基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量方法和系统转让专利
申请号 : CN202110470861.6
文献号 : CN113358188B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 田若言 , 李彦 , 倪谢霆 , 高子涵 , 付正坤 , 陈庆 , 李红斌
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量方法,其特征在于,所述方法包括:将绝缘短节安装在两段中心管的连接处,将激励源安装在绝缘短节外壁上,且激励源的正负两极分别与绝缘短节上方的中心管和绝缘短节下方的中心管的外壁连接;将电压测量装置装设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以上;所述中心管采用一段一段的管道连续向下伸入安装的方法安装;
激励源对中心管施加低频电流信号;
测量绝缘短节下方的中心管电压,并根据低频电流信号计算绝缘短节下端阻抗Z下:将环形电极同轴环绕在中心管外壁上,且使环形电极内侧与中心管外壁绝缘;测量环形电极在外加交流信号的激励下产生的交变电流;根据所述交变电流得到绝缘短节下端与地层的电压;所述绝缘短节下端阻抗Z下源于绝缘短节与气液界面之间长度为H的中心管的阻抗;
根据所述低频电流信号、绝缘短节下方的中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定义,确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程:根据低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节h处的电感函数Lf(h);根据低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节下方的中心管电压U下的计算方程;根据所述电感函数Lf(h)和电压U下的计算方程确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程;所述绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程为:其中,U下为电压测量装置测得的电压;I为激励源提供的电流有效值;f为交流电的频率;Lf(h)为交流频率为f时距绝缘短节h处的电感函数,H为绝缘短节与气液界面的距离;
根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方程,计算绝缘短节与气液界面的距离H。
2.根据权利要求1所述的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量方法,其特征在于,所述低频电流信号的频率为100Hz-100kHz。
3.基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量系统,其特征在于,包括:中心管、绝缘短节、激励源、电压测量装置和计算装置,所述中心管采用一段一段的管道连续向下伸入安装的方法安装;
所述绝缘短节安装在两段中心管的连接处;
所述激励源安装在绝缘短节外壁上,且其正负两极分别与绝缘短节上方的中心管和绝缘短节下方的中心管的外壁连接,用于对中心管施加低频电流信号I;
所述电压测量装置装设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以上,用于测量绝缘短节下方的中心管电压U下:将环形电极同轴环绕在中心管外壁上,且使环形电极内侧与中心管外壁绝缘;测量环形电极在外加交流信号的激励下产生的交变电流;
根据所述交变电流得到绝缘短节下端与地层的电压;所述绝缘短节下端阻抗Z下源于绝缘短节与气液界面之间长度为H的中心管的阻抗;
所述计算装置,分别与激励源和电压测量装置通信连接,用于根据所述低频电流信号、绝缘短节下方的中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定义,确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程:根据低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节h处的电感函数Lf(h);根据低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节下方的中心管电压U下的计算方程;根据所述电感函数Lf(h)和电压U下的计算方程确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程;还用于,根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方程,计算绝缘短节与气液界面的距离H:所述绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程为:其中,U下为电压测量装置测得的电压;I为激励源提供的电流有效值;f为交流电的频率;Lf(h)为交流频率为f时距绝缘短节h处的电感函数,H为绝缘短节与气液界面的距离。
4.根据权利要求3所述的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量系统,其特征在于,所述电压测量装置包括环形电极、放大器、电压表、数据转换装置,所述环形电极同轴环绕在中心管外壁上,用于使环形电极内侧与中心管外壁绝缘,并在外加交流信号的激励下产生交变电流;
所述放大器,用于将环形电极产生的交变电流放大为电压信号;
所述电压表,用于测量放大器产生的电压信号;
所述数据转换装置,用于根据电压表测量的电压计算出绝缘短节下端与地层的电压。
5.根据权利要求3所述的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量系统,其特征在于,所述激励源包括井下电流源或井下电压源。
6.根据权利要求3所述的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量系统,其特征在于,还包括在绝缘短节下端中心管外壁处每隔相同距离设有相同电感且环绕中心管外壁的线圈。
