CN201396147Y - 用于井下油水界面或气液界面的检测仪 - Google Patents

Abstract

用于井下油水界面或气液界面的检测仪，应用于天然气地下盐穴储气库造腔工程。特征是：地面检测仪通过复合电缆连接检测传感器。复合电缆由3～7支单芯铠装电缆绞合在一起。复合电缆中的各支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在造腔外管上的井下检测传感器。所有井下检测传感器的树脂底板为半圆柱形，内侧曲弧面固定安装在造腔外管外侧。每支井下检测传感器上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连接到一个圆形不锈钢触点上。效果是：能实现油水界面或气液界面检测，指导完成天然气地下盐穴储气库造腔。

Description

用于井下油水界面或气液界面的检测仪

技术领域

本实用新型涉及天然气地下盐穴储气库造腔工程技术领域，是一种用于控制盐穴腔体形状的保护层界面检测设备。

背景技术

盐穴储气库造腔是指在一定的控制条件下，把淡水或不饱和卤水注入地下盐层中，通过溶解盐岩并排出卤水，从而在地下形成特定形态的储存空间。为了保证该工程的实施，需要从井筒中的造腔内管向地下盐层中注入淡水，在经过充分溶解岩盐后，再将含盐的卤水通过造腔内管和造腔外管之间的环空连续排出至地面，从而实现在地下盐层中形成一定体积的空间。为了保证该空间具有一个稳定的形状，就需要在造腔外管与生产套管及井壁的环空内注入作为保护层材料的柴油或氮气并且达到指定位置，以有效控制淡水溶解岩盐的范围，实现设计的稳定腔体形态。腔体建造过程中，柴油或氮气与卤水在腔体内的界面位置直接影响到稳定腔体形状的形成，因此准确检测柴油或氮气与卤水的界面位置对盐穴储气库造腔工程具有重要意义。

目前，国内外采用的柴油或氮气与卤水的界面检测通常是将界面检测传感器安装在造腔外管外壁上，随造腔外管一起下入井内，以检测注入的柴油或氮气是否到达设计深度，以便及时调整，保证安全造腔。

现有保护层界面检测仪由地面检测仪和井下检测传感器组成，通过铠装电缆相连。在腔体建造过程中，按照工程设计，柴油或氮气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。现有检测技术有两种。一种检测技术是采用多个传感器安装在各个预定保护层界面深度位置，再用单芯铠装电缆连接，可以满足检测范围的要求。但使用该检测技术由于所有传感器均连接在一根单芯铠装电缆上，任一传感器发生短路或漏电故障将使所有井下传感器无法正常工作，导致整套检测仪器失效。第二种检测技术是采用多芯铠装电缆，在井下接近传感器处使用电缆转换器将多芯铠装电缆转换成多支单芯铠装电缆，每支单芯铠装电缆分别连接一个检测传感器。这种检测方式避免了使用单芯铠装电缆连接方式中任一传感器发生短路或漏电故障将使所有井下传感器无法正常的缺陷，可以满足检测要求。但是这种检测方式中存在三项不足：一是由于井下环空半径较小，电缆转换器的体积受限，因而将多芯铠装电缆转换成多个单芯铠装电缆的数量受到限制；二是同样由于井下环空半径较小，电缆转换器在下井过程中需要加以保护，提出了难以实现的工艺要求；三是多芯铠装电缆转换成多个单芯铠装电缆时，单芯铠装电缆的长度因每口井的井下造腔工程设计不同而不同，给电缆预先加工制造造成了困难。

上述两种检测技术中使用的检测传感器在进入柴油或氮气中时，正常情况下均无测量信号输出，与传感器连接发生断路时无测量信号输出状况一样，造成通过检测判断传感器处于正常状况还是连接发生断路存在困难。

在油水界面或气水界面的检测过程中，由于检测传感器长期浸泡在卤水中，传感器表面会沉积一层盐膜，形成与大地相连的导电通道，使检测值偏离正常检测值。上述两种检测技术尚不能识别传感器是否存在盐膜污染。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种用于井下油水界面或气液界面的检测仪，目的有三：一是采用新型复合电缆，在提供多通道的同时，不再使用上述多芯铠装电缆中的将多芯铠装电缆转变为多个单芯铠装电缆的电缆转换器，避免电缆转换器下井的保护问题和多芯铠装电缆因电缆转换器导致的电缆加工问题。二是在检测传感器中设置一个用于识别的独立恒定电流电路，能有效识别浸没在柴油或氮气中的传感器是处于正常工作状态或是处于连接断路状态，以便在发现传感器处于连接断路状态时及时采取修复措施。三是在地面检测电路中增加检测电压源电路，利用两组检测电压源对井下传感器中的恒流源检测电路分别检测，对两组检测值进行对比，即可判断检测传感器是否存在盐膜污染，在检测传感器存在盐膜污染时采取读值校正措施，提高测量精度。

