CN109751048A - 一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法，属于石油资源勘测领域。本发明的系统包括地面指挥控制系统和蛇形仿生机器人；地面指挥控制系统包括供电电源、主控设备；主控设备主要由信息处理计算机和主控计算机组成。本发明还公开基于所述系统实现的勘测方法。本发明对于包含管道、孔、缝的复杂地形具有良好的通过性，能够在狭小空间内运动，充分利用蛇形仿生机器人运动优势，根据勘测需要通过控制蛇形仿生机器人在缝洞型油藏中进行上述运动，使得带有勘测负载的蛇形仿生机器人到达指定地点进行油藏勘测，所述油藏勘测内容包括温度、压力、油水界面、溶洞结构测试，获得缝洞型油藏相关数据，进而实现油田采收率的最大化。

Description

一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法,属于石油资源勘测领域。

背景技术

缝洞型碳酸盐油藏作为占世界总油气资源一半的特殊油藏，在我国，主要分布在塔里木盆地地区，其中，塔里木和塔河碳酸盐岩油田储量规模超过16亿吨。国内缝洞型油藏具有储集空间类型多样、储集体连通性差、非均质性极强、流体流动状态特殊及油水关系复杂的特点，在开发方面存在钻井建产率低、采收率低和产量递减快的问题。目前，针对采收率低的问题，一般采用注水开发和注气开发两种方法。注水开发注入压力低，但是只能动用油井与溶洞相交的钻遇点和油水界面之间的原油，无法采出高于钻遇点的原油，而且存在注入水无效循环的问题；注气开发可以采出油井钻遇点以上位置的原油，但是注入压力高，安全性和经济性不高。为了高效开发缝洞型油藏，对于已经钻遇溶洞，如果能够在缝洞油藏的顶部钻孔，把采油管置于顶部，把以前钻遇的位置，利用油套环空往溶洞内注水，那么注水压力很低就能完成自喷采油，既有效又经济。这就要求对溶洞的内部结构进行定量测量。目前国内外主要利用地震波对缝洞型油藏进行定性测量，尚无相关文献报道对溶洞的内部结构进行定量测量的方法。

发明内容

针对缝洞型油藏的定量测量问题，以及针对国内缝洞型油藏的特点，本发明公开一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法要解决的技术问题是：蛇形仿生机器人能够完成蜿蜒运动、腹行运动、伸缩运动和侧向运动，具有两栖运动能力，对于包含管道、孔、缝的复杂地形具有良好的通过性，能够在狭小空间内运动，充分利用蛇形仿生机器人运动优势，根据勘测需要通过控制蛇形仿生机器人在缝洞型油藏中进行上述运动，使得带有勘测负载的蛇形仿生机器人到达指定地点进行油藏勘测，所述油藏勘测内容包括温度、压力、油水界面、溶洞结构测试，获得缝洞型油藏相关数据，进而实现油田采收率的最大化。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统，包括地面指挥控制系统和蛇形仿生机器人。其中，地面指挥控制系统包括供电电源、主控设备。所述供电电源为地面设备和井下蛇形仿生机器人提供电力；所述主控设备主要由信息处理计算机和主控计算机组成。所述信息处理计算机用于接受蛇形仿生机器人传回的勘测信息，并对勘测信息进行处理，记录蛇形仿生机器人的位置，分析井下缝洞油藏的地理环境及油层空间容积。所述主控计算机根据信息处理计算机的信息，对蛇形仿生机器人发送指令，控制蛇形仿生机器人运动模式与运动方向。蛇形仿生机器人包括机器人本体、动力装置以及导航与探测系统。所述机器人本体是探测器的承载体，由多节关节组成,每节关节由连接机构进行连接,分别安装动力装置和探测系统，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住；所述动力装置为蛇形仿生机器人提供由运动动力，在连接机构处安装有驱动俯仰方向轴的电机及传动机构和驱动偏转方向轴的电机及传动机构。所述导航与探测系统主要由传感器、声呐、摄像头和信号处理器组成，所述传感器包括三轴传感器、二轴加速度计、油水界面测量传感器、温度传感器和压力传感器。三轴传感器和二轴加速度计用于蛇形仿生机器人姿态和方位测量。油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，用以识别油水界面。温度传感器用于测量溶洞内油水温度。压力传感器用于测量溶洞内压力大小。声呐用于测量速度、距离,并形成溶洞内部图像。摄像头安装在蛇形仿生机器人头部，用于拍摄图片。信号处理器用于完成探测信息处理并发送,接收地面指挥控制系统指令，用以完成蛇形仿生机器人井下导航，并根据油水界面测量传感器和声呐勘测的信息计算探测油层高点和油层空间容积。