7.根据权利要求3所述的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量系统,其特征在于,所述计算装置为地表主机,且所述地表主机通过无线通讯装置接收低频电流信号I的测量值和绝缘短节下端与地层的电压U下,并根据绝缘短节下端阻抗Z下,确定绝缘短节与气液界面的距离H。
说明书 :
基于低频电信号的盐穴储气库气液界面测量方法和系统
技术领域
背景技术
储气库成为确保天然气调峰供应的主流做法。地下储气库分为枯竭气藏型、含水层型和盐
穴型三种主要类型。顾名思义,盐穴是指在含盐地层或盐丘中利用钻井注入水等溶剂使盐
岩溶解形成的地下空腔。盐穴储气库则是利用盐矿已有的老腔对天然气进行储存,可以极
高效率地利用土地资源,缓解天然气的储存压力。由于盐穴储气库在建造过程中,中心管等
管道是采用以一段一段的管道连续向下伸入安装的方法安装,同时在建成使用后为了使管
道在向下延伸的过程中保持腔体密闭性而使用永久封隔装。
密封作用,会造成气体泄漏等后果;排气过程中,当液位过高时,腔体内部的卤水或淡水会
溶解腔体顶部,会造成腔穴垮塌等严重后果。由此,精确测量盐穴储气库的气液界面距离则
显得尤为重要。本项目旨在精准测量盐穴储气库液面与电压测量装置之间的距离,避免出
现盐穴垮塌、天然气泄漏等问题,从而保障盐穴储气库中天然气的储存安全。
声信号作为测距信号,利用声信号在固、液、气中速度不同的性质,达到测距目的。但是由于
储气库内部气体流动情况较为复杂,声波传播容易受到影响,同时声波在气体中的传播衰
减程度较大,容易造成测量误差。
发明内容
缘短节安装在两段中心管的连接处,将激励源安装在绝缘短节外壁上,且激励源的正负两
极分别与绝缘短节上方的中心管和绝缘短节下方的中心管的外壁连接;将电压测量装置装
设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以上;激励源对中心管施加
低频电流信号;测量绝缘短节下方的中心管电压,并根据低频电流信号计算绝缘短节下端
阻抗Z下;根据所述低频电流信号、绝缘短节下方的中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定
义,确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程;根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方
程,计算绝缘短节与气液界面的距离H。
极在外加交流信号的激励下产生的交变电流;根据所述交变电流得到绝缘短节下端与地层
的电压。
步骤:根据低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节h处的电感函数Lf(h);根据
低频电流信号和绝缘短节下端阻抗Z下确定绝缘短节下方的中心管电压U下的计算方程;根据
所述电感函数Lf(h)和电压U下的计算方程确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程。
的连接处;所述激励源安装在绝缘短节外壁上,且其正负两极分别与绝缘短节上方的中心
管和绝缘短节下方的中心管的外壁连接,用于对中心管施加低频电流信号I;所述电压测量
装置装设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以上,用于测量绝缘
短节下方的中心管电压U下;所述计算装置,分别与激励源和电压测量装置通信连接,用于根
据所述低频电流信号、绝缘短节下方的中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定义,确定绝
缘短节与气液界面的距离H的计算方程;还用于,根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方
程,计算绝缘短节与气液界面的距离H。
信号的激励下产生交变电流;所述放大器,用于将环形电极产生的交变电流放大为电压信
号;所述电压表,用于测量放大器产生的电压信号;所述数据转换装置,用于根据电压表测
量的电压计算出绝缘短节下端与地层的电压。
缘短节与气液界面的距离H。
一个或多个处理器实现本发明的第一方面提供的基于低频电信号的盐穴储气库气液界面
测量方法。
气库气液界面测量方法。
声波测距,能避免声波在空间中的衰减问题,也避免声波容易受到干扰的问题;
工作稳定性好,有效减少井下设备的更换次数。
附图说明
具体实施方式
壁上,且激励源的正负两极分别与绝缘短节上方的中心管和绝缘短节下方的中心管的外壁
连接;将电压测量装置装设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以
上;S200.激励源对中心管施加低频电流信号;S300.测量绝缘短节下方的中心管电压,并根
据低频电流信号计算绝缘短节下端阻抗Z下;S400.根据所述低频电流信号、绝缘短节下方的
中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定义,确定绝缘短节与气液界面的距离H的计算方程;
S500.根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方程,计算绝缘短节与气液界面的距离H。
伸的过程中保持腔体密闭性而使用永久封隔装。为了方便绝缘短节的固定或安装,将绝缘
短节安装在两段中心管的连接处,该两段中心管应位于气液界面最高高度以上。
的气体4、气液界面5、卤水6、地层7、中心管8、中心管外壁9、中心管省略部分10。
连接处;井下电流源2安装在绝缘短节1外壁处,且其正负两极分别连接在绝缘短节1上下端
中心管外壁9处;电压测量装置3放置在绝缘短节1下方中心管外壁9处,且均位于气液界面5
最高高度以上。
流。根据图3中所示回流电路图,电流回流过程由于中心管8阻抗会产生上端电压和下端电
压,下端电压可被电压测量装置3检测。需要说明的是,中心管8的下端电压亦近似等于绝缘
短节1下端与大地(地层7)之间的电压。
层7和卤水6形成回流,并且由于中心管8自身特性阻抗而产生电压。优选地,所述井下电流
源2正负极采用绝缘丝扣连接在绝缘短节1上下端。
本发明的测量原理。
电压与中心管8电流计算得出,若中心管8电流已知,则测得绝缘短节1下端与地层7的电压
即可求出绝缘短节1距气液界面5的高度。
的距离。
因此,上述绝缘短节1与气液界面5的距离H的计算方程通过如下步骤推导:
壁9绝缘;测量环形电极在外加交流信号的激励下产生的交变电流;根据所述交变电流得到
绝缘短节1下端与地层7的电压。
的连接处;所述激励源安装在绝缘短节外壁上,且其正负两极分别与绝缘短节上方的中心
