CN102477862B - 一种便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪的应用；首先接通USB8路继电器输出模块的J8，接通J1-J6继电器，VI1-VI6模块，并联的电阻R1-R6，接通-9V负端与检测传感器的检测电流通道；检测传感器从下到上排列；将流过电阻的电流信号转换为电压信号；当被测介质为柴油或氮气时，恒流源电路无电流通过；当被测介质为卤水时，恒流源电路有电流通过；将电压信号换算为电流信号相加，电流之和除以恒流值，再乘以不锈钢触点之间的间距，加上不锈钢触点对应的深度值，得油水界面高度值；选择-18V高压检测电源，重复上述检测过程；当二者不一致时，检测传感器表面存在盐膜污染，可对污染导致的误差进行校正。

Description

一种便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪的应用

技术领域

本发明涉及一种便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪的应用。

背景技术

现有保护层界面检测仪由地面检测设备和井下检测传感器组成。地面检测设备通过由3-5根单芯铠装电缆绞合在一起组成的复合电缆与井下检测传感器相连。每根单芯铠装电缆分别连接一支固定在中间管上的井下传感器。

现有检测技术存在三项不足，一是由于造腔井场一般无交流电源，地面检测设备只能采用普通电流检测仪表人工检测纪录，未能实现计算机自动控制采集。二是在腔体建造过程中，按照工程设计，柴油与卤水的界面位置随着腔体的增大需要有数十米的检测范围。为满足检测范围的要求，需要在检测范围内不同深度位置安装多只检测传感器。当井下检测传感器的数量达到4只和4只以上时，组成复合电缆的单芯铠装电缆由于数量增多，复合电缆直径也随之增大。由于复合电缆安装的中间管与井壁之间环空半径较小，导致较大直径的复合电缆在下井过程中容易受到损害，因而在实际应用中一般只能使用由3根单芯铠装电缆绞合在一起组成的复合电缆和相应的3只井下检测传感器相连，限制了更多检测传感器的应用。三是井下检测传感器数项技术指标尚未能完全满足井下工作要求，主要是：检测电路的恒流源电路的恒流值偏小，不利于识别传感器污染和抗干扰能力较差；检测传感器不锈钢检测触点之间的间距较小，虽然有利于提高测量精度，但也在检测中不利于识别检测传感器污染；检测传感器较长，虽然具有较大的测量范围，但也超出了实际工程检测要求的范围，同时由于其上检测点也相应较多，导致实际检测应用中传感器污染增大，不利于识别油水界面位置。

发明内容

本发明的目的：一是应用笔记本电脑，通过USB接口与系统的控制采集箱相连并对其提供直流电源，构成便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪。在笔记本电脑对系统的控制采集箱的控制下，在无交流电源的井场实现对井下传感器状态数据的自动采集、纪录和分析。二是提供一种组合电缆，该组合电缆由两组复合电缆并行组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成。每支单芯铠装电缆连接1支井下传感器。每组复合电缆直径为6毫米，两组复合电缆并行构成的组合电缆厚度也为6毫米。由于组合电缆厚度较小，可在较小的中间管与井壁的环空中实现有效的保护，实现了使用6只检测传感器安全检测的目的。三是井下检测传感器在检测电流、检测长度、检测精度三项技术性能进行了改进，使检测系统的检测性能获得了提高。

本发明所述的便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪由笔记本电脑、地面控制采集箱、组合电缆、6只井下检测传感器组成；笔记本电脑通过USB接口分别与地面控制采集箱内的USB8路继电器输出模块、USB8路模拟信号输入模块的连接；USB8路继电器输出模块的继电器J7、J8与-9V低压检测电源、-18V高压检测电源构成回路；USB8路模拟信号输入模块的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模块分别于与电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6并联，并联一端分别与继电器J1、J2、J3、J4、J5、J6连接，另一端通过组合电缆与位于井下的6只检测传感器相连；组合电缆由两组复合电缆组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成，每组复合电缆直径为6毫米，两组复合电缆并行构成的组合电缆厚度为6毫米，组合电缆中的6支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在中间管上的井下检测传感器；检测传感器为长半圆柱形，固定安装在对应该传感器检测深度的中间管外侧；每支检测传感器内部由6个电流值相同、一端并联的恒流源电路组成；所有恒流源电路的并联端接一支单芯铠装电缆芯线，每个恒流源电路的另一端则分别连接到安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点底部；单芯铠装电缆芯线通过保护二极管、插头底座、马龙头插头与组合电缆连接，检测传感器长度为1.2米，6个圆形不锈钢触点固定在底板上。