本实用新型采用的技术方案是：用于井下油水界面或气液界面的检测仪，主要由地面检测仪、复合电缆、井下检测传感器组成，地面检测仪和位于井下的检测传感器通过复合电缆相连。

其特征在于：地面检测仪内有检测电源，检测电源包括高压检测电源和低压检测电源，地面检测仪内还有电流表、检测电压选择开关和检测按钮开关组。地面检测仪内的检测电源为直流电源，有高压和低压两档检测电压，高压检测电源的电压为40V，低压检测电源的电压为20V，由检测电压选择开关选择输出。复合电缆由3～7支单芯铠装电缆绞合在一起。复合电缆中的各支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在造腔外管上的井下检测传感器。检测传感器的底板由树脂基绝缘材料制造，底板为半圆柱形，固定安装在对应该传感器检测深度的造腔外管外侧。每支检测传感器内部有5-20个电流值相同、一端并联的恒流源电路。每支检测传感器上所有恒流源电路的并联端连接到一支单芯铠装电缆芯线。每支检测传感器内的每个恒流源电路的另一端则分别连接到一个镶嵌在检测传感器表面的圆形不锈钢触点。圆形不锈钢触点相互之间的间距为10～20厘米。检测传感器的长度为1～2米之间。传感器内部安装一个独立恒流源电路，与接不锈钢触点的恒流源电路具有相同的恒流值(不同也可)。该恒流源电路一端接一根单芯铠装电缆的芯线，另一端通过检测传感器与电缆之间的金属接头与单芯铠装电缆外铠相连。

检测原理：检测传感器上不锈钢触点与裸眼井段井壁之间为检测间隔。检测间隔之间有介质，介质或是为绝缘体的保护层材料(柴油或氮气)，或是为导体的卤水(盐水)。被测介质类型取决于保护层材料注入深度。地面检测仪内的检测电源一端经电流表、检测按钮开关之一接一支单芯铠装电缆芯线，另一端接铠装电缆外铠皮(大地)。当进行保护层界面检测时，按下检测按钮开关之一接通一支检测传感器的检测回路。当该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。通过从地面检测仪中电流表读取的检测电流值，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，即可获得保护层界面高度值，实现保护层界面的测量。

所述的检测传感器内部安装有一个独立恒流源电路，与接不锈钢触点的恒流源电路具有相同的恒流值。该独立恒流源电路一端接单芯铠装电缆芯线，另一端通过检测传感器与复合电缆之间的金属接头与单芯铠装电缆外铠相连。当检测传感器完全处于柴油或氮气中时，检测电流值为该独立恒流源电路的恒流值，因此可知该检测传感器处于正常工作状态，不会因为没有该独立恒流源电路检测电流为零而怀疑检测传感器与单芯铠装电缆连接断开而造成误判。当检测传感器部分或全部处于卤水中时，检测电流值减去该独立恒流源电路恒流值，即为实际检测电流值。

检测界面时，在地面检测仪上使用检测电压选择开关分别选择高电压(40V)和低电压(20V)分别进行检测。当检测传感器未被盐膜污染时，恒流源电路的电流输出值与测量电压无关，高电压(40V)和低电压(20V)分别进行检测所得到的两个测量值相同。当检测传感器被盐膜污染时，相当于恒流源电路被并联了一个电阻，因而导致高电压(40V)检测电流值大，低电压(20V)检测电流值小。因此，通过比较高电压(40V)和低电压(20V)检测的电流值，即可判断检测传感器是否被盐膜污染，并在确认检测传感器被盐膜污染时对测量值进行校正。

