CN103308112A - 一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法。包括：步骤1，对洞库进行切片处理，设置一定高度的洞库切片，根据洞库切片的面积以及所述洞库切片的高度得到相应洞库切片的体积；步骤2，根据相应洞库切片的体积累积形成全部洞库体积的数据库,所述数据库内洞库油品绝对高程与体积数值一一对应;步骤3，通过液位传感器对洞库油品液面高程进行测量，得到洞库油品液面的绝对高程；步骤4，查询所述数据库，根据所述洞库油品绝对高程与所述体积数值的对应关系进行检索，得到洞库油品容量。

Description

一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法

技术领域

本发明涉及地下水封式洞库容量的查询领域，尤其涉及一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法。

背景技术

我国第一座地下水封洞库黄岛地下水封石洞原油库，现已停用。我国第二座地下水封洞库1976年建设的浙江象山柴油地下库，经1990年代修复使用至今。1980年代，我国先后进行勘察设计了黄岛二期地下水封石洞原油库、泰安成品油库，后来停建。直到1990年代中后期，我国才开始恢复建设地下水封洞库，主要是液化石油气储库。自本世纪初我国开始建设的国家战略原油储备基地，第二期之后项目开始大规模采用地下水封洞库，目前部分项目在设计建设中、部分项目处于选址阶段。

一般建造地下水封岩洞储罐单罐容积大，无论是与地上常温储罐还是与大型低温储罐相比，都有较为明显的优势。对于大型储存基地来说，地下水封岩洞储罐具有造价低、节省钢材、经营管理费用低、安全性高、占地面积小、环境效果好等优点，此外，在油田废料等废物处理上，利用废弃的矿井进行地下储存具备加大的优势。

目前国家原油储备库和企业销售LPG储库在采用地下水封洞库上已经有了一定的规模，在炼油石化企业采用地下水封洞库，具有更大的优势，在提高有关企业的认识的基础上，将具有广阔的使用前景。

如图1所示，地下水封洞库的洞罐建在稳定的地下水位以下一定深度的岩石里，确保洞罐围岩中裂隙水压力始终大于洞罐储存温度下油品的饱和蒸汽压力。这样既可防止洞罐储存的油品不顺着围岩裂隙渗透出去，又能保证有少量地下水沿着裂隙流入洞罐内，由于油品比水轻而又不相溶，流入洞罐中的水沿着岩壁汇集到洞罐底部，形成防止渗漏的水垫层，油品始终浮在水面上。

目前国内地下水封洞库还在发展阶段，库容容量查询方法较单一。目前查询库容容量的方法主要依据油品流通管道的计量数据来进行统计查询。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种地下水封式洞库容量的简易查询方法，通过洞库容量的数据库准备，以及后续的外业数据采集匹配而得到一种后期较少人工干预的简易洞库容量查询方法。

本发明公开一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，包括：

步骤1，对洞库进行切片处理，设置一定高度的洞库切片，根据洞库切片的面积以及所述洞库切片的高度得到相应洞库切片的体积；

步骤2，根据相应洞库切片的体积累积形成全部洞库体积的数据库,所述数据库内洞库油品绝对高程与体积数值一一对应;

步骤3，通过液位传感器对洞库油品液面高程进行测量，得到洞库油品液面的绝对高程；

步骤4，查询所述数据库，根据所述洞库油品绝对高程与所述体积数值的对应关系进行检索，得到洞库油品容量。

上述技术方案的有益效果为：本发明利用洞库建成初期采集的洞库轮廓数据库，进行高程切片处理来建立该洞库每高程段洞库容量的数据库，从而实现运营阶段利用液位传感器获得的储备油品液面高程与该数据库匹配查询，进而得到该油品液面位置时洞库内油品量。

所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，优选的，所述步骤1包括：

步骤1-1，所述洞库是由若干单位为1厘米的平面切片所组成的，求得所述若干单位为1厘米的平面切片的相应体积。

上述技术方案的有益效果为：本发明对于洞库横向切片处理，基于对一个不规则洞库横向切割为单位为1厘米的平面，该平面面积利用相应数学公式即可计算出相应厘米段的洞库体积，也可以理解为该洞库是由许多单位为1厘米的平面切片所组成的，我们所要解决的是求得这许多单位为1厘米的平面切片的相应体积。

