一种压差型储气库液位测量装置及液位测量方法

摘要

本发明公开了一种压差型储气库液位测量装置及液位测量方法，所述装置包括套筒和压差传感器；所述套筒的筒壁内从上到下开设有两根毛细管道；所述毛细管道包括两根导压管和一个大气泡腔室，一根导压管一端和所述套筒的外部连通，并经由所述大气泡腔室与另一根导压管连通；所述另一根导压管另一端和所述套筒的内部连通；通过毛细管道来传递压强，将需要测量的两液位压强点向上引至同一位置，再利用压差传感器测得压强差并换算成液位差，从而实现储气库液位的测量。本发明提供的压差型储气库液位测量装置结构简单，通过设置大气泡腔室不仅提高了液位测量的精度，同时避免了压差传感器探头与液体接触，从而延长了装置的使用寿命。

权利要求

1.一种压差型储气库液位测量装置，其特征在于，包括套筒(1)和压差传感器(2)；

所述套筒(1)的筒壁内从上到下开设有第一毛细管道和第二毛细管道；

所述第一毛细管道包括第一导压管(4‑1)、第一大气泡腔室(5‑1)、第二导压管(4‑2)；

所述第一导压管(4‑1)一端和所述套筒(1)的外部连通，并经由所述第一大气泡腔室(5‑1)与所述第二导压管(4‑2)连通；所述第二导压管(4‑2)另一端和所述套筒(1)的内部连通；

所述第二毛细管道包括第三导压管(4‑3)、第二大气泡腔室(5‑2)、第四导压管(4‑4)；

所述第三导压管(4‑3)一端和所述套筒(1)的外部连通，并经由所述第二大气泡腔室(5‑2)与所述第四导压管(4‑4)连通；所述第四导压管(4‑4)另一端和所述套筒(1)的内部连通；

所述第一大气泡腔室(5‑1)的体积比所述第一导压管(4‑1)和所述第二导压管(4‑2)的体积大3个数量级以上；所述第二大气泡腔室(5‑2)的体积比所述第三导压管(4‑3)和所述第四导压管(4‑4)的体积大3个数量级以上；

所述第一大气泡腔室(5‑1)和所述第二大气泡腔室(5‑2)的横截面积由下至上逐渐减小；

所述第一导压管(4‑1)与所述第三导压管(4‑3)的高程差大于或等于所述储气库的最高液位与最低液位之差；

所述压差传感器(2)的两个探头(3)分别探入所述第二导压管(4‑2)和所述第四导压管(4‑4)中。

2.如权利要求1所述的压差型储气库液位测量装置，其特征在于，所述第一大气泡腔室(5‑1)的底部和所述第一导压管(4‑1)的底部在同一水平面上；

所述第二大气泡腔室(5‑2)的底部和所述第三导压管(4‑3)的底部在同一水平面上。

3.如权利要求1所述的压差型储气库液位测量装置，其特征在于，所述套筒(1)由多段套管连接而成，所述压差传感器(2)安装于两套管丝扣连接处。

4.如权利要求1所述的压差型储气库液位测量装置，其特征在于，所述压差传感器(2)的两个探头(3)与所述第二导压管(4‑2)和所述第四导压管(4‑4)形成的空隙由耐高压材料密封。

5.一种储气库液位测量方法，采用权利要求1至4任一项所述的压差型储气库液位测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

将所述液位测量装置置于所述储气库中，使得所述第三导压管(4‑3)处于所述储气库的最低液位，并获取所述第三导压管(4‑3)距离地面的高度h1；

通过所述压差传感器(2)测得压强差，基于公式ΔP＝ρgΔh计算出所述储气库实际液面距离所述第三导压管(4‑3)的高度Δh；

计算得到所述储气库实际液面距离地面高度h＝h1‑Δh。

说明书

一种压差型储气库液位测量装置及液位测量方法

技术领域

[0001] 本发明属于储气库液位测量技术领域，更具体地，涉及一种压差型储气库液位测量装置及液位测量方法。

背景技术

[0002] 盐穴储气库是通过注入淡水的方式将盐矿作为溶腔储气的方式建造，其过程为：通过钻井向下打入中心管、中间管、套管等管道；通过注入淡水的方法进行溶解，由排水管
排出卤水，并由注水管与套管之间的空隙注入隔离液避免顶部溶解；在上述期间不断根据
卤水盐度等技术参数调整参数，控制地下腔穴的几何形状和体积，最终得到符合设计要求
的储气库。在此过程中，腔穴中气液界面的液位测量有十分重要的意义。同时，在储气库建
成后投入使用后，要求严格密封，会在中心管上使用永久封隔器，这使原来在建造过程中能
使用的有线测量方法无法使用，同时井下的环境条件更为严苛，上述条件使得一些现有测
量方法及装置很难满足精度要求。