本实用新型为适应保护层界面测量范围变化的要求，检测传感器采用多点连续测量方式进行测量。两测量点之间间隙一般为10～20厘米，根据测量精度的需要设定。井下检测传感器长度一般为二米，每个检测传感器有10～20个测量点。在井下检测传感器安装下井过程中，根据造腔工程设计要求，将3～7支检测传感器分别安装在不同的造腔高度位置，分别与复合电缆的一根单芯铠装电缆相连。检测传感器一般相隔数米至数十米，以满足数年造腔过程中腔体不断向上扩展的检测要求。检测传感器底板使用树脂基绝缘材料制成，制成的测量传感器为长半圆柱形，厚度一般不大于20毫米，以保证可顺利下入中间管和套管之间仅20多毫米的环空内。检测传感器3上的每个测量点由一个恒流源电路和一个不锈钢触点构成。恒流源电路密封于树脂基绝缘材料中，密封耐压达30MPa以上，以保证检测传感器可在高温、高压环境中长期可靠的工作。

不锈钢触点为圆片形，直径8～10毫米，镶嵌在由树脂基绝缘材料制成的测量传感器表面上，内侧由导线与相应的恒流源电路相连，外侧处于检测传感器的表面，与被测介质柴油、氮气或卤水直接接触。

为了检测判断传感器是否被盐膜污染，本实用新型在地面检测仪1内设置了两组检测电源，一组为高电压40V，一组为低电压20V。检测界面时，在地面检测仪上使用检测电压选择开关分别选择高电压(40V)和低电压(20V)进行检测。当传感器未被盐膜污染时，恒流源电路的电流输出值与测量电压无关，高电压(40V)和低电压(20V)进行检测所得到的测量值相同。当传感器被盐膜污染时，相当于恒流源电路被并联了一个电阻，因而导致高电压(40V)检测电流值大，低电压(20V)检测电流值小。因此，通过比较高电压(40V)和低电压(20V)检测的电流值，即可判断检测传感器是否被盐膜污染，并在确认检测传感器被盐膜污染时对测量值进行校正。

所述的地面检测仪的检测电源由高压检测电源与低压检测电源组成，由电压选择开关选择输出。选定的检测电源输出端一端与复合电缆外铠皮连接，另一端经电流表与检测按钮开关一端相连，检测按钮开关的另一端连接到电缆芯线上，经电缆芯线与检测传感器内的恒流源电路连接。

复合电缆由3～7根单芯铠装电缆绞合在一起组成。复合电缆中的各支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在造腔外管上的井下检测传感器。在现场界面检测中，必需一支传感器接一根电缆，可对每个传感器单独进行检测，以识别井下卤水是否对该检测传感器形成盐膜污染。如果二支检测传感器接一根电缆，倘若发现盐膜污染，则不能确定盐膜污染出现在那一支传感器上，造成无法正确检测。

本实用新型在每支传感器内部安装一个独立恒流源电路，与接不锈钢触点的恒流源电路具有相同的恒流值(不同也可)。该独立恒流源电路一端接单芯铠装电缆芯线，另一端通过传感器与电缆之间的金属接头与单芯铠装电缆外铠相连。当传感器完全处于柴油或氮气中时，检测电流值为该独立恒流源电路的恒流值，因此可知该传感器处于正常工作状态，不会因为没有该独立恒流源电路导致检测电流为零而怀疑传感器与单芯铠装电缆连接断开而造成误判，为界面检测顺利进行创造了必要条件。

本实用新型的有益效果：本实用新型用于井下油水界面或气液界面的检测。检测仪采用了复合电缆和独立恒流源电路，能准确检测柴油或氮气与卤水的界面位置，为盐穴储气库造腔提供可靠依据。

附图说明

图1是为盐穴储气库建腔过程保护层(柴油或氮气)界面检测示意图。虚线表示的是油水界面或气水界面。箭头所指示的是注入水流动的方向。

图2是本实用新型电路结构示意图。

图3是检测传感器结构示意图。

图中，1.地面检测仪，2.复合电缆，3.检测传感器，4.造腔外管，5.套管，6.造腔内管，7独立恒流源电路，8.不锈钢触点，9.恒流源电路，10.检测按钮开关，11.电流表，12.电压选择开关，13.检测电源，14.电缆芯线，15.复合电缆外铠皮，16.底板。

具体实施方式

实施例1：以一个用于井下油水界面或气液界面的检测仪为例，对本实用新型作进一步详细说明。

参阅图1。本实用新型是用于井下油水界面或气液界面的检测仪，主要由地面检测仪1、复合电缆2、井下检测传感器3组成，地面检测仪1和位于井下的检测传感器3通过复合电缆2相连。