所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，优选的，所述步骤2包括：

步骤2-1，通过三维建模方法采集洞库轮廓点三维坐标进行三维建模，形成洞库实体模型。

上述技术方案的有益效果为：由于洞库的不规则性，我们不能简单利用数学函数公式来求得一定高度的洞库容量，在这里我们需要建立相应的洞库容量数据库，更有利于对洞库容积进行运算。

所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，优选的，所述步骤2-1包括：

步骤2-2，由若干相邻的三角面，包裹成内外部透气的实体，实体是由一系列在线上的点，连成内外部透气的三角网，任何三角面的边必须有相邻的三角面，任何三角面的3个顶点，必须依附在有效的点上，否则实体是开放的或无效的，由线串上包含的点形成的一系列的点和线，三个点之间连成面，所有面的集合来反应物体的轮廓；

步骤2-3，利用等高线法切割该洞库实体模型，来得到某一固定高度h_i与该实体模型轮廓的n个交点（x_i，y_i，z_i），其中，i为正整数，这n个交点的三维坐标Z值均为h_i，他们在该Z=h_i平面上的平面坐标即为这n个交点X轴、Y轴坐标，即所对应的（x_i，y_i），这n个交点用于描述该实体模型在Z=h_i平面上的轮廓线，从而形成了Z=h_i的多边形切面，该多边形切面的轮廓点即为这n个交点；

步骤2-4，利用任意多边形面积求解公式即可得出该h_i面的切面面积。任意多边形面积公式如下：

$S=\frac{1}{2}\underset{K=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(X_K{Y}_{K+1}-X_{K+1}{Y}_K)$

其中n为该多边形端点个数，X为坐标横轴，Y为坐标纵轴，K为正整数，求得h_i面的面积S_i，同理求出S_i+1,利用公式：

$V_{i~i+1}=\frac{1}{2}(S_i+S_{i+1})\mathrm{\Δ}{h}_i$

计算出两相邻切面间切片的体积V_i-i+1，i为相应的洞库切片，我们在进行切片的时候设Δh_i为1厘米，并将计算该洞库模型由H_min切割至H_max，并输出成果表，即实现了高程每增加1厘米的洞库体积数据库的建立，对于某一高程面的累计体积利用累加切片体积的方法实现，即利用以下公式，其中H_min为该洞库最低高程：

$V_i=\underset{k=H_{\min }}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{k~k+1};$

其中V_i为累加切片体积，k为正整数。

上述技术方案的有益效果为：通过上述步骤对洞库进行三维建模，形成洞库实体模型，利用等高线法切割该洞库实体模型，此种方式能够建立更加准确完整的三维模型。

所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，优选的，所述步骤3包括：

步骤3-1，通过液位传感器来进行洞库内油品液面高程测量；

步骤3-2，液位传感器工作时向油品液面表面发射一束光波，被其反射后，传感器再接收此反射波；

步骤3-3，转换为绝对高程数据，设光波在气相中传播速度一定，根据光波往返的时间计算出液位传感器到液面的距离L；在安装液位传感器时将激光发射方向控制为铅垂方向，这样液位传感器所测得的距离L即为液位传感器位置至油品反射液面位置的高差，通过安装液位传感器时所测定的液位传感器绝对高程H₀即可通过以下公式计算出油品液面绝对高程H_i，

H_i=H₀-L。

上述技术方案的有益效果为：采用“激光式液位传感器”来实现，其工作原理是，工作时向油品液面表面发射一束光波，被其反射后，传感器再接收此反射波，此种液位传感器测量精度高。

