CN110132190A - 地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置 - Google Patents

Abstract

地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，属于地下深部特殊空间利用范畴。它包括声呐测量仪、电机、螺旋桨、水平转向泵组、垂直转向泵组、陀螺仪；声呐测量仪通过安装支架固定在舱体端部，声呐测量仪外部安装刚性防护网，电池置于舱体内部并通过电池安装支架固定，电机通过电机安装支架固定在舱体尾部，螺旋桨通过转轴与电机连接，电机和螺旋桨外部安装刚性防护网，水平转向泵组通过安装支架外置于舱体前部，垂直转向泵组通过安装支架外置于舱体中部，陀螺仪、控制电路板均内置于舱体端部。本发明能够通过直径不小于150mm的垂直井筒下放，并对2000m以浅的地下深部大型含水溶腔形状尺寸进行测量，克服了现有装备尺寸大，密封性差的缺点。

Description

地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置

技术领域

本发明地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，属于地下深部特殊空间利用范畴。主要用于对深部大型含水溶腔形状尺寸进行测量。

技术背景

地下储气库由于其安全性和经济性优势，已在世界各国广泛使用。盐岩孔隙度低，渗透率极低，自愈性好。因此，盐岩是天然气储存的优良介质。利用盐岩水平老腔作为油气储库，可以大幅缩短建设周期，减小投资。同时，现有的深部大型溶腔，特别是停止开采的废弃盐岩老腔，极有可能发生地表沉降等重大安全事故，严重威胁人们正常的生产生活。获得确切的溶腔形状尺寸数据，无论是对利用盐岩水平老腔作为油气储库的可行性评价，还是对深部大型溶腔的地表沉陷预测都必不可少。因此，有必要对深部大型溶腔的形状尺寸进行精确测量。现有测量装置通常能够实现埋深在1000m左右的小型溶腔的形状尺寸测量，但难以适用于深部溶腔高温高压的水下环境，也难以精确描述大型溶腔的形状尺寸。

发明内容

本发明目的在于克服传统测量装置难以适用深部溶腔高温高压水下环境和难以精确描述大型溶腔形状尺寸的缺点，提供使用方便，测量精确，成本低廉的地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置。

地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，其特征在于由舱体1、声呐测量仪2、电池3、电机4、螺旋桨5、水平转向泵组6、垂直转向泵组7、陀螺仪8、控制电路板9、缆线10组成。

本发明地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，其具体实施的步骤为：

1.选择可用的深部大型含水溶腔，基本要求为：溶腔埋深不超过2000m、井筒直径不小于150mm；

2.对垂直井进行修井作业及其他必要的准备工作，以保证测量装置的顺利投放和回收；

3.从垂直井或造斜井向溶腔中进行注水或补水作业，直至溢出垂直井或造斜井井口，以保证卤水充满整个深部大型含水溶腔；

4.检查测量装置，确保电池电量充足并且各部件运行正常，由垂直井深度和测量装置下放速度，计算测量装置下放总时间为a小时（0<a<5）；

5.设置测量装置b小时（令b=1.2a）后开机，随后将测量装置从垂直井下放到深部大型含水溶腔中；

6.测量装置由控制电路板控制，实现其在卤水中的静态平衡，依靠陀螺仪，确定前进方向；依靠电机带动的螺旋桨推动，在卤水中运动，依靠声呐测量仪，在运动过程中测量溶腔的形状尺寸；

7.测量装置完成测量后，受控制电路板控制，关闭声呐测量仪；

8.在测量过程中，当在垂直井地面位置监测到缆线送入垂直井的长度持续30分钟基本不变时，通过回收缆线将测量装置通过垂直井原路撤回地面，视为完成本次测量工作。

本发明地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置的优点在于：

1.能够通过直径不小于150mm的垂直井筒下放到埋深不超过2000m地下深部大型含水溶腔中。

2.能够在25MPa、60℃水压环境中至少连续正常运行两小时

3.无需通过地面供电和控制，避免了长距离地面供电导致的压降和长距离控制导致的信号延时。

4.能够自动避障和自动调整运动方向。

附图说明

图1是地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置的正视图。

图2是地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置的俯视图。

图3是电池安装结构图。

图4是陀螺仪/控制电路板安装结构图。

图5是地下深部大型含水溶腔的检测方法示意图。

图中：1—舱体；2—声呐测量仪；3—电池；4—电机；5—螺旋桨；6—水平转向泵组；7—垂直转向泵组；8—陀螺仪；9—控制电路板；10—缆线；11—垂直井；12—造斜井；13—深部大型含水溶腔。

具体实施方式

实施例1：测量装置由舱体1、声呐测量仪2、电池3、电机4、螺旋桨5、水平转向泵组6、垂直转向泵组7、陀螺仪8、控制电路板9、缆线10组成（附图1、附图2）。

舱体1为外径为120mm，厚度为10mm，长度为1.2m的两端用前、后端盖封闭的圆柱形筒，采用镁合金材料，外部涂装防水涂料。前、后端盖采用高压焊接方式固定并预留线路孔。线路孔用密封圈密封。

