CN103643935B - 地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置，包括钻机、感应系统、数据转换系统和数据分析系统，感应系统安装于钻机或钻机的机架上，感应系统、数据转换系统和数据分析系统依次相连；感应系统包括钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元；数据转换系统包括将感应系统采集的模拟数据转换成数字信号的A/D转换器，以及处理得到的数字信号，最终传向数据终端的单片机。本发明同时还公开了利用该装置的方法。本发明在布置水幕孔时，按照节理、裂隙的不同发育情况适当增减水幕孔的密度，通过对裂隙区域分布的分析，针对岩体裂隙不发育的区域增加钻孔密度，以使整个洞库区域的水封效果均匀化。

Description

地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法。

背景技术

目前，国际上的石油储备库分为地上油库和地下油库两种,而作为大规模的储备库多以地下油库为主。地下油库分为两种,一种是水封石洞油库,另一种是盐岩洞库。水封洞库的储油原理是在稳定的地下水位线以下一定的深度,通过人工在地下岩石中开挖出一定容积的洞室,利用稳定地下水的水封作用密封储存在洞室内的石油。而盐岩库则是利用埋藏在一定深度的盐岩,其孔隙率和渗透率几乎等于零,具有很好的气密性和液密性,且与各种油品接触时不发生化学变化,不溶解,不影响油品质量的原理,在盐岩中冲刷出来的洞穴中储存油品。与地上储备库相比,在地质条件适宜地区,地下储备库具有安全性高、不占或少占耕地、投资省、污染小、保护环境、节省钢材、使用寿命长等优点。我国土地资源十分紧张,地上石油储备库单罐容量较小(一般为10×104m3,最大为15×104m3),储罐数量多,占地面积大(一般为一至几百公顷);而且地上石油库油罐一旦发生火灾,消防扑救困难,后果严重。因此,经过专家论证,建议我国今后的石油储备库建设在条件允许的情况下尽量采用地下石油储库的形式。

现行的地下石油水封储库水幕孔布置是按照固定的间隔距离向水幕巷道边墙打孔，从而形成水幕孔，再通过水幕孔将水幕巷道内的水体渗透到主洞室的周围，已达到封堵主洞室内油气体的效果。主洞室周围岩石的渗透性能是水封洞库水封效果的决定性因素，换言之，主洞室周围岩石的节理和裂隙的发育程度与水封效果成正比，如何将岩石的渗透性能维持在最合理的状态一直是水封洞库的重要难题。现行的水幕孔布置方法明显的具有机械性和固定化的缺点，此种方法由于没有充分考虑到岩体内部节理、裂隙发育不均匀的特点，固定的将水幕孔按照一定的距离分布在水幕巷道的边墙之中，可能会使裂隙不发育区域会由于渗透水量不足导致主洞室内油气体泄漏。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法，它是通过快速钻机对水幕巷道的边墙钻孔，利用信号采集转换方法，实时获取钻机工作时扭矩、转速、泵压、钻头位移、打击能以及推进力等参数，通过对钻机参数的分析，实现对岩土体内部节理裂隙分布及走向的预报，通过对裂隙区域分布的分析，针对岩体裂隙不发育的区域增加钻孔密度，以使整个洞库区域的水封效果均匀化。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置，包括钻机、感应系统、数据转换系统和数据分析系统，用于获得钻机的钻进参数的感应系统安装于钻机或钻机的机架上，感应系统、数据转换系统和数据分析系统依次相连；所述感应系统包括钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元；用于进行数据的传输与转化的数据转换系统包括将感应系统采集的模拟数据转换成数字信号的A/D转换器，以及处理得到的数字信号，最终传向数据终端的单片机；数据分析系统安放在测试现场、实验室或者远处的办公室。

所述钻机为柴油发动机作为动力单元的RPD-150C钻机。

所述钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元分别对应为位移传感器、转速传感器和压力传感器。

所述数据分析系统为上位机。

一种利用地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置的优化方法，包括以下步骤：

1）钻探水幕孔，在钻机动力头的推进下，钻头旋转钻入前方岩土体，钻杆跟随钻头共同进入岩土体内，形成圆柱形钻孔；

2）数据采集，钻进的同时，感应系统内的各个数据采集单元开始工作，将转速、钻头位移、扭矩、推进力数据实时记录下来；

3）数据分析，各个数据采集的传感器将得到的模拟数据通过接头及电缆传输到数据转换系统内的A/D转换器，生成模拟信号，A/D转换器将生成的模拟信号转换成数字信号，然后送入单片机，单片机再将处理的数据送至数据分析系统，再将数字信号以曲线的形式呈现在上位机上；