所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，优选的，所述步骤4包括：

步骤4-1，匹配数据库对于高程洞库容量，依据洞库内液面传感器所测量的油品液面绝对高程，进而匹配洞库容量数据库实现远程实时查询；

步骤4-2，其数据库匹配方式通过高程迭代运算采用高程匹配，找到相应高程并反馈该高程对应的累计体积值，即为该液面高程洞库油品容量。

上述技术方案的有益效果为：本发明技术方案匹配数据库对于高程洞库容量，依据洞库内液面传感器所测量的油品液面绝对高程，进而匹配洞库容量数据库实现远程实时查询。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明后期运营实现实时查询、查询精度高、运营成本低，实现了简单、快速、准确的地下水封式洞库容量的查询。随着我国高速发展的科技水平，以及地下水封洞库应用的巨大优势下，地下水封洞库储备必将是未来油气储备的发展趋势。高精度的实时查询地下水封洞库容量也显得尤为重要。

本发明利用洞库建成初期采集的洞库轮廓数据，进行高程切片处理来建立该洞库每高程段洞库容量的数据库，从而实现运营阶段利用液位传感器获得的储备油品液面高程与该数据库匹配查询，进而得到该油品液面位置时洞库内油品量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中地下水封洞库的原理图；

图2是本发明快速查询地下水封式洞库容量的简易方法原理图；

图3是本发明快速查询地下水封式洞库容量的数据库匹配原理图；

图4是本发明快速查询地下水封式洞库容量的数据库建立过程示意图；

图5是本发明快速查询地下水封式洞库容量的数据库建立过程示意图；

图6是本发明快速查询地下水封式洞库容量的实施实例软件界面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明快速查询的目的及内容在于快速查询地下水封式洞库容量，特别是能高精度实时查询反馈油品量、洞库容量现状等。

如图2所示，本发明快速查询地下水封洞库容量简要原理如下：

1、洞库容量数据库的建立。

由于洞库的不规则性，我们不能简单利用数学函数公式来求得一定高度的洞库容量，在这里我们需要建立相应的洞库容量数据库。

对于洞库横向切片处理，基于对一个不规则洞库横向切割为单位为1厘米的平面，该平面面积利用相应数学公式即可计算出相应厘米段的洞库体积，也可以理解为该洞库是由许多单位为1厘米的平面切片所组成的，我们所要解决的是求得这许多单位为1厘米的平面切片的相应体积。

2、根据相应洞库切片的体积累积形成全部洞库体积的数据库,所述数据库内洞库油品绝对高程与体积数值一一对应;该洞库横向每厘米段的洞库面积与相应横向切片体积我们借助三维建模方法实现。

首先我们利用外业采集洞库轮廓点三维坐标进行三维建模，形成洞库实体模型。实体模型是由一系列相邻的三角面，包裹成内外部透气的实体。原则上实体是由一系列在线上的点，连成内外部透气的三角网，任何三角面的边必须有相邻的三角面，任何三角面的3个顶点，必须依附在有效的点上，否则实体是开放的或无效的。实体模型也是基于数字化表面模型（DTM）的原理，由线串上包含的点形成的一系列的点和线，三个点之间连成面，所有面的集合来反应物体的轮廓。

其次利用等高线法切割该洞库实体模型，如图4所示，来得到某一固定高度h_i与该实体模型轮廓的n个交点（x_i，y_i，z_i），这n交点的三维坐标Z值均为h_i，他们在该Z=h_i平面上的平面坐标即为这n个交点X轴、Y轴坐标，即所对应的（x_i，y_i），如图5所示，这n个交点可以用来描述该实体模型在Z=h_i平面上的轮廓线，从而形成了Z=h_i的多边形切面，该多边形切面的轮廓点即为这n个交点。

最后利用任意多边形面积求解公式即可得出该h_i面的切面面积。任意多边形面积公式如下：

$S=\frac{1}{2}\underset{K=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(X_K{Y}_{K+1}-X_{K+1}{Y}_K)$