[0003] 随着储气库技术的进步，需要更精确的液位测量装置辅助储气库的建设，然而目前使用的液位测量设备多为基于回声测距、激光测距等测井设备。在这一层面上，回声测距
和激光测距对于井下测井环境要求苛刻：井外介质的变化、井下物体振动会导致回声测距
精确度下降；井下介质回光率、管壁不规则也会导致激光测井装置失效。但由于压力的测量
并不涉及到以上外部介质的影响，所以在井下液位测量时，压力测量的精度得以提高。使用
压力测井时必须测量出两处压强值：液面以上压强值及液面以下压强值。进行作差进而换
算成液位差，最终得到实际液位高度。

[0004] 然而使用压差型传感器液位测量时也将面临巨大的困难：尽管井下绝对压力值非常大(最大可能达35Mpa)，但两处测量点的压强差非常小，在现有技术下，这使得仅仅使用
两台压力传感器测量两处绝对压力将产生巨大的误差，这也是基于压差型测量方法所面临
的最主要的挑战。

[0005] 在授权公布号CN 106352942A的中国发明专利文件中公开了基于双差压变送器的液位测量装置。该装置主要优点在于使用两根导压管用以减小液相密度不确定带来的误
差。然而该装置最大的缺陷在于采用差压变送器对导压管内的压强差进行测量时，采用的
是横向测量的方法，这种方法在测量排污工厂液位时有效，但应用至储气库液位测量时不
可行，这是由于储气库中心管管道内空间有限，并且不能在管道外新增装置辅助测量；同
时，当液位超过预估液位时，装置会直接与外界液体接触，这不仅会干扰装置测量的精度，
同时也会缩短测量装置的寿命。

发明内容

[0006] 针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种压差型储气库液位测量装置及液位测量方法，通过建立带有大气泡腔室的毛细管道传递压强，解决了储气库液位难以
测量并且测量精度不高的难题，同时提高了井下液位测量装置的使用寿命。

[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供了一种压差型储气库液位测量装置，包括：包括套筒和压差传感器；所述套筒的筒壁内从上到下开设有第一毛细管道
和第二毛细管道；

[0008] 所述第一毛细管道包括第一导压管、第一大气泡腔室、第二导压管；所述第一导压管一端和所述套筒的外部连通，并经由所述第一大气泡腔室与所述第二导压管连通；所述
第二导压管另一端和所述套筒的内部连通；

[0009] 所述第二毛细管道包括第三导压管、第二大气泡腔室、第四导压管；所述第三导压管一端和所述套筒的外部连通，并经由所述第二大气泡腔室与所述第四导压管连通；所述
第四导压管另一端和所述套筒的内部连通；

[0010] 所述第一导压管与所述第三导压管的高程差大于或等于所述储气库的最高液位与最低液位之差；

[0011] 所述压差传感器的两个探头分别探入所述第二导压管和所述第四导压管中。

[0012] 进一步地，所述第一大气泡腔室的体积比所述第一导压管和所述第二导压管的体积大3个数量级以上；所述第二大气泡腔室的体积比所述第三导压管和所述第四导压管的
体积大3个数量级以上。

[0013] 进一步地，所述第一大气泡腔室和所述第二大气泡腔室的横截面积由下至上逐渐减小。

[0014] 进一步地，所述第一大气泡腔室的底部和所述第一导压管的底部在同一水平面上；所述第二大气泡腔室的底部和所述第三导压管的底部在同一水平面上。

[0015] 进一步地，所述套筒由多段套管连接而成，所述压差传感器安装于两套管丝扣连接处。

[0016] 进一步地，所述压差传感器的两个探头与所述第二导压管和所述第四导压管形成的空隙由耐高压材料密封。

[0017] 本发明另一方面提供了一种储气库液位测量方法，通过上述装置测量，包括以下步骤：

[0018] 将所述液位测量装置置于所述储气库中，使得所述第三导压管处于所述储气库的最低液位，并获取所述第三导压管距离地面的高度h1；

[0019] 通过所述压差传感器测得压强差，基于公式ΔP＝ρgΔh计算出所述储气库实际液面距离所述第三导压管的高度Δh；

[0020] 计算得到所述储气库实际液面距离地面高度h＝h1‑Δh。

[0021] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

[0022] (1)通过在套筒的筒壁内建立带有大气泡腔室的毛细管道来传递压强，将需要测量的两液位压强点向上引至同一位置，再利用压差传感器测得压强差并换算成液位差，从
而实现储气库液位的测量，同时提高了液位测量的精度。

[0023] (2)由于大气泡腔室的存在，当储气库液位超过装置能够测量的最高液位时，浸入第三导压管的液体无法被压入第四导压管，从而不会与测量装置接触，延长了装置的使用
寿命；并且待储气库液位下降后，装置仍能继续正常工作。