参阅图2。地面检测仪1内有检测电源13，检测电源13为直流电源，包括高压检测电源和低压检测电源，高压检测电源的电压为40V，低压检测电源的电压为20V。

地面检测仪1的检测电源13中的高压检测电源与低压检测电源，由电压选择开关12选择输出。选定的检测电源输出端一端与复合电缆外铠皮15连接，另一端经电流表11与检测按钮开关10一端相连，检测按钮开关10的另一端连接到电缆芯线14上，经电缆芯线14与检测传感器3内的恒流源电路9连接。

复合电缆2由7支单芯铠装电缆绞合在一起。复合电缆2中的各支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在造腔外管4上的井下检测传感器3。

参阅图3。检测传感器3的底板16由树脂基绝缘材料制造，底板16为半圆柱形。检测传感器3宽为40毫米，长度为1.5米，固定安装在对应该检测传感器3检测深度的造腔外管4外侧。每支检测传感器3内部由12个电流值相同、一端并联的恒流源电路9组成。每支检测传感器3内部所有恒流源电路9的并联端接一支单芯铠装电缆芯线14，每个恒流源电路9的另一端则分别连接到一个镶嵌在检测传感器(3)表面的圆形不锈钢触点(8)，圆形不锈钢触点(8)相互之间的间距为20厘米

不锈钢触点8为圆片形，直径为10毫米，镶嵌在由树脂基绝缘材料制成的底板16表面上，不锈钢触点8内侧由导线与相应的恒流源电路相连。

传感器内部安装一个独立恒流源电路7，与接不锈钢触点的恒流源电路9具有相同的恒流值。该独立恒流源电路7一端接单芯铠装电缆芯线，另一端通过传感器与电缆之间的金属接头与单芯铠装电缆外铠相连。

检测过程：

参阅图1。通过造腔内管6向盐层注水，溶解盐层形成的腔体形状。含盐的卤水通过造腔内管6与造腔外管4之间的环空返回地面。从套管5与造腔外管4之间的环空内注入控制盐层的柴油或氮气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。为了将柴油或氮气注入到预定深度位置，必需在预定深度位置的造腔外管4外壁上安装界面检测传感器3，检测注入柴油或氮气是否到达预定深度，以便及时调整，保证安全造腔。

Claims (4)

1、一种用于井下油水界面或气液界面的检测仪，主要由地面检测仪(1)、复合电缆(2)、井下检测传感器(3)组成，地面检测仪(1)和位于井下的检测传感器(3)通过复合电缆(2)相连，其特征在于：地面检测仪(1)内有检测电源(13)，检测电源(13)包括高压检测电源和低压检测电源，地面检测仪(1)内还有电流表(11)、检测电压选择开关(12)和检测按钮开关(10)；复合电缆(2)由3～7支单芯铠装电缆绞合在一起，复合电缆(2)中的各支单芯铠装电缆自下而上分别连接一支固定在造腔外管(4)上的井下检测传感器(3)，检测传感器(3)的底板(16)由树脂基绝缘材料制造，底板(16)为半圆柱形，固定安装在对应该检测传感器(3)检测深度的造腔外管(4)外侧，每支检测传感器(3)内部有5-20个电流值相同、一端并联的恒流源电路(9)，每支检测传感器(3)上所有恒流源电路(9)的并联端连接到一支单芯铠装电缆芯线(14)，每支检测传感器(3)内的每个恒流源电路(9)的另一端则分别连接到一个镶嵌在检测传感器(3)表面的圆形不锈钢触点(8)，圆形不锈钢触点(8)相互之间的间距为10～20厘米，检测传感器(3)的长度为1～2米之间，传感器内部安装一个独立恒流源电路(7)，与接不锈钢触点的恒流源电路具有相同的恒流值。

2、根据权利要求1所述的用于井下油水界面或气液界面的检测仪，其特征是：所述的检测电源(13)为直流电源，有高压检测电源和低压检测电源两档检测电压，高压检测电源的电压为40V，低压检测电源的电压为20V。

3、根据权利要求1所述的用于井下油水界面或气液界面的检测仪，其特征是：不锈钢触点(8)为圆片形，直径8～10毫米，镶嵌在由树脂基绝缘材料制成的底板(16)表面上，不锈钢触点(8)内侧由导线与相应的恒流源电路相连。

4、根据权利要求1、2或3所述用于井下油水界面或气液界面的检测仪，所述的恒流源电路一端接一根单芯铠装电缆的芯线，另一端通过检测传感器(3)与电缆之间的金属接头与单芯铠装电缆相连。

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