地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法
2023-07-01 12:50:26 1
地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，包括鑽機、感應系統、數據轉換系統和數據分析系統，感應系統安裝於鑽機或鑽機的機架上，感應系統、數據轉換系統和數據分析系統依次相連；感應系統包括鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元；數據轉換系統包括將感應系統採集的模擬數據轉換成數位訊號的A/D轉換器，以及處理得到的數位訊號，最終傳向數據終端的單片機。本發明同時還公開了利用該裝置的方法。本發明在布置水幕孔時，按照節理、裂隙的不同發育情況適當增減水幕孔的密度，通過對裂隙區域分布的分析，針對巖體裂隙不發育的區域增加鑽孔密度，以使整個洞庫區域的水封效果均勻化。
【專利說明】地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法。
【背景技術】
[0003]目前，國際上的石油儲備庫分為地上油庫和地下油庫兩種，而作為大規模的儲備庫多以地下油庫為主。地下油庫分為兩種，一種是水封石洞油庫，另一種是鹽巖洞庫。水封洞庫的儲油原理是在穩定的地下水位線以下一定的深度，通過人工在地下巖石中開挖出一定容積的洞室，利用穩定地下水的水封作用密封儲存在洞室內的石油。而鹽巖庫則是利用埋藏在一定深度的鹽巖，其孔隙率和滲透率幾乎等於零，具有很好的氣密性和液密性，且與各種油品接觸時不發生化學變化，不溶解，不影響油品質量的原理，在鹽巖中衝刷出來的洞穴中儲存油品。與地上儲備庫相比，在地質條件適宜地區，地下儲備庫具有安全性高、不佔或少佔耕地、投資省、汙染小、保護環境、節省鋼材、使用壽命長等優點。我國土地資源十分緊張，地上石油儲備庫單罐容量較小(一般為10X104m3，最大為15X104m3)，儲罐數量多，佔地面積大(一般為一至幾百公頃)；而且地上石油庫油罐一旦發生火災，消防撲救困難，後果嚴重。因此，經過專家論證，建議我國今後的石油儲備庫建設在條件允許的情況下儘量採用地下石油儲庫的形式。
[0004]現行的地下石油水封儲庫水幕孔布置是按照固定的間隔距離向水幕巷道邊牆打孔，從而形成水幕孔，再通過水幕孔將水幕巷道內的水體滲透到主洞室的周圍，已達到封堵主洞室內油氣體的效果。主洞室周圍巖石的滲透性能是水封洞庫水封效果的決定性因素，換言之，主洞室周圍巖石的節理和裂隙的發育程度與水封效果成正比，如何將巖石的滲透性能維持在最合理的狀態一直是水封洞庫的重要難題。現行的水幕孔布置方法明顯的具有機械性和固定化的缺點，此種方法由於沒有充分考慮到巖體內部節理、裂隙發育不均勻的特點，固定的將水幕孔按照一定的距離分布在水幕巷道的邊牆之中，可能會使裂隙不發育區域會由於滲透水量不足導致主洞室內油氣體洩漏。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法，它是通過快速鑽機對水幕巷道的邊牆鑽孔，利用信號採集轉換方法，實時獲取鑽機工作時扭矩、轉速、泵壓、鑽頭位移、打擊能以及推進力等參數，通過對鑽機參數的分析，實現對巖土體內部節理裂隙分布及走向的預報，通過對裂隙區域分布的分析，針對巖體裂隙不發育的區域增加鑽孔密度，以使整個洞庫區域的水封效果均勻化。
[0006]為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:
一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，包括鑽機、感應系統、數據轉換系統和數據分析系統，用於獲得鑽機的鑽進參數的感應系統安裝於鑽機或鑽機的機架上，感應系統、數據轉換系統和數據分析系統依次相連；所述感應系統包括鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元；用於進行數據的傳輸與轉化的數據轉換系統包括將感應系統採集的模擬數據轉換成數位訊號的A/D轉換器，以及處理得到的數位訊號，最終傳向數據終端的單片機；數據分析系統安放在測試現場、實驗室或者遠處的辦公室。
[0007]所述鑽機為柴油發動機作為動力單元的RPD-150C鑽機。
[0008]所述鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元分別對應為位移傳感器、轉速傳感器和壓力傳感器。
[0009]所述數據分析系統為上位機。
[0010]一種利用地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置的優化方法，包括以下步驟:
1)鑽探水幕孔，在鑽機動力頭的推進下，鑽頭旋轉鑽入前方巖土體，鑽杆跟隨鑽頭共同進入巖土體內，形成圓柱形鑽孔；
2)數據採集，鑽進的同時，感應系統內的各個數據採集單元開始工作，將轉速、鑽頭位移、扭矩、推進力數據實時記錄下來；
3)數據分析，各個數據採集的傳感器將得到的模擬數據通過接頭及電纜傳輸到數據轉換系統內的A/D轉換器，生成模擬信號，A/D轉換器將生成的模擬信號轉換成數位訊號，然後送入單片機，單片機再將處理的數據送至數據分析系統，再將數位訊號以曲線的形式呈現在上位機上；
4)重複鑽進，在水眷巷道邊牆每隔5米鑽探水眷孔；
5)針對一個包含若干個水幕孔的區域，將該區域中多個水幕孔內的節理、裂隙信息綜合分析，得到該區域的節理、裂隙分布詳情；
6)布置水幕孔，根據對區域節理、裂隙分布的分析，針對節理、裂隙不發育的區域加密鑽孔，達到區域滲透水能力均勻化。
[0011]本發明是通過快速鑽機對水幕巷道的邊牆鑽孔，利用信號採集轉換方法，實時獲取鑽機工作時扭矩、轉速、泵壓、鑽頭位移、打擊能以及推進力等參數，通過對鑽機參數的分析，實現對巖土體內部節理裂隙分布及走向的預報，通過對裂隙區域分布的分析，針對巖體裂隙不發育的區域增加鑽孔密度，以使整個洞庫區域的水封效果均勻化。
[0012]本發明儀器鑽進系統採用RPD-150C鑽機，柴油發動機作為動力單元，鑽機通過5個液壓缸實現大範圍作業，鑽進速度快，更換鑽杆無需人工，可實現150米鑽探、取芯，最大口徑 225mm。
[0013]感應系統安裝在鑽機或者鑽架上，用於獲得鑽機的鑽進參數，包括:鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元。
[0014]數據轉換系統用於進行數據的傳輸與轉化，包括:1)A/D轉換器，將傳感器採集的模擬數據轉換成數位訊號，2)單片機，執行編好的功能程序，處理得到的數位訊號，最終傳向數據終端。
[0015]數據分析系統安放在測試現場、實驗室或者較遠處的辦公室，可以是計算機或者外部顯示終端。
[0016]工作時，儀器鑽進系統通過動力頭的旋轉推進力將鑽杆鑽入巖土體內部，隨著鑽杆的鑽進，感應系統實時地採集轉速、鑽頭位移、扭矩等數據，傳感器將得到的模擬數據通過接頭及電纜傳輸到數據轉換系統內的A/D轉換器，生成模擬信號，A/D轉換器將生成的模擬信號轉換成數位訊號，然後送入單片機，單片機通過已經輸入的功能程序，在數據分析系統內將數位訊號以曲線的形式呈現在上位機上。
[0017]本發明克服了現行的水幕孔布置方法明顯的具有機械性和固定化的缺點，本發明充分的考慮到了巖體內部節理、裂隙發育不均勻的特點，在布置水幕孔時，按照節理、裂隙的不同發育情況適當增減水幕孔的密度，通過對裂隙區域分布的分析，針對巖體裂隙不發育的區域增加鑽孔密度，以使整個洞庫區域的水封效果均勻化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1、圖2是本發明一個實施例的效果示意圖；
圖3是本發明一個實施例的數據處理流程圖；
其中，1.鑽機，2.水眷孔，3.水眷巷道邊牆，4.加S水眷孔，5.普通水眷孔，6.節理、裂隙；7.A/D轉換器，8.單片機，9.上位機，10.位移傳感器，11.轉速傳感器，12.壓力傳感器，A.數據處理系統，B.數據轉換系統，C.感應系統。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0020]如圖1、圖2所示，一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置及方法，它是通過快速鑽機對水幕巷道邊牆3鑽孔，利用信號採集轉換方法，實時獲取鑽機工作時扭矩、轉速、泵壓、鑽頭位移、打擊能以及推進力等參數，通過對鑽機參數的分析，實現對巖土體內部節理裂隙分布及走向的預報，通過對裂隙區域分布的分析，針對巖體裂隙不發育的區域增加鑽孔密度，以使整個洞庫區域的水封效果均勻化。
[0021]如圖3所示，本發明包括儀器鑽進系統、感應系統C、數據轉換系統B和數據分析系統A，儀器鑽進系統採用RPD-150C鑽機1，柴油發動機作為動力單元，鑽機I通過5個液壓缸實現大範圍作業，鑽進速度快，更換鑽杆無需人工，可實現150米鑽探、取芯，最大口徑225mm,感應系統C安裝在鑽機I或者鑽架上，用於獲得鑽機I的鑽進參數，包括:鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元，鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元分別對應為位移傳感器10、轉速傳感器11和壓力傳感器12 ;數據轉換系統B用於進行數據的傳輸與轉化，包括:1)A/D轉換器7，將傳感器採集的模擬數據轉換成數位訊號，2)單片機8，執行編好的功能程序，處理得到的數位訊號，最終傳向數據終端；數據分析系統A安放在測試現場、實驗室或者較遠處的辦公室，可以是上位機9或者外部顯示終端。