其中n为该多边形端点个数，X为坐标横轴，Y为坐标纵轴，K为正整数，求得h_i面的面积S_i，同理求出S_i+1,利用公式：

$V_{i~i+1}=\frac{1}{2}(S_i+S_{i+1})\mathrm{\Δ}{h}_i$

计算出两相邻切面间切片的体积V_i-i+1，i为相应的洞库切片，我们在进行切片的时候设Δh_i为1厘米，并将计算该洞库模型由H_min切割至H_max，并输出成果表，即实现了高程每增加1厘米的洞库体积数据库的建立，对于某一高程面的累计体积利用累加切片体积的方法实现，即利用以下公式，其中H_min为该洞库最低高程：

$V_i=\underset{k=H_{\min }}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{k~k+1};$

如下表为某地下洞库容量部分数据库，从表中我们可以了解到某一高程面的累计体积，该累计体积即为至该高程面的洞库容量。

地下洞库容量数据库例表（表1）

高程从(m)	高程到(m)	体积(m3)	平均水平面积(㎡)	表面积(㎡)	累计体积(m3)	累计表面面积(㎡)
							-116.49	-116.48	0	0	0.011	0	0.001
-116.48	-116.47	0	0.004	0.091	0	0.010
							-116.47	-116.46	0	0.017	0.182	0	0.028
-116.46	-116.45	0	0.037	0.272	0.001	0.056
							-116.45	-116.44	0.001	0.065	0.363	0.001	0.092
-116.44	-116.43	0.001	0.102	0.454	0.002	0.137
							-116.43	-116.42	0.001	0.146	0.545	0.004	0.192
-116.42	-116.41	0.002	0.199	0.636	0.006	0.255
							-116.41	-116.4	0.003	0.260	0.727	0.008	0.328
-116.4	-116.39	0.003	0.329	0.817	0.012	0.410

3、依据液位传感器来实现洞库内油品液面高程测量，得到洞库油品液面的绝对高程。

首先，为了实现洞库内油品容量的实时查询，这里我们需要对洞库内油品液面高程进行实时精确测量。其测高仪表工具我们采用液位传感器来进行洞库内油品液面高程测量。

实践中，洞库切片以横向切割为单位1厘米的平面，存储于数据库中用于液面高程的调用，数据库中所存储的高程精度为1厘米，同时，液面传感器所测量的油品液面的绝对高程的精度也为1厘米；如果洞库切片以横向切割为单位1毫米的平面，存储于数据库中用于液面高程的调用，数据库中所存储的高程精度为1毫米，同时，液面传感器所测量的油品液面的绝对高程的精度也为1毫米，液面传感器的精度随着数据库查询的精度而做出相应的调整。而且液面传感器对于查询的绝对高程数值，根据其精度进行四舍五入，从而保证查询的准确性，进行还能够实现油品容量的查询。

这里我们采用“激光式液位传感器”来实现，其工作原理是，工作时向油品液面表面发射一束光波，被其反射后，传感器再接收此反射波。

然后，转换为绝对高程数据，设光波在气相中传播速度一定，根据光波往返的时间就可以计算出传感器到液面的距离L。在安装传感器时将激光发射方向控制为铅垂方向，这样传感器所测得的距离L即为传感器位置至油品反射液面位置的高差，通过安装传感器时所测定的传感器绝对高程H₀即可通过以下公式计算出油品液面绝对高程H_i。

H_i=H₀-L

4、依据如下方法，完成油品液面高程与数据库进行自动匹配实现查询目的，查询所述数据库，根据所述洞库油品绝对高程与所述体积数值的对应关系进行检索，得到洞库油品容量。

匹配数据库对于高程洞库容量，依据洞库内液面传感器所测量的油品液面绝对高程，进而匹配洞库容量数据库实现远程实时查询。

该查询方法基于多平台开发流程图如图3，首先，输入需要查询油品液面的绝对高程，然后判断其在数据库中的范围，如果在数据库的范围利用循环函数实现数据库高程匹配，其数据库匹配方式通过高程迭代运算采用高程匹配，找到相应高程并反馈该高程对应的累计体积值，即为该液面高程洞库内油品量，然后输出洞库容量数据。

如图6所示，为液化石油气（LPG）洞库容量查询实例，液面高程为-116.41米时液体体积为0.006立方米，其匹配数据即为数据库表1中数据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，包括：