声呐测量仪2通过安装支架固定在舱体端部，外部安装刚性防护网。防护网被用于防止测量装置在下放、运行和撤回过程中对声呐测量仪2造成损伤。声呐测量仪2最大工作水深3000m，采用36v直流电源，功率小于5W，水中重力为1.1kg，可以将采集到的数据存储在内部大容量存储卡中，以备后期处理分析。

电池3置于舱体1内部偏下位置，通过电池安装支架固定（附图3），以减轻测量装置的端部重量，同时保证测量装置上轻下重，减小测量装置水下姿态调节的难度。电池3采用高密度锂电池且只安装两组，为测量装置的工作提供电量。

电机4通过安装支架固定在舱体尾部。螺旋桨5通过转轴与电机4连接，对螺旋桨选用NACA16桨叶翼型，直径80mm，转速600r/min，推进速度0.1m/s，采用玻璃钢材料，强度、重量符合要求。电机4和螺旋桨5外部安装刚性防护网，防止测量装置在下放、运行和撤回过程中可能对电机4或螺旋桨5造成的损伤。

水平转向泵组6通过安装支架外置于舱体1前半段中部位置，包括左、右转向水管组，水管组排水提供推力驱动测量装置在水平面内旋转。垂直转向泵组7通过安装支架外置于舱体1中部位置，包括上浮、下潜水管组，水管组排水提供推力驱动测量装置上浮和下潜。

陀螺仪8、控制电路板9内置于舱体端部，通过安装支架固定在测量装置下端（附图4），保证测量装置上轻下重。陀螺仪8用于实现测量装置的水下定向。控制电路板9能够使测量装置实现自动避障和自动调整运动方向的功能，控制测量装置的运动和测量。

缆线10采用密度与卤水相近的自悬浮缆线，仅用于在测量工作完成或者测量装置发生故障时回收测量装置，避免长距离地面供电导致的压降和长距离控制导致信号传输不连续等问题。

置于舱体1内部的电池3、陀螺仪8、控制电路板9和所有电缆接头均采用硫化封装工艺封装。

拆除螺旋桨后，测量装置在实验室条件下，在25MPa、60℃水压环境中运行两小时，未出现任何故障。

该测量装置能够从直径不小于150mm的垂直井筒中下放到埋深不超过2000m的地下深部大型含水溶腔中，并完成对深部大型含水溶腔形状尺寸的测量，具体测量步骤按照下列步骤进行：

1.选择可用深部大型含水溶腔13，基本要求为：埋深不超过2000m、井筒直径不小于150mm；

2.对垂直井11进行修井作业及其他必要的准备工作，以保证测量装置的顺利投放和回收；

3.从垂直井11或造斜井12向深部大型含水溶腔13中进行注水或补水作业，直至溢出垂直井11或造斜井12的井口，以保证深部大型含水溶腔13中充满卤水；

4.检查测量装置，确保电池3电量充足并且各部件运行正常，由垂直井11的深度和下放速度，计算测量装置下放总时间为a小时（0<a<5）；

5.设置测量装置b小时（令b=1.2a）后开机，随后将测量装置从垂直井11下放到深部大型含水溶腔13中；

6.测量装置受控制电路板9控制，实现在卤水中的静态平衡，依靠陀螺仪8，确定前进方向；依靠电机4带动的螺旋桨5推动，自动在卤水中运动并利用声呐测量仪2中对深部大型含水溶腔13的形状尺寸进行测量；

7.测量装置完成测量后，受控制电路板9控制，关闭声呐测量仪2；

8.当在垂直井11地面位置监测到缆线10送入垂直井11的长度持续30分钟保持不变时，通过回收缆线10将测量装置通过垂直井11原路撤回地面，完成测量工作。

Claims (3)

1.地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，其特征是由舱体（1）、声呐测量仪（2）、电池（3）、电机（4）、螺旋桨（5）、水平转向泵组（6）、垂直转向泵组（7）、陀螺仪（8）、控制电路板（9）、缆线（10）组成；舱体（1）为外径为120mm，厚度为10mm，长度为1.2m的两端用前、后端盖封闭的圆柱形筒，声呐测量仪（2）通过安装支架固定在舱体端部，声呐测量仪（2）外部安装刚性防护网，电池（3）置于舱体（1）内部并通过电池安装支架固定，电机（4）通过电机安装支架固定在舱体尾部，螺旋桨（5）通过转轴与电机4连接，电机（4）和螺旋桨（5）外部安装刚性防护网，水平转向泵组（6）通过安装支架外置于舱体（1）前部，垂直转向泵组（7）通过安装支架外置于舱体（1）中部，陀螺仪（8）、控制电路板（9）均内置于舱体端部。

2.根据权利要求1所述地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，其特征是测量装置通过直径不小于150mm的垂直井筒下放到埋深不超过2000m的地下深部大型含水溶腔中。

3.根据权利要求1所述地下深部大型含水溶腔形状尺寸测量装置，其特征是测量装置可以在25MPa、60℃水下环境中至少连续正常运行两个小时。