4）重复钻进，在水幕巷道边墙每隔5米钻探水幕孔；

5）针对一个包含若干个水幕孔的区域，将该区域中多个水幕孔内的节理、裂隙信息综合分析，得到该区域的节理、裂隙分布详情；

6）布置水幕孔，根据对区域节理、裂隙分布的分析，针对节理、裂隙不发育的区域加密钻孔，达到区域渗透水能力均匀化。

本发明是通过快速钻机对水幕巷道的边墙钻孔，利用信号采集转换方法，实时获取钻机工作时扭矩、转速、泵压、钻头位移、打击能以及推进力等参数，通过对钻机参数的分析，实现对岩土体内部节理裂隙分布及走向的预报，通过对裂隙区域分布的分析，针对岩体裂隙不发育的区域增加钻孔密度，以使整个洞库区域的水封效果均匀化。

本发明仪器钻进系统采用RPD-150C钻机，柴油发动机作为动力单元，钻机通过5个液压缸实现大范围作业，钻进速度快，更换钻杆无需人工，可实现150米钻探、取芯，最大口径225mm。

感应系统安装在钻机或者钻架上，用于获得钻机的钻进参数，包括：钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元。

数据转换系统用于进行数据的传输与转化，包括：1)A/D转换器，将传感器采集的模拟数据转换成数字信号，2)单片机，执行编好的功能程序，处理得到的数字信号，最终传向数据终端。

数据分析系统安放在测试现场、实验室或者较远处的办公室，可以是计算机或者外部显示终端。

工作时，仪器钻进系统通过动力头的旋转推进力将钻杆钻入岩土体内部，随着钻杆的钻进，感应系统实时地采集转速、钻头位移、扭矩等数据，传感器将得到的模拟数据通过接头及电缆传输到数据转换系统内的A/D转换器，生成模拟信号，A/D转换器将生成的模拟信号转换成数字信号，然后送入单片机，单片机通过已经输入的功能程序，在数据分析系统内将数字信号以曲线的形式呈现在上位机上。

本发明克服了现行的水幕孔布置方法明显的具有机械性和固定化的缺点，本发明充分的考虑到了岩体内部节理、裂隙发育不均匀的特点，在布置水幕孔时，按照节理、裂隙的不同发育情况适当增减水幕孔的密度，通过对裂隙区域分布的分析，针对岩体裂隙不发育的区域增加钻孔密度，以使整个洞库区域的水封效果均匀化。

附图说明

图1、图2是本发明一个实施例的效果示意图；

图3是本发明一个实施例的数据处理流程图；

其中，1.钻机，2.水幕孔，3.水幕巷道边墙，4.加密水幕孔，5.普通水幕孔，6.节理、裂隙；7.A/D转换器，8.单片机，9.上位机，10.位移传感器，11.转速传感器，12.压力传感器，A.数据处理系统，B.数据转换系统，C.感应系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，一种地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法，它是通过快速钻机对水幕巷道边墙3钻孔，利用信号采集转换方法，实时获取钻机工作时扭矩、转速、泵压、钻头位移、打击能以及推进力等参数，通过对钻机参数的分析，实现对岩土体内部节理裂隙分布及走向的预报，通过对裂隙区域分布的分析，针对岩体裂隙不发育的区域增加钻孔密度，以使整个洞库区域的水封效果均匀化。