步骤1，对洞库进行切片处理，设置一定高度的洞库切片，根据洞库切片的面积以及所述洞库切片的高度得到相应洞库切片的体积；

步骤2，根据相应洞库切片的体积累积形成全部洞库体积的数据库,所述数据库内洞库油品绝对高程与体积数值一一对应;

步骤3，通过液位传感器对洞库油品液面高程进行测量，得到洞库油品液面的绝对高程；

步骤4，查询所述数据库，根据所述洞库油品绝对高程与所述体积数值的对应关系进行检索，得到洞库油品容量。

2.根据权利要求1所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1，所述洞库是由若干单位为1厘米的平面切片所组成的，求得所述若干单位为1厘米的平面切片的相应体积。

3.根据权利要求1所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1，通过三维建模方法采集洞库轮廓点三维坐标进行三维建模，形成洞库实体模型。

4.根据权利要求2所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，所述步骤2-1包括：

步骤2-2，由若干相邻的三角面，包裹成内外部透气的实体，实体是由一系列在线上的点，连成内外部透气的三角网，任何三角面的边必须有相邻的三角面，任何三角面的3个顶点，必须依附在有效的点上，否则实体是开放的或无效的，由线串上包含的点形成的一系列的点和线，三个点之间连成面，所有面的集合来反应物体的轮廓；

步骤2-3，利用等高线法切割该洞库实体模型，来得到某一固定高度h_i与该实体模型轮廓的n个交点（x_i，y_i，z_i），其中，i为正整数，这n个交点的三维坐标Z值均为h_i，他们在该Z=h_i平面上的平面坐标即为这n个交点X轴、Y轴坐标，即所对应的（x_i，y_i），这n个交点用于描述该实体模型在Z=h_i平面上的轮廓线，从而形成了Z=h_i的多边形切面，该多边形切面的轮廓点即为这n个交点；

步骤2-4，利用任意多边形面积求解公式即可得出该h_i面的切面面积。任意多边形面积公式如下：

$S=\frac{1}{2}\underset{K=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(X_K{Y}_{K+1}-X_{K+1}{Y}_K)$

其中n为该多边形端点个数，X为坐标横轴，Y为坐标纵轴，K为正整数，求得h_i面的面积S_i，同理求出S_i+1,利用公式：

$V_{i~i+1}=\frac{1}{2}(S_i+S_{i+1})\mathrm{\Δ}{h}_i$

计算出两相邻切面间切片的体积V_i-i+1，i为相应的洞库切片，我们在进行切片的时候设Δh_i为1厘米，并将计算该洞库模型由H_min切割至H_max，并输出成果表，即实现了高程每增加1厘米的洞库体积数据库的建立，对于某一高程面的累计体积利用累加切片体积的方法实现，即利用以下公式，其中H_min为该洞库最低高程：

$V_i=\underset{k=H_{\min }}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{k~k+1};$

其中V_i为累加切片体积，k为正整数。

5.根据权利要求1所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3-1，通过液位传感器来进行洞库内油品液面高程测量；

步骤3-2，液位传感器工作时向油品液面表面发射一束光波，被其反射后，传感器再接收此反射波；

步骤3-3，转换为绝对高程数据，设光波在气相中传播速度一定，根据光波往返的时间计算出液位传感器到液面的距离L；在安装液位传感器时将激光发射方向控制为铅垂方向，这样液位传感器所测得的距离L即为液位传感器位置至油品反射液面位置的高差，通过安装液位传感器时所测定的液位传感器绝对高程H₀即可通过以下公式计算出油品液面绝对高程H_i，

H_i=H₀-L。

6.根据权利要求1所述的快速查询地下水封式洞库容量的简易方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4-1，匹配数据库对于高程洞库容量，依据洞库内液面传感器所测量的油品液面绝对高程，进而匹配洞库容量数据库实现远程实时查询；

步骤4-2，其数据库匹配方式通过高程迭代运算采用高程匹配，找到相应高程并反馈该高程对应的累计体积值，即为该液面高程洞库油品容量。

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