作为优选，地面指挥控制系统还包括脐带缆和绞车。所述脐带缆由供电和通信线缆组成,将机器人探测数据信息发送到主控设备,并将地面电源和控制信息发送给蛇形仿生机器人；所述绞车将连接蛇形仿生机器人和主控设备的脐带缆缠绕在绞车上面，对其进行收放，供探测使用。

作为优选，每节关节的连接机构由十字万向节进行连接。

本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测方法，基于所述一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统实现，包括如下工作步骤：

步骤一：蛇形仿生机器人下井前由主控设备通电检查，确认设备正常。

步骤二：将蛇形仿生机器人放入缝洞型油藏井下。

步骤三：探测蛇形仿生机器人到达油井底部后导航与探测系统开始工作，将探测信息发送到主控设备。

步骤四：根据导航与探测信息确定蛇形仿生机器人行进距离和方位，并控制蛇形仿生机器人运动模式与运动方向，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住。

步骤五：蛇形仿生机器人在行进过程中，不断将导航与探测信息发送到地面主控设备。三轴传感器和二轴加速度计测量蛇形仿生机器人姿态和方位。油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，识别油水界面。温度传感器测量溶洞内油水温度。压力传感器测量溶洞内压力大小。声呐测量速度、距离,并形成溶洞内部图像。摄像头拍摄图片。信号处理器完成探测信息处理并发送,接收地面控制指令。

步骤六：地面操作人员不断分析步骤五得到的勘测信息，根据勘测需要对蛇形仿生机器人控制，直到测量井下所有储油情况。所述油藏勘测信息包括温度、压力、油水界面、溶洞结构信息。获得缝洞型油藏相关数据，进而实现油田采收率的最大化。

步骤七：探测完毕，控制蛇形仿生机器人返回地面。

有益效果：

1、本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法，使用的蛇形仿生机器人具有两栖运动能力，对于包含管道、孔、缝的复杂地形具有良好的通过性，能够到达油藏溶洞的大部分区域。

2、本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法，使用的蛇形仿生机器人携带声呐测量溶洞地形全貌，包括储集空间类型、储集空间大小、溶洞石壁面位置、储集连通关系，并根据油水界面测量传感器和声呐勘测的信息计算探测油层高点和油层空间容积。

3、本发明公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统及方法，使用的蛇形仿生机器人携带油水界面测量传感器，根据水和石油的阻值或者介电常数不同，分析判断出液体水和油不同的空间容积，结合导航与探测系统勘测的数据判断出油水界面的位置。

