所有恆流源電路並聯端接鎧裝電纜芯線，每個恆流源電路另一端則分別接位於檢測傳感器表面、相互之間間距為10-20釐米的不鏽鋼觸點。不鏽鋼觸點與中間管之間為被測介質為絕緣體的油墊(柴油)或為導體的滷水(鹽水)。地面設備內的電源正端經電流表、按鈕開關接中間管，電源負端接鎧裝電纜芯線。在進行油墊界面檢測時，按下按鈕開關接通檢測迴路，所接不鏽鋼觸點與中間管之間被測介質為油墊(柴油)的恆流源電路無電流通過，而所接不鏽鋼觸點與中間管之間被測介質為滷水(鹽水)的恆流源電路有恆定電流通過。通過地面設備中電流表讀取的電流值除以恆流源電路的恆定電流值，即可計算出導通的恆流源電路個數，再將導通的恆流源電路個數乘以不鏽鋼觸點之間的間距，即可獲得油墊界面高度值，實現了油墊界面的測量。
本發明的優點在於檢測傳感器使用恆流源電路作為檢測電路，利用恆流源電路內阻隨電壓變化的特點，有效地克服了被測介質滷水濃淡變化所造成電阻變化的影響，保證了測量精度的要求。在電路系統設計中系統電源正極接中間管，使測量傳感器的不鏽鋼觸點不受電解反應陽極溶解的影響。電源迴路中串接常開按鈕開關採取非連續測量方式，減少了電解反應對中間管的溶解。由於在系統設計中採取了以上措施，本實用新型測量精度高，使用壽命長，可滿足天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中長期進行油墊界面檢測的要求。本實用新型結構簡單，製造成本低，易於安裝，為其在天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中廣泛應用創造了條件。


附圖1為本發明的結構示意圖；附圖2為本發明的電原理結構圖。
具體實施例方式
如附圖1所示，包括中間管1、支架2、電纜芯線3、地面設備4、檢測傳感器5、觸點6，中間管與支架2固定連接，檢測傳感器5與支架2連接，地面設備4分別通過電纜芯線3與中間管1、檢測傳感器5連接，在檢測傳感器5上設有觸點6。
檢測傳感器5為圓柱體，直徑一般≤20毫米。
檢測傳感器5的個數≥1。
觸點6的個數≥1，觸點6為圓片形，直徑6～7毫米，鑲嵌在測量傳感器5的表面上，內側由導線與相應的恆流源電路相連，外側處於檢測傳感器5的表面。
檢測傳感器5上的觸點6與中間管1之間充有滷水。
檢測傳感器5上的每個測量點由相同的恆流源電路和一個觸點6構成。
地面設備4由電源開關41、按鈕開關42、電流表43、電壓表44組成。
檢測傳感器上的檢測電路採用由三端可調式電壓調整器LM317和限流電阻R構成的恆流源電路組成，該電路輸入端VIN接觸點6，輸出端VOUT經限流電阻R和調節端ADJ匯合後通往測量電纜。
如圖2所示，天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中，油墊與滷水之間界面高度的變化範圍可達數米至數十米，本實用新型為適應測量範圍的要求，檢測傳感器5採用多點連續測量方式進行測量。兩測量點之間間隙一般為10～20釐米，可根據測量精度的需要設定。考慮到加工製造、運輸和安裝的便利，油墊界面檢測儀的井下檢測傳感器5一般分節加工製造，每節一般長二米，每節上有10～20個測量點。在井下檢測傳感器安裝下井過程中，根據需要檢測的油墊與滷水之間界面高度範圍，串接必要數量的檢測傳感器5節數，以滿足界面高度檢測要求。每節測量傳感器均使用工程塑料製成，製成的每節檢測傳感器5為圓柱體，直徑一般不大於20毫米，以保證可順利下入中間管和套管之間僅30多毫米的環空內。檢測傳感器5上的每個測量點由相同的恆流源電路和一個不鏽鋼觸點6構成。恆流源電路密封於工程塑料內，密封耐壓達15MP，以保證測量傳感器5在超過1000米井深鹽穴儲氣庫造腔過程的高壓環境中可以長期可靠的工作。不鏽鋼觸點6為圓片形，直徑6～7毫米，鑲嵌在由工程塑料製成的檢測傳感器5表面上，內側由導線與相應的恆流源電路相連，外側處於檢測傳感器5的表面，可與被測介質油墊或滷水直接接觸進行測量。
根據電學理論和試驗檢測，檢測傳感器5上的不鏽鋼觸點6與中間管1之間充滿滷水(鹽水)時，二者之間有電阻存在。該電阻的值與二者之間的距離成正比，與滷水(鹽水)的濃度成反比。天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中，檢測傳感器5與作為公共電極的中間管1之間的距離恆定，因而該電阻僅與滷水(鹽水)的濃度相關。由於造腔過程中滷水(鹽水)的濃度是經常變化的，因而該電阻的值也是經常變化的。為了保證不鏽鋼觸點6與中間管1之間測量電流不受該電阻的影響，必須在檢測傳感器5的電路設計上，使電路內阻具有自動調節功能，使得不鏽鋼觸點6與中間管1之間處於導通狀態時，通過二者之間的測量電流不受滷水(鹽水)的濃度的影響，保持恆定值不變。