检测传感器上不锈钢触点与裸眼井段之间为被测介质。被测介质类型取决于柴油注入深度，被测介质或是为绝缘体的柴油，或是为导体的卤水(盐水)。进行井下油水界面数据采集时，地面控制采集箱在笔记本电脑的控制下，首先接通USB8路继电器输出模块的J8，选择-9V低压检测电源，然后分别接通J1、J2、J3、J4、J5、J6继电器，将分别经过与USB8路模拟信号输入模块的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模块并联的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，分别接通-9V低压检测电源负端至第1只到第6只检测传感器的检测电流通道。第1只到第6只检测传感器从下到上排列。电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6为电流-电压转换电阻，将流过其上的电流信号转换为电压信号，分别作为VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6的电压输入信号。检测电源正端接大地。检测过程中，当检测传感器上的不锈钢触点与裸眼井段(大地)之间被测介质为柴油或氮气时，对应该不锈钢触点的传感器内部恒流源电路无电流通过；当不锈钢触点与裸眼井段(大地)之间被测介质为卤水(盐水)时，对应该不锈钢触点的传感器内部恒流源电路有电流通过。笔记本电脑通过从USB8路模拟信号输入模块的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模块采集的电压信号分别换算为电流信号再相加，该电流之和除以传感器内恒流源电路的恒流值，可得到一个整数值，该整数值即为所有传感器内导通的恒流源电路总数。再将导通的恒流源电路总数乘以不锈钢触点之间的间距，加上传感器安装时传感器底部不锈钢触点对应的深度值，即可获得油水界面高度值，实现油水界面的测量。然后地面控制采集箱在笔记本电脑的控制下，接通USB8路继电器输出模块的J7，选择-18V高压检测电源，然后分别接通J1、J2、J3、J4、J5、J6继电器，重复上述检测过程。由于检测传感器采用恒流源电路，-9V低压检测结果与-18V高压检测结果应当一致。当二者不一致时，可判断出检测传感器表面存在盐膜污染，笔记本电脑的检测软件可对污染导致的误差进行校正。

附图说明

图1为使用便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪检测油水界面示意图。

图2为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪检测传感器剖视图及电路原理图。

图3为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪电原理框图。

图4为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪电路原理图。

具体实施方式

图1为盐穴储气库建腔过程中使用便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪检测油水界面示意图。图中，通过中心管11连续向盐层注水，溶解盐层，再将含盐的卤水通过中心管11与中间管10的环空连续排出至地面，达到在盐层中造腔的目的。为了控制盐层中溶解盐层形成的腔体形状，需在中间管11与井壁12的环空内注入作为阻溶剂的柴油到达盐层内的预定深度。该深度下的盐层可溶解，该深度以上的盐层则不会溶解，由此在盐层中形成造腔设计中预定形状的腔体。为了将柴油注入到预定深度位置，必需在预定深度位置中间管10外壁上安装界面检测传感器9，检测注入柴油是否到达预定深度，以便及时调整，保证安全造腔。便携式计算机控制采集油水界面检测仪由笔记本电脑、地面控制采集箱和6只井下检测传感器组成，通过组合电缆8相连。组合电缆由两组复合电缆组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成。组合电缆中的6支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在中间管上的井下检测传感器。

图2为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪检测传感器剖视图及电路原理图。检测传感器9由树脂基复合材料底板、镶嵌固化在其上表面的6个不锈钢触点构成，由连接不锈钢触点2的内部总线4通过保护二极管7与插头底座5连接。单芯铠装电缆通过与插头底座相连的马龙头插座6与检测传感器相连。图中不锈钢触点2圆杆部、电缆连接件底座均镶嵌固化在本检测传感器树脂基复合材料底板1上；6个恒流源电路3、传感器内部总线和所有器件间连接导线均由和底板同类的树脂基复合材料所填埋覆盖。电路上6个恒流源电路一端接其对应的不锈钢触点，另一端均与传感器内部总线相连。当不锈钢触点为柴油所覆盖，无电流从大地流入恒流源电路；当不锈钢触点为卤水所覆盖，电流从大地流入恒流源电路。

图3为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪电原理框图。由笔记本电脑、地面控制采集箱、组合电缆、6只井下检测传感器组成，笔记本电脑通过USB接口与地面控制采集箱相连。地面控制采集箱内设有USB8路继电器输出模块、USB8路模拟信号输入模块、-9V低压检测电源、-18V高压检测电源。地面控制采集箱和位于井下的6只检测传感器通过由组合电缆相连。