附图说明

图1是蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测方法组成图；

图2是地面指挥控制系统组成图；

图3是蛇形仿生机器人系统组成图；

图4是蛇形仿生机器人实物图；

图5是蛇形仿生机器人在高粘度流体中的运动示意图；

图6是蛇形仿生机器人三轴角度测量结构框图；

图7是蛇形仿生机器人声呐原理图；

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

本实施例公开的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统，包括地面指挥控制系统和蛇形仿生机器人，如图1所示。地面指挥控制系统包括供电电源、主控设备、脐带缆和绞车，如图2所示。所述供电电源为地面设备和井下蛇形仿生机器人提供电力；所述主控设备主要由信息处理计算机和主控计算机组成。所述信息处理计算机用于接受蛇形仿生机器人传回的勘测信息，并对勘测信息进行处理，记录蛇形仿生机器人的位置，分析井下缝洞油藏的地理环境及油层空间容积。所述主控计算机根据信息处理计算机的信息，对蛇形仿生机器人发送指令，控制蛇形仿生机器人运动模式与运动方向。蛇形仿生机器人包括机器人本体、动力装置以及导航与探测系统。所述脐带缆由供电和通信线缆组成,将机器人探测数据信息发送到地面主控设备,并将地面电源和控制信息发送给机器人。所述绞车将连接蛇形仿生机器人和主控设备的脐带缆缠绕在绞车上面，对其进行收放，供探测使用。如图3所示，所述机器人本体是探测器的承载体，由9节关节组成,每节关节由十字万向节进行连接,分别安装动力装置和探测系统，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住；所述动力装置为蛇形仿生机器人提供由运动动力，在十字万向节处安装有驱动俯仰方向轴的电机及传动机构和驱动偏转方向轴的电机及传动机构。所述导航与探测系统主要由传感器、声呐、摄像头和微处理器组成，所述传感器包括三轴传感器、二轴加速度计、和油水界面测量传感器、温度传感器和压力传感器。三轴传感器和二轴加速度计用于蛇形仿生机器人姿态和方位测量。油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，用以识别油水界面。温度传感器用于测量溶洞内油水温度。压力传感器用于测量溶洞内压力大小。声呐用于测量速度、距离,并形成溶洞内部图像。摄像头安装在蛇形仿生机器人头部，用于拍摄图片。微处理器用于完成探测信息处理并发送,接收地面指挥控制系统指令，用以完成蛇形仿生机器人井下导航，并根据油水界面测量传感器和声呐勘测的信息计算探测油层高点和油层空间容积。蛇形仿生机器人实物如图4所示，该机器人具有两栖运动能力。蛇形仿生机器人在高粘度液体中的运动，遵循仿生运动规律，按蛇形步态实现蜿蜒运动、腹行运动、伸缩运动、侧向运动以及能够在狭小空间内运动，如图5所示。

本实施例使用的一种使用蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测方法，基于所述蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统实现，包括如下步骤：

步骤一：蛇形仿生机器人下井前先确认机器人各关节结构密封完好，之后由主控设备通电检查，确保动力装置以及导航与探测系统均能正常工作。

步骤二：通过脐带缆、绞车缓缓将蛇形仿生机器人沿已经打好得油井放入井下，在落地后进行系统初始化设置，设置此时的位置坐标为初始点。

步骤三：探测蛇形仿生机器人到达油井底部后导航与探测系统开始工作。如图6所示，蛇形仿生机器人使用三轴磁电阻传感器测量计算得出地磁场的三维分量，使用双轴加速度传感器测量得到俯仰角和滚转角，综合计算测量得到蛇形仿生机器人的姿态和方位角。如图7所示，蛇形仿生机器人采用主动声呐，主动发射声波"照射"目标，而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数。使用微处理器传递在地面主机和蛇形仿生机器人之间的发射信号和接收信号。使用声呐探测得到周围石壁坐标。将探测信息通过微处理器处理并发送到主控设备。

步骤四：地面操作人员根据导航与探测信息确定蛇形仿生机器人行进距离和方位。蛇形仿生机器人在地面指挥控制系统的控制下，遵循仿生运动规律，控制运动模式与运动方向，按蛇形步态进行蜿蜒运动、腹行运动、伸缩运动以及侧向运动前进，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住。在前进的过程中，通过导航设备，采用递推算法，实时记录所在位置坐标。

步骤五：蛇形仿生机器人在行进过程中，不断将导航与探测信息发送到地面主控设备。三轴传感器和二轴加速度计测量蛇形仿生机器人姿态和方位。油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，识别油水界面。温度传感器测量溶洞内油水温度。压力传感器测量溶洞内压力大小。声呐测量速度、距离,并形成溶洞内部图像。摄像头拍摄图片。信号处理器完成探测信息处理并发送,接收地面控制指令。

步骤六：蛇形仿生机器人通过与控制车的通讯设备将井下步骤五中勘测的数据信息、画面实时的传回地面指挥控制系统，地面指挥控制车具体通过传回来的信息数据和图片，分析地下缝洞油藏的地理情况和油层空间情况，记录蛇形仿生机器人的准确位置，并且根据勘测需要对蛇形仿生机器人发出新的控制指令，直到测量井下所有储油情况，之后将井下溶洞内部各条探测道路连接起来得到井下溶洞全貌，获得缝洞型油藏相关数据，进而实现油田采收率的最大化。

