CN85101252B - 确定空洞主要是地下空洞如溶洞，地洞，洞穴通道及其他类似空洞容积的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定空洞容积的方法，尤其是确定地下空洞如溶洞、地洞、洞穴、通道及其他类似的空洞的容积。该方法通过体积的突然和瞬间增加或缩小而使充满所调查空间的介质的体积发生变化，同时测量该空间在体积变化之前已有的压力以及作为体积变化的结果而产生的压力变化情况，然后根据所测得的数据进行计算，求出所调查空洞的容积。

Description

确定空洞主要是地下空洞如溶洞,地洞,洞穴通道及其他类似空洞容积的方法

本发明系确定空洞（主要是地下空洞如溶洞、地洞、洞穴、通道及其他类似的空洞）容积的一种方法。本发明主要可以用于石油及天然气的开采。

随着地球发展史的演变，地球表面以下自然形成了千奇百怪的空洞，如溶洞、地洞、岩洞等。这些空洞中的一部分可以用洞穴研究法加以认识。而对于大多数位于较深地层并充满水或碳氢化合物的空洞来说，使用深孔勘探法，通过对所发生或所观察到的钻头自由下落情况，可以发现它们。在开采固体矿物原料时，一般来说，地下水的突然喷冒也说明遇到或碰到了地洞或地下空穴。

人为的因素也在许多地方造成了地下空穴，如地下室、巷道或地道、开采完后留下的矿井、管道等等，这些地下空间后来废弃不用而未加填充，因而我们今天才有必要排除或清理它们。

无论是天然的或用技术形成的或人为造成的地下空间，绝大多数都同透射的或透气的岩石相连接。

确定地下空间容积的原因，比如可以是地质学方面的，又如在碳氢化合物和固体原料开采中，确定地下空间的容积对开采技术和建筑技术方面也很重要。所以，有关的专家们迄今为止仍在致力于测定这类地下空间的尺寸和容积。

比如在匈牙利的《喀斯特和洞穴》杂志1980年第2期第99～102页上就登载了一些洞穴的测绘图片以及根据所取得的数据和卡片确定洞穴容积的方法。

匈牙利《石油和天然气》杂志1972年第5期第132～136页上阐述了一种方法，即在开采瑙杰伦杰尔油田（Erdolfeldes Nagylengyel）时根据所发生和所确认的钻头自由下落情况和冲洗损耗情况得出了地下有空洞的结论。但按照公式确定其容积和尺寸时靠的只是通过估计而取得的估计值。

苏联的《天然气开采者》杂志第9期第48～51页介绍了用地球物理法确定地下空间或地洞的方法。

用上述已知的方法可以求出地下空间的尺寸，但很不精确，不能满足当代提出的各种要求。因为：

1）按照洞空研究和测量法，人必须能够对洞穴进行实地测量，因为所考察的洞穴可能还和别的-隐蔽着的-洞穴相连接;

2）根据钻头自由下落石能在一个点上，而且只能在一维上确定空洞的大小;但由于空洞形状一般来说十分复杂，所以实际上并不能求出它们的真正容积;

3）使用地球物理法确定，多次反射会严重影响测量的效果;只有在洞穴内部形状比较规则的情况下，调整发射信号的幅度才会获得结果。

本发明的目的在于克服上述缺点，也就是说，创造一种能普遍用于地下空间容积测量的更精确的测量方法。

据此，本发明所要解决的任务是，为测量地下空间的容积制定出一种方法，利用这种方法，不管地下洞穴的形状、构成及其表面轮廓如何，均可进行比用已知方法大为精确的测定。

本发明所提出的任务可以通过下述方法解决：使充满地下空间如洞穴、地洞和通道等的液体体积突然或瞬间增大或减小，与此同时测量因液体体积增大或缩小而产生的压力变化，可能时要逐一记录下来。然后根据由此取得的测量值进行计算，确定所调查的地下空间的容积。

根据本发明，这种方法的另一较好的实施方案是通过起爆，比如把氮气瓶里的氮气排进地下空穴里，或是通过一次爆炸，使处于压力下的地下空间如空穴、地穴、洞穴等的体积增大。

使用本发明的方法时，在所调查的空间引起的体积变化会导致在充满该空间的介质中产生以声速传播的压力波。根据测得的压力变化数值，了解本发明的专家可以借助于已知的物质胀缩系数表，算出有关空间的容积。

一般来说，体积的变化是通过渗滤完成的，这就是说，通过水的受压附着，或通过气体介质向外界大气中泄漏，这在压力变化时必然发生，而且二者也有着明显的区别。

本发明可通过下述几个实例予以详细阐述。但我们强调指出，我们的保护要求并不仅仅局限于作为可能的使用实例而加以介绍的这些解决方式。

例1

在某油田，一口探井打到208米深时，套上了一截内径为0.115毫米的套管，此后继续深钻。在钻孔达2187米时钻头碰到喀斯特化了的石灰岩，之后出现了冲洗损耗。这口探井当然不可能按今天的技术发展水平完成钻探并加以扩建，因而报废。