图4为本便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪电路原理图。由笔记本电脑、地面控制采集箱、组合电缆、6只井下检测传感器组成，笔记本电脑通过USB接口与地面控制采集箱相连。地面控制采集箱内设有USB8路继电器输出模块、USB8路模拟信号输入模块、-9V低压检测电源、-18V高压检测电源。USB8路继电器输出模块在计算机控制下用于选择-9V、-18V测量电源以及选通选定的检测传感器。USB8路模拟信号输入模块在计算机控制下用于采集检测的传感器电流信号。地面控制采集箱和位于井下的6只检测传感器通过由组合电缆相连。组合电缆由两组复合电缆并联组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成。两组复合电缆中的6支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在中间管上的井下传感器。检测传感器由树脂基绝缘材料制造，长半圆柱形，固定安装在对应该传感器检测深度的中间管外侧。每支检测传感器内部由6个恒流值均为10mA、一端并联的恒流源电路组成。6个恒流源电路的并联端(内部总线)接一支单芯铠装电缆芯线，每个恒流源电路的另一端则分别连接到镶嵌固化在检测传感器上、相互之间间距为20厘米的圆形不锈钢触点底部。检测传感器长度为1.2米。

应用笔记本电脑，通过USB接口与系统的控制采集箱相连并对其提供直流电源，构成便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪。在笔记本电脑对系统的控制采集箱的控制下，在无交流电源的井场实现了对井下传感器检测数据的自动采集、纪录和分析。

该组合电缆由两组复合电缆并行组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成。每支单芯铠装电缆连接1支井下传感器。每组复合电缆直径为6毫米，两组复合电缆并行构成的组合电缆厚度也为6毫米。由于组合电缆厚度较小，可在较小的中间管与井壁的环空中实现有效的保护，实现了使用6只检测传感器达到在较大检测深度范围内实施油水界面检测的目的。

该型检测传感器的恒流源检测电路的恒流值为10mA，具有较强的抗干扰能力。该型检测传感器检测长度为1米，检测长度适中，可充分满足井下单点检测范围的要求。该型检测传感器两个不锈钢检测点之间的间距为20cm，实现了在满足测量精度的要求下，每只检测传感器仅需6个不锈钢检测点及相应的恒流源检测电路，简化了传感器加工工艺，提高了传感器工作可靠性。

检测电源(-9V低压检测电源、-18V高压检测电源)，降低了检测过程中电解反应的影响，降低了传感器测量功耗，提高了传感器工作寿命。

在中间管下井开始阶段，将6只检测传感器根据检测设计深度要求安装在相应的中间管立柱上，将组合电缆的两组复合电缆的6根单芯铠装电缆与6只检测传感器分别相连。在下井的过程中，使用固定卡子将组合电缆固定在每根下井的立柱上。由于组合电缆外铠皮与中间管相连，中间管与大地相连，而大地是检测电流回路的一部分，中间管也成为大地检测回路的一部分。检测传感器和组合电缆下井完成后，在地面将组合电缆与处于地面的控制采集箱相连，笔记本电脑与地面控制采集箱相连。在天然气盐穴储气库造腔工程开工后，中间管与套管之间环空巳注入油柴油。当需要检测柴油与卤水的分界面时，地面控制采集箱在笔记本电脑的控制下，首先接通USB8路继电器输出模块的J8，选择-9V低压检测电源，然后分别接通J1、J2、J3、J4、J5、J6继电器，将经过与USB8路模拟信号输入模块的VI1-VI6模块并联的电阻R1-R6，分别接通-9V低压检测电源负端至第1只到第6只检测传感器的检测电流通道。第1只到第6只检测传感器从下到上排列。电阻R1-R6为电流-电压转换电阻，将流过其上的电流信号转换为电压信号，分别作为VI1-VI6的电压输入信号。检测电源正端接大地，检测过程中，当检测传感器上的不锈钢触点与裸眼井段13(大地)之间被测介质为柴油时，对应该不锈钢触点的传感器内部恒流源电路无电流通过；当不锈钢触点与裸眼井段(大地)之间被测介质为卤水(盐水)时，对应该不锈钢触点的传感器内部恒流源电路有电流通过。笔记本电脑通过从USB8路模拟信号输入模块的VI1-VI6模块采集的电压信号分别换算为电流信号再相加，该电流之和除以传感器内恒流源电路的恒流值，可得到一个整数值，该整数值即为所有传感器内导通的恒流源电路个数。再将导通的恒流源电路个数乘以不锈钢触点之间的间距，加上传感器安装时传感器底部不锈钢触点对应的深度值，即可获得油水界面高度值，实现油水界面的测量。然后地面控制采集箱在笔记本电脑的控制下，接通USB8路继电器输出模块的J7，选择-18V高压检测电源，然后分别接通J1、J2、J3、J4、J5、J6继电器，重复上述检测过程。由于检测传感器采用恒流源电路，-9V低压检测结果与-18V高压检测结果应当一致。当二者不一致时，可判断出检测传感器表面存在盐膜污染，笔记本电脑的检测软件可对污染导致的误差进行校正。