為達到上敘目的，檢測傳感器5上的檢測電路採用由三端可調式電壓調整器LM317和限流電阻R構成的恆流源電路組成，該電路輸入端VIN接不鏽鋼觸點6，輸出端VOUT經限流電阻R和調節端ADJ匯合後通往測量電纜。恆流源電路輸出電流IOUT＝1.2/R。為減小電解反應的影響和檢測傳感器5總測量電流，實取限流電阻R的值為240Ω，則IOUT＝4mA。三端可調式電壓調整器LM317的電壓調整率為3V≤(VIN-VOUT)≤40V，當地面設備中電源以40V電壓向檢測傳感器的檢測電路(恆流源電路)供電時，檢測電路(恆流源電路)的內阻變化範圍最大值為(40V-3V)/4mA＝9.25KΩ。根據試驗，檢測傳感器5上的不鏽鋼觸點6與中間管1之間滷水(鹽水)濃度的變化導致不鏽鋼觸點6與中間管1之間導電電阻為數十歐姆至數百歐姆，遠小於檢測電路(恆流源電路)的內阻9.25KΩ的變化範圍，因而檢測電路(恆流源電路)在不鏽鋼觸點6與中間管1之間充滿滷水(鹽水)時4mA測量電流可保持恆定不變。
在油墊界面檢測過程中，因有電流通過滷水(鹽水)，必然發生電解反應，電解時陽極材料本身失電子而成為金屬離子即陽極溶解。油墊界面檢測儀的檢測傳感器5安裝下井後連續工作時間最長可達三年，為避免檢測傳感器5上不鏽鋼觸點6在長期的油墊界面檢測過程中逐漸溶解消失，同時考慮將溶解對中間管造成的損害減輕至最低限度，在系統電路的設計中採取了以下兩項技術措施1、將系統供電電源的正端接中間管，負端接電纜芯線。測量傳感器內所有恆流源電路的極性按電源方向連接。在這種情況下，油墊界面檢測過程中發生電解反應時中間管為陽極，由於中間管1的金屬體積大，因而陽極溶解對中間管1造成的影響較小，油墊界面檢測儀可長期正常工作。
2、油墊界面處於比較穩定的狀態，並不需要連續監測，因此電路設計中在測量迴路串接了常開按鈕開關，僅當需要監測時按下常開按鈕開關進行監測。這種工作方式顯著降低了系統通電工作時間，中間管上發生陽極溶解的時間相應減少，因而陽極溶解對中間管造成的損害得到控制。
權利要求
1.油墊界面檢測儀，包括中間管(1)、支架(2)、電纜芯線(3)、地面設備(4)、檢測傳感器(5)、觸點(6)，其特徵在於中間管(1)與支架(2)固定連接，檢測傳感器(5)與支架(2)連接，地面設備(4)分別通過電纜芯線(3)與中間管(1)、檢測傳感器(5)連接，在檢測傳感器(5)上設有觸點(6)。
2.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於檢測傳感器(5)為圓柱體，直徑≤20毫米。
3.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於檢測傳感器(5)的個數≥1。
4.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於觸點(6)的個數≥1，每個觸點(6)為圓片形，其直徑6～7毫米，鑲嵌在測量傳感器(5)的表面上，內側由導線與相應的恆流源電路相連，外側處於檢測傳感器(5)的表面。
5.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於檢測傳感器(5)上的觸點(6)與中間管(1)之間充有滷水。
6.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於檢測傳感器(5)上的每個測量點由相同的恆流源電路和一個觸點(6)構成。
7.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於地面設備(4)由電源開關(41)、按鈕開關(42)、電流表(43)、電壓表(44)組成。
8.根據權利要求1所述的油墊界面檢測儀，其特徵在於檢測傳感器上(5)的檢測電路採用由三端可調式電壓調整器LM317和限流電阻R構成的恆流源電路組成，該電路輸入端VIN接觸點6，輸出端VOUT經限流電阻R和調節端ADJ匯合後通往測量電纜。
全文摘要
一種用於天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中的油墊界面檢測儀，包括中間管(1)、檢測傳感器(5)、觸點(6)等，地面設備(4)分別通過電纜芯線(3)與中間管(1)、檢測傳感器(5)連接，在檢測傳感器(5)上設有觸點(6)，利用恆流源電路內阻隨電壓變化的特點，有效地克服了被測介質滷水濃淡變化所造成電阻變化的影響，保證了測量精度的要求；在電路系統設計中系統電源正極接中間管，使點不受電解反應陽極溶解的影響；電源迴路中串接常開按鈕開關採取非連續測量方式，減少了電解反應對中間管的溶解，測量精度高，使用壽命長，可滿足天然氣鹽穴儲氣庫造腔過程中長期進行油墊界面檢測的要求。
文檔編號G01N27/06GK101082598SQ200610083719
公開日2007年12月5日 申請日期2006年6月2日 優先權日2006年6月2日
發明者吳國明, 李萍, 魏東吼, 來恩良, 周裕京, 楊松 申請人:中國石油天然氣股份有限公司