后来，油田回来又要求将这口探井修复投产。尽管为修复该井注入了231立方米的水泥、凝胶和其它填料，但探井的修复工作仍无法进行，更未能完成修建该井的工作。因此，现实的问题就是算出与探井相通的这个溶洞和空穴系统的容积。于是，计算便按本发明的方法进行。具体过程如下：

在钻杆头部安装一个精确度很高的测压计，其显示精确度可达1帕斯卡。此如，可以用匈牙利173.501号专利业已公布的具有如此精细刻度的压力分析仪;当然，通过商业途径可以买到的美国名为“Hewlett-Packard 2811A”的压力敏感仪，也很适用于此种测量。

此外又在钻杆头部安装了一个通常称作“半回转旋塞”的装置。该旋塞的特点是，在扭动开启装置时，旋塞仅打开很短时间，只一瞬间或一眨眼功夫，接着旋即关闭。与此同时，测量了井中的液体水位，水平面位于钻孔132米处。

此后，作为预备性操作的一个步骤，用一台空压机将钻头压力升至0.536兆帕斯卡，并将测压计上显示的压力值记下。此时，钻杆中水位下降至探头压力所制约的程度（水平面下降近50米）。

根据本发明，此例中所述洞穴容积的确定方式是，通过打开半回转旋塞在极短时间内突然放气，也就是说排放气体。探头压力因放气而下降927帕斯卡，这个数值由测压计记下，放出气体的一部分体积被因渗透而进入探头的水所占据。与此同时，探头压力稳定在一个与初始压力相比降低了541帕斯卡的数值上。

完成这一操作或测量之后，我们在计算洞穴容积时考虑到了如下诸因素：

-系统中绝热的温度变化的影响（系统指的是测量仪加探钻），因压力变化迅速，故可以认为这个过程是绝热的;

-探钻中流体静力学方面的情况绝无变化，因为探钻中放出空气的一部分体积被地层中涌入的水所占据;

在此例中，某些压力变化情况是连续记录下来的。

据上所述，经计算求出的洞穴容积为2600立方米。

例2

计划在油田建一贮油站，将石油经钢管输往主贮油站。管道长6868.25米，内径为95.4毫米，壁厚6.3毫米。沿输油管安装了例1中所提到的高精度细刻度的测压表，从输入端算起，测压表的距离分别为1680米、3670米和6860米。由于用来清理管道的“管道清理机”经常在3670米和6860米两个测压表之间卡住，因而需要根据本发明测定体积。因为要测定“清理机堵塞”的确切位置，首先需要确定体积。

为实施本发明的方法，在油田贮油站一边的输入端装入了一个带例1所提到的半回转旋塞的接收容器，其容积已知为288立方厘米。

在初始状态下，先测量了管内原有的压力。尔后打开半回转旋塞，管道中的石油突然涌入接收容器里（直至充满为止）。由于突然放油，管中油压下降13.963千帕斯卡。作为压力降低的结果，油管以弹性变形的方式产生收缩，可以测出其收缩的体积为47.5立方厘米。

放油以后的压力变化也被记录了下来。按已知石油压缩系数4.7×10^-4PA^-1，我们确认，按输油管总容积为49.1立方米计算，从输入端到清理机堵塞点这一段管道的容积应为38.5立方米。由此可以计算出从输入端到管道清理机堵塞点的距离是5380米。

例3

一个与地面只有极小部分相通（如通过一道闭着的门）而容积未知的地窖，如要填充它，就需要测出它的容积。

为实施本发明的方法，先在地窖里安放了如例1所提及的高度灵敏的测压表。地窖里空气体积的增加是通过爆炸式地（借助于操作上述半回转旋塞）打开一个氮气瓶实现的，氮气瓶里装有0.078立方米的氮气，压力为0.65兆帕斯卡。由于爆炸，所调查的地窖内压力骤然升高530帕斯卡，然后向外界空间排气消失。

按照本发明的方法，地窖内爆炸前的空气压力和爆炸后的压力变化情况均一一进行了测量和记录。根据这些数据我们计算出该地窖的容积为950立方米。

本发明方法的主要优点是，使用它可以确定任意体积和形状千奇百怪的空洞如地下洞穴等的容积，而且比用迄今已知的方法要精确得多。使用本发明方法所需的测压计费用较低。实例中所提及的“半回转旋塞”视情况可用任一已知的适用于此情况的阀来代替。实现本发明所要求的体积变化-如前例所述-同样是简便易行，耗资甚微。

Claims (3)

1、一种确定与大气相通的空洞，尤其是地下空洞如溶洞、地洞、洞穴，通道及其它类似空洞体积的方法，它通过测定待测空洞空间体积变化前后的压力变化来确定空洞体积，其特征在于，所述空洞空间体积的变化是通过使充满着所测空间的介质体积骤然的变化来实现的。

2、根据权利要求1中所述的方法，其特征在于使所述空洞中处于压力下的介质体积瞬间增加的方法是，将充满其间的介质的一部分，主要是液体，突然排入已知容量的一个接收容器里。

3、根据权利要求1中所述的方法，其特征在于所述空洞空间中介质体积的瞬间增加可通过爆炸，尤其是通过排入气体，比如将氮气瓶里氮气排进所述的空洞，或通过起爆一个爆炸物来实现。