[0022]地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化方法，包括以下步驟:
1)鑽探水幕孔2，在鑽機動力頭的推進下，鑽頭旋轉鑽入前方巖土體，鑽杆跟隨鑽頭共同進入巖土體內，形成圓柱形鑽孔；
2)數據採集，鑽進的同時，感應系統內的各個數據採集單元開始工作，將轉速、鑽頭位移、扭矩、推進力數據實時記錄下來；
3)數據分析，各個數據採集的傳感器將得到的模擬數據通過接頭及電纜傳輸到數據轉換系統內的A/D轉換器7，生成模擬信號，A/D轉換器7將生成的模擬信號轉換成數位訊號，然後送入單片機8，單片機8再將處理的數據送至數據分析系統，再將數位訊號以曲線的形式呈現在上位機9上；
4)重複鑽進，在水眷巷道邊牆3每隔5米鑽探水眷孔2；
5)針對一個包含若干個水幕孔2的區域，將該區域中多個水幕孔2內的節理、裂隙6信息綜合分析，得到該區域的節理、裂隙6分布詳情；
6)布置水幕孔2，根據對區域節理、裂，6分布的分析，常規區域為普通水幕孔5，針對節理、裂隙不發育的區域加密鑽孔(即形成加密水幕孔4)，達到區域滲透水能力均勻化。
[0023]工作時，儀器鑽進系統通過動力頭的旋轉推進力將鑽杆鑽入巖土體內部，隨著鑽杆的鑽進，感應系統實時地採集轉速、鑽頭位移、扭矩等數據，傳感器將得到的模擬數據通過接頭及電纜傳輸到數據轉換系統內的A/D轉換器7，生成模擬信號，A/D轉換器7將生成的模擬信號轉換成數位訊號，然後送入單片機8，在數據分析系統A內將數位訊號以曲線的形式呈現在上位機9上。
[0024]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
【權利要求】
1.一種地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，其特徵是，包括鑽機、感應系統、數據轉換系統和數據分析系統，用於獲得鑽機的鑽進參數的感應系統安裝於鑽機或鑽機的機架上，感應系統、數據轉換系統和數據分析系統依次相連；所述感應系統包括鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元；用於進行數據的傳輸與轉化的數據轉換系統包括將感應系統採集的模擬數據轉換成數位訊號的A/D轉換器，以及處理得到的數位訊號，最終傳向數據終端的單片機；數據分析系統安放在測試現場、實驗室或者遠處的辦公室。
2.如權利要求1所述的地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，其特徵是，所述鑽機為柴油發動機作為動力單元的RPD-150C鑽機。
3.如權利要求1所述的地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，其特徵是，所述鑽頭位移採集單元、轉速採集單元和壓力採集單元分別對應為位移傳感器、轉速傳感器和壓力傳感器。
4.如權利要求1所述的地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置，其特徵是，所述數據分析系統為上位機。
5.一種利用權利要求1-4中任一項所述地下水封儲油洞庫地層識別與水幕孔優化裝置的優化方法，其特徵是，包括以下步驟: 1)鑽探水幕孔，在鑽機動力頭的推進下，鑽頭旋轉鑽入前方巖土體，鑽杆跟隨鑽頭共同進入巖土體內，形成圓柱形鑽孔； 2)數據採集，鑽進的同時，感應系統內的各個數據採集單元開始工作，將轉速、鑽頭位移、扭矩、推進力數據實時記錄下來； 3)數據分析，各個數據採集的傳感器將得到的模擬數據通過接頭及電纜傳輸到數據轉換系統內的A/D轉換器，生成模擬信號，A/D轉換器將生成的模擬信號轉換成數位訊號，然後送入單片機，單片機再將處理的數據送至數據分析系統，再將數位訊號以曲線的形式呈現在上位機上； 4)重複鑽進，在水眷巷道邊牆每隔5米鑽探水眷孔； 5)針對一個包含若干個水幕孔的區域，將該區域中多個水幕孔內的節理、裂隙信息綜合分析，得到該區域的節理、裂隙分布詳情； 6)布置水幕孔，根據對區域節理、裂隙分布的分析，針對節理、裂隙不發育的區域加密鑽孔，達到區域滲透水能力均勻化。
【文檔編號】E21B44/00GK103643935SQ201310712998
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】田昊, 李術才, 薛翊國, 王者超, 邱道宏, 孫國富, 寧凱, 閆茂旺 申請人:山東大學