Claims (1)

1.一种便携式计算机控制采集井下油水界面检测仪的应用，通过中心管（11）连续向盐层注水，溶解盐层，再将含盐的卤水通过中心管（11）与中间管（10）的环空连续排出至地面，达到在盐层中造腔的目的，为了控制盐层中溶解盐层形成的腔体形状，需在中间管（11）与井壁（12）的环空内注入作为阻溶剂的柴油到达盐层内的预定深度，该深度下的盐层可溶解，该深度以上的盐层则不会溶解，由此在盐层中形成造腔设计中预定形状的腔体，其特征在于：本检测仪由便携式计算机、地面控制采集箱、组合电缆、6只井下检测传感器组成；便携式计算机通过USB接口分别与地面控制采集箱内的USB8路继电器输出模块、USB8路模拟信号输入模块连接；USB8路继电器输出模块的继电器J7、J8与-9V低压检测电源、-18V高压检测电源构成回路；USB8路模拟信号输入模块的模块VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6分别与电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6并联，并联一端分别与USB8路继电器输出模块的继电器J1、J2、J3、J4、J5、J6连接，另一端通过组合电缆与位于井下的6只检测传感器相连；组合电缆由两组复合电缆组成，每组复合电缆由3支单芯铠装电缆绞合在一起组成，每组复合电缆直径为6毫米，两组复合电缆并行构成的组合电缆厚度为6毫米，组合电缆中的6支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在中间管上的井下检测传感器；检测传感器为长半圆柱形，固定安装在对应该传感器检测深度的中间管外侧；每支检测传感器内部由6个电流值相同、一端并联的恒流源电路组成；所有恒流源电路的并联端接一支单芯铠装电缆芯线，每个恒流源电路的另一端则分别连接到安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点底部；单芯铠装电缆芯线通过保护二极管、插头底座、马龙头插头与检测传感器连接，检测传感器长度为1.2米，6个圆形不锈钢触点固定在底板上；

检测传感器上不锈钢触点与裸眼井段之间为被测介质；被测介质类型取决于柴油注入深度，被测介质或是为绝缘体的柴油，或是为导体的卤水；进行井下油水界面数据采集时，地面控制采集箱在便携式计算机的控制下，首先接通USB8路继电器输出模块的继电器J8，选择-9V低压检测电源，然后分别接通继电器J1、J2、J3、J4、J5、J6，模块VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6，并联的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，接通-9V低压检测电源负端至第1只到第6只检测传感器的检测电流通道；第1只到第6只检测传感器从下到上排列；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6为电流—电压转换电阻，将流过其上的电流信号转换为电压信号，分别作为模块VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6的电压输入信号；-9V低压检测电源或-18V高压检测电源正端接大地；检测过程中，当检测传感器上的不锈钢触点与裸眼井段之间被测介质为柴油时，对应该不锈钢触点的检测传感器内部恒流源电路无电流通过；当不锈钢触点与裸眼井段之间被测介质为卤水时，对应该不锈钢触点的检测传感器内部恒流源电路有电流通过；便携式计算机通过从USB8路模拟信号输入模块的模块VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6采集的电压信号分别换算为电流信号再相加，该电流之和除以检测传感器内恒流源电路的恒流值，可得到一个整数值，该整数值即为所有传感器内导通的恒流源电路总数；再将导通的恒流源电路总数乘以不锈钢触点之间的间距，加上检测传感器安装时检测传感器底部不锈钢触点对应的深度值，即可获得油水界面高度值，实现油水界面的测量；然后地面控制采集箱在便携式计算机的控制下，接通USB8路继电器输出模块的继电器J7，选择-18V高压检测电源，然后分别接通继电器J1、J2、J3、J4、J5、J6，重复上述检测过程；由于检测传感器采用恒流源电路，-9V低压检测结果与-18V高压检测结果应当一致；当二者不一致时，可判断出检测传感器表面存在盐膜污染，便携式计算机的检测软件可对污染导致的误差进行校正。