[0024] (3)本发明提供的测量装置结构简单，且易于实现。

附图说明

[0025] 图1为本发明提供的压差型储气库液位测量装置结构示意图；

[0026] 图2为本发明提供的压差型储气库液位测量装置局部放大示意图；

[0027] 图3‑1和图3‑2为装置下井过程中液体进入第二毛细管道前后的液位变化示意图；

[0028] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：

[0029] 1为套筒；2为压差传感器；3为探头；4‑1为第一导压管；4‑2为第二导压管；4‑3为第三导压管；4‑4为第四导压管；5‑1为第一大气泡腔室；5‑2为第二大气泡腔室；6为套筒壁。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0031] 如图1所示，本发明提供了一种压差型储气库液位测量装置，包括套筒1和压差传感器2；

[0032] 所述套筒1的筒壁内从上到下开设有第一毛细管道和第二毛细管道；

[0033] 所述第一毛细管道包括第一导压管4‑1、第一大气泡腔室5‑1、第二导压管4‑2；所述第一导压管4‑1一端和所述套筒1的外部连通，并经由所述第一大气泡腔室5‑1与所述第
二导压管4‑2连通；所述第二导压管4‑2另一端和所述套筒1的内部连通；

[0034] 优选地，所述第一大气泡腔室5‑1的体积比所述第一导压管4‑1和所述第二导压管4‑2的体积大3个数量级以上；使得进入第一毛细管道内的液体不会引起液柱高度的急速变
化，从而增加测量的精度。

[0035] 优选地，所述第一大气泡腔室5‑1的横截面积由下至上逐渐减小。

[0036] 优选地，所述第一大气泡腔室5‑1的底部和所述第一导压管4‑1的底部在同一水平面上。

[0037] 所述第二毛细管道包括第三导压管4‑3、第二大气泡腔室5‑2、第四导压管4‑4；所述第三导压管4‑3一端和所述套筒1的外部连通，并经由所述第二大气泡腔室5‑2与所述第
四导压管4‑4连通；所述第四导压管4‑4另一端和所述套筒1的内部连通；

[0038] 优选地，所述第二大气泡腔室5‑2的体积比所述第三导压管4‑3和所述第四导压管4‑4的体积大3个数量级以上；使得进入第二毛细管道内的液体不会引起液柱高度的急速变
化，从而增加测量的精度。

[0039] 优选地，所述第二大气泡腔室5‑2的横截面积由下至上逐渐减小。

[0040] 优选地，所述第二大气泡腔室5‑2的底部和所述第三导压管4‑3的底部在同一水平面上。

[0041] 所述第一导压管4‑1与所述第三导压管4‑3的高程差大于或等于所述储气库的最高液位与最低液位之差；

[0042] 所述压差传感器2的两个探头3分别探入所述第二导压管4‑2和所述第四导压管4‑4中。

[0043] 优选地，所述套筒1由多段套管连接而成，所述压差传感器2安装于两套管丝扣连接处。

[0044] 优选地，所述压差传感器2的两个探头3与所述第二导压管4‑2和所述第四导压管4‑4形成的空隙由耐高压材料密封。

[0045] 下面结合测量装置的下井过程，进一步详细说明本发明提供的压差型储气库液位测量装置的测量原理。

[0046] 将安装好压差传感器的套筒下入井下，两毛细管道内充满了储气库内的高压气体，最高压强近35Mpa。当第三导压管与储气库实际液面接触时，液体进入第二毛细管道实
现液封，高压气体被封入第二毛细管道内，如图3所示，为装置下井过程中液体进入第二毛
细管道前后的液位变化示意图。随着下井深度不断增加，使得外部气压不断增加，因此进入
第二毛细管道内的液体体积不断增大；但由于大气泡腔室的存在，使得在液柱高度增加极
其缓慢的情况下，内部气体压强同样也会急剧增加，这种负反馈机制又在不断减缓外部液
体进入大气泡腔室的速率，最终使内外气压达到平衡。由于进入第三导压管内的液体减少，
大气泡腔室内液柱高度极小，从而降低了估算液柱高度时的误差，增加了测量精度。

[0047] 当储气库液位高度高于预设最高液位时，液体被压入第一导压管，此时由于存在锥形大气泡腔室，被液封的气体体积随进入第一毛细管道内的液柱高度的增加而急剧减
小，第一毛细管道内液封的气体压力急剧增加，这种负反馈调节将进入第一毛细管道内的
液柱调整到很小的高度，从而避免液体直接接触探头，实现保护装置的目的。当储气库液位
下降到测量量程范围内时，装置即可恢复测量。

[0048] 由于储器库液面存在最高液面和最低液面，将所述液位测量装置置于所述储气库中，使得所述第三导压管处于所述储气库的最低液位，实际应用中，允许存在可以忽略的误
差，即所述第三导压管接近所述储气库的最低液位即可，并获取所述第三导压管距离地面
的高度h1，也即最低液面距离地面的高度；通过所述压差传感器测得压强差，基于公式ΔP
＝ρgΔh计算出所述储气库实际液面距离所述第三导压管的高度Δh；计算得到所述储气库
实际液面距离地面高度h＝h1‑Δh。

[0049] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。