如图3所示，本发明包括仪器钻进系统、感应系统C、数据转换系统B和数据分析系统A，仪器钻进系统采用RPD-150C钻机1，柴油发动机作为动力单元，钻机1通过5个液压缸实现大范围作业，钻进速度快，更换钻杆无需人工，可实现150米钻探、取芯，最大口径225mm，感应系统C安装在钻机1或者钻架上，用于获得钻机1的钻进参数，包括：钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元，钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元分别对应为位移传感器10、转速传感器11和压力传感器12；数据转换系统B用于进行数据的传输与转化，包括：1)A/D转换器7，将传感器采集的模拟数据转换成数字信号，2)单片机8，执行编好的功能程序，处理得到的数字信号，最终传向数据终端；数据分析系统A安放在测试现场、实验室或者较远处的办公室，可以是上位机9或者外部显示终端。

地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化方法，包括以下步骤：

1）钻探水幕孔2，在钻机动力头的推进下，钻头旋转钻入前方岩土体，钻杆跟随钻头共同进入岩土体内，形成圆柱形钻孔；

2）数据采集，钻进的同时，感应系统内的各个数据采集单元开始工作，将转速、钻头位移、扭矩、推进力数据实时记录下来；

3）数据分析，各个数据采集的传感器将得到的模拟数据通过接头及电缆传输到数据转换系统内的A/D转换器7，生成模拟信号，A/D转换器7将生成的模拟信号转换成数字信号，然后送入单片机8，单片机8再将处理的数据送至数据分析系统，再将数字信号以曲线的形式呈现在上位机9上；

4）重复钻进，在水幕巷道边墙3每隔5米钻探水幕孔2；

5）针对一个包含若干个水幕孔2的区域，将该区域中多个水幕孔2内的节理、裂隙6信息综合分析，得到该区域的节理、裂隙6分布详情；

6）布置水幕孔2，根据对区域节理、裂,6分布的分析，常规区域为普通水幕孔5，针对节理、裂隙不发育的区域加密钻孔（即形成加密水幕孔4），达到区域渗透水能力均匀化。

工作时，仪器钻进系统通过动力头的旋转推进力将钻杆钻入岩土体内部，随着钻杆的钻进，感应系统实时地采集转速、钻头位移、扭矩等数据，传感器将得到的模拟数据通过接头及电缆传输到数据转换系统内的A/D转换器7，生成模拟信号，A/D转换器7将生成的模拟信号转换成数字信号，然后送入单片机8，在数据分析系统A内将数字信号以曲线的形式呈现在上位机9上。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化方法，其特征是，所使用的装置包括钻机、感应系统、数据转换系统和数据分析系统，用于获得钻机的钻进参数的感应系统安装于钻机或钻机的机架上，感应系统、数据转换系统和数据分析系统依次相连；所述感应系统包括钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元；用于进行数据的传输与转化的数据转换系统包括将感应系统采集的模拟数据转换成数字信号的A/D转换器，以及处理得到的数字信号，最终传向数据终端的单片机；数据分析系统安放在测试现场、实验室或者远处的办公室；

该方法包括以下步骤：

1)钻探水幕孔，在钻机动力头的推进下，钻头旋转钻入前方岩土体，钻杆跟随钻头共同进入岩土体内，形成圆柱形钻孔；

2)数据采集，钻进的同时，感应系统内的各个数据采集单元开始工作，将转速、钻头位移、扭矩、推进力数据实时记录下来；

3)数据分析，各个数据采集的传感器将得到的模拟数据通过接头及电缆传输到数据转换系统内的A/D转换器，生成模拟信号，A/D转换器将生成的模拟信号转换成数字信号，然后送入单片机，单片机再将处理的数据送至数据分析系统，再将数字信号以曲线的形式呈现在上位机上；

4)重复钻进，在水幕巷道边墙每隔5米钻探水幕孔；

5)针对一个包含若干个水幕孔的区域，将该区域中多个水幕孔内的节理、裂隙信息综合分析，得到该区域的节理、裂隙分布详情；

6)布置水幕孔，根据对区域节理、裂隙分布的分析，针对节理、裂隙不发育的区域加密钻孔，达到区域渗透水能力均匀化。

2.如权利要求1所述的地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化方法，其特征是，所述钻机为柴油发动机作为动力单元的RPD-150C钻机。

3.如权利要求1所述的地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化方法，其特征是，所述钻头位移采集单元、转速采集单元和压力采集单元分别对应为位移传感器、转速传感器和压力传感器。

4.如权利要求1所述的地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化方法，其特征是，所述数据分析系统为上位机。