步骤七：最后蛇形仿生机器人沿原探测道路返回，在返回途中绞车配合蛇形仿生机器人的运动回收脐带缆，直到机器人到达油井井底，将机器人吊起上升到地面，完成回收。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统，其特征在于：包括地面指挥控制系统和蛇形仿生机器人；其中，地面指挥控制系统包括供电电源、主控设备；所述供电电源为地面设备和井下蛇形仿生机器人提供电力；所述主控设备主要由信息处理计算机和主控计算机组成；所述信息处理计算机用于接受蛇形仿生机器人传回的勘测信息，并对勘测信息进行处理，记录蛇形仿生机器人的位置，分析井下缝洞油藏的地理环境及油层空间容积；所述主控计算机根据信息处理计算机的信息，对蛇形仿生机器人发送指令，控制蛇形仿生机器人运动模式与运动方向；蛇形仿生机器人包括机器人本体、动力装置以及导航与探测系统；所述机器人本体是探测器的承载体，由多节关节组成,每节关节由连接机构进行连接,分别安装动力装置和探测系统，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住；所述动力装置为蛇形仿生机器人提供由运动动力，在连接机构处安装有驱动俯仰方向轴的电机及传动机构和驱动偏转方向轴的电机及传动机构；所述导航与探测系统主要由传感器、声呐、摄像头和信号处理器组成，所述传感器包括三轴传感器、二轴加速度计、油水界面测量传感器、温度传感器和压力传感器；三轴传感器和二轴加速度计用于蛇形仿生机器人姿态和方位测量；油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，用以识别油水界面；温度传感器用于测量溶洞内油水温度；压力传感器用于测量溶洞内压力大小；声呐用于测量速度、距离,并形成溶洞内部图像；摄像头安装在蛇形仿生机器人头部，用于拍摄图片；信号处理器用于完成探测信息处理并发送,接收地面指挥控制系统指令，用以完成蛇形仿生机器人井下导航，并根据油水界面测量传感器和声呐勘测的信息计算探测油层高点和油层空间容积。

2.如权利要求1所述的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统，其特征在于：地面指挥控制系统还包括脐带缆和绞车；所述脐带缆由供电和通信线缆组成,将机器人探测数据信息发送到主控设备,并将地面电源和控制信息发送给蛇形仿生机器人；所述绞车将连接蛇形仿生机器人和主控设备的脐带缆缠绕在绞车上面，对其进行收放，供探测使用。

3.如权利要求1或2所述的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统，其特征在于：每节关节的连接机构由十字万向节进行连接。

4.一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测方法，其特征在于：基于如权利要求3所述的一种蛇形仿生机器人缝洞型油藏勘测系统实现，包括如下步骤，

步骤一：蛇形仿生机器人下井前由主控设备通电检查，确认设备正常；

步骤二：将蛇形仿生机器人放入缝洞型油藏井下；

步骤三：探测蛇形仿生机器人到达油井底部后导航与探测系统开始工作，将探测信息发送到主控设备；

步骤四：根据导航与探测信息确定蛇形仿生机器人行进距离和方位，并控制蛇形仿生机器人运动模式与运动方向，机器人侧壁每节连接处有滑轮防止在运动中被尖状石头卡住；

步骤五：蛇形仿生机器人在行进过程中，不断将导航与探测信息发送到地面主控设备；三轴传感器和二轴加速度计测量蛇形仿生机器人姿态和方位；油水界面测量传感器利用水和石油的不同的阻值或者介电常数的不同，在蛇形仿生机器人通过油水两种不同液体时，产生跳变信号，识别油水界面；温度传感器测量溶洞内油水温度；压力传感器测量溶洞内压力大小；声呐测量速度、距离,并形成溶洞内部图像；摄像头拍摄图片；信号处理器完成探测信息处理并发送,接收地面控制指令；

步骤六：地面操作人员不断分析步骤五得到的勘测信息，根据勘测需要对蛇形仿生机器人控制，直到测量井下所有储油情况；所述油藏勘测信息包括温度、压力、油水界面、溶洞结构信息；获得缝洞型油藏相关数据，进而实现油田采收率的最大化；

步骤七：探测完毕，控制蛇形仿生机器人返回地面。