管和绝缘短节下方的中心管的外壁连接,用于对中心管施加低频电流信号I;所述电压测量
装置装设在绝缘短节下方的中心管外壁上,且位于气液界面最高高度以上,用于测量绝缘
短节下方的中心管电压U下;所述计算装置,分别与激励源和电压测量装置通信连接,用于根
据所述低频电流信号、绝缘短节下方的中心管电压和绝缘短节下端阻抗Z下的定义,确定绝
缘短节与气液界面的距离H的计算方程;还用于,根据绝缘短节下端阻抗Z下和所述计算方
程,计算绝缘短节与气液界面的距离H。
负两极分别连接在绝缘短节1上下端的中心管外壁9上;电压测量装置3装设在绝缘短节1下
方中心管外壁9上,且位于气液界面5最高高度以上。井下电流源2向中心管8提供有效值和
频率恒定的电流信号;电压测量装置3用于测量绝缘短节1下端与地层7的电压;地表主机位
于地表之上,通过无线通讯装置接收电流测量装置和电压测量装置3测得的电流和电压,并
根据中心管8阻抗,确定绝缘短节1与气液界面5的距离H。
中心管外壁9绝缘,电路结构上仅由电极下端导线与中心管外壁9连接;此环形电极11与大
地之间形成等效电容,在外加交流信号后,环形电极11上会感应出变化的电荷,导线中则产
生交变的电流,此电流经放大器放大为电压信号,并由电压表13测量得到。数据转换装置可
根据测量得到的电压计算出环形电极11与中心管8之间的电流,再根据 计算出
绝缘短节1下端与地层7的电压。
一个或多个处理器实现本发明第一方面提供的方法。
访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中,还存储有电子
设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此
相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
器等的输出装置507;包括例如硬盘等的存储装置508;以及通信装置509。通信装置509可以
允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图7示出了具有各种装
置的电子设备500,但是应理解的是,并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实
施或具备更多或更少的装置。图7中示出的每个方框可以代表一个装置,也可以根据需要代
表多个装置。
上的计算机程序,该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实
施例中,该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装,或者从存储装置508
被安装,或者从ROM502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时,执行本公开的实施
例的方法中限定的上述功能。需要说明的是,本公开的实施例所描述的计算机可读介质可
以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可
读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置
或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于:具
有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器
(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-
ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中,计算机
可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置
或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中,计算机可读信号介质可以包括
在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种
传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的
组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该
计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或
者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,
包括但不限于:电线、光缆、RF(射频)等等,或者上述的任意合适的组合。
或者多个程序被该电子设备执行时,使得该电子设备:
Smalltalk、C++、Python,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序
设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一
个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计
算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网
络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计
算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
表一个模块、程序段、或代码的一部分,该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用
于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标
注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个接连地表示的方框实际上
可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注
意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执
行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令
的组合来实现。