专利名称：油垫界面检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于天然气盐穴储气库造腔过程中检测工具，具体地说，是一种油垫界面检测仪。
背景技术：
天然气盐穴储气库造腔过程中，通过中心管由地面向井下盐层注水，通过中心管和中间管之问的环空向由井下盐层向地面抽出含有溶解盐成份的卤水。随着这一过程的不断进行，井下盐层中的盐不断的被溶解并被送往地面，盐层中形成空穴并不断增大，直至该盐穴的体积达到设计要求。造腔过程中，不仅要控制盐穴的体积，还要保证盐层的底部和顶部不被溶穿，以免造成储存天然气时发生泄漏。为达到这一目的，由中间管与套管之间的环空向井下注入柴油作为阻溶剂，称为油垫。由于油垫比重小于卤水，油垫处于卤水上方，通过调节油垫与卤水之间界面的高低，即可控制溶腔的形状并保护盐层的底部和顶部不被溶穿。油垫与卤水之间界面位置的确定，现有技术是通过巳溶腔体的体积、中间管与套管之间环空的体积、柴油密度及注入柴油量等参数计算实现。由于上述参数尤其巳溶腔体的体积难以准确获得，更由于溶腔过程中巳溶腔体的体积处于变化中，通过上述参数计算获得的油垫与卤水之间的界面位置不可避免存在较大的误差，难以满足天然气盐穴储气库造腔工程精度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以提高天然气盐穴储气库造腔工程中确定油垫与卤水之间界面位置的精度要求，且作为天然气盐穴储气库造腔过程中可有效运用的油垫界面检测仪。
本发明是这样实现的由地面设备、铠装电缆和检测传感器组成，地面设备和位于井下的检测传感器通过铠装电缆相连。地面设备内包括电源、电流表和按钮开关。铠装电缆为单芯电缆。检测传感器为长圆柱形，固定在中间管底部外侧。检测传感器由数量达数十甚至达数百个的一端并联的恒流源电路组成。所有恒流源电路并联端接铠装电缆芯线，每个恒流源电路另一端则分别接位于检测传感器表面、相互之间间距为10-20厘米的不锈钢触点。不锈钢触点与中间管之间为被测介质为绝缘体的油垫(柴油)或为导体的卤水(盐水)。地面设备内的电源正端经电流表、按钮开关接中间管，电源负端接铠装电缆芯线。在进行油垫界面检测时，按下按钮开关接通检测回路，所接不锈钢触点与中间管之间被测介质为油垫(柴油)的恒流源电路无电流通过，而所接不锈钢触点与中间管之间被测介质为卤水(盐水)的恒流源电路有恒定电流通过。通过地面设备中电流表读取的电流值除以恒流源电路的恒定电流值，即可计算出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，即可获得油垫界面高度值，实现了油垫界面的测量。
本发明的优点在于检测传感器使用恒流源电路作为检测电路，利用恒流源电路内阻随电压变化的特点，有效地克服了被测介质卤水浓淡变化所造成电阻变化的影响，保证了测量精度的要求。在电路系统设计中系统电源正极接中间管，使测量传感器的不锈钢触点不受电解反应阳极溶解的影响。电源回路中串接常开按钮开关采取非连续测量方式，减少了电解反应对中间管的溶解。由于在系统设计中采取了以上措施，本实用新型测量精度高，使用寿命长，可满足天然气盐穴储气库造腔过程中长期进行油垫界面检测的要求。本实用新型结构简单，制造成本低，易于安装，为其在天然气盐穴储气库造腔过程中广泛应用创造了条件。
附图1为本发明的结构示意图；附图2为本发明的电原理结构图。
具体实施例方式
如附图1所示，包括中间管1、支架2、电缆芯线3、地面设备4、检测传感器5、触点6，中间管与支架2固定连接，检测传感器5与支架2连接，地面设备4分别通过电缆芯线3与中间管1、检测传感器5连接，在检测传感器5上设有触点6。
检测传感器5为圆柱体，直径一般≤20毫米。
检测传感器5的个数≥1。
触点6的个数≥1，触点6为圆片形，直径6～7毫米，镶嵌在测量传感器5的表面上，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5的表面。
检测传感器5上的触点6与中间管1之间充有卤水。
检测传感器5上的每个测量点由相同的恒流源电路和一个触点6构成。
地面设备4由电源开关41、按钮开关42、电流表43、电压表44组成。
检测传感器上的检测电路采用由三端可调式电压调整器LM317和限流电阻R构成的恒流源电路组成，该电路输入端VIN接触点6，输出端VOUT经限流电阻R和调节端ADJ汇合后通往测量电缆。
如图2所示，天然气盐穴储气库造腔过程中，油垫与卤水之间界面高度的变化范围可达数米至数十米，本实用新型为适应测量范围的要求，检测传感器5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，可根据测量精度的需要设定。考虑到加工制造、运输和安装的便利，油垫界面检测仪的井下检测传感器5一般分节加工制造，每节一般长二米，每节上有10～20个测量点。在井下检测传感器安装下井过程中，根据需要检测的油垫与卤水之间界面高度范围，串接必要数量的检测传感器5节数，以满足界面高度检测要求。每节测量传感器均使用工程塑料制成，制成的每节检测传感器5为圆柱体，直径一般不大于20毫米，以保证可顺利下入中间管和套管之间仅30多毫米的环空内。检测传感器5上的每个测量点由相同的恒流源电路和一个不锈钢触点6构成。恒流源电路密封于工程塑料内，密封耐压达15MP，以保证测量传感器5在超过1000米井深盐穴储气库造腔过程的高压环境中可以长期可靠的工作。不锈钢触点6为圆片形，直径6～7毫米，镶嵌在由工程塑料制成的检测传感器5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5的表面，可与被测介质油垫或卤水直接接触进行测量。
根据电学理论和试验检测，检测传感器5上的不锈钢触点6与中间管1之间充满卤水(盐水)时，二者之间有电阻存在。该电阻的值与二者之间的距离成正比，与卤水(盐水)的浓度成反比。天然气盐穴储气库造腔过程中，检测传感器5与作为公共电极的中间管1之间的距离恒定，因而该电阻仅与卤水(盐水)的浓度相关。由于造腔过程中卤水(盐水)的浓度是经常变化的，因而该电阻的值也是经常变化的。为了保证不锈钢触点6与中间管1之间测量电流不受该电阻的影响，必须在检测传感器5的电路设计上，使电路内阻具有自动调节功能，使得不锈钢触点6与中间管1之间处于导通状态时，通过二者之间的测量电流不受卤水(盐水)的浓度的影响，保持恒定值不变。
为达到上叙目的，检测传感器5上的检测电路采用由三端可调式电压调整器LM317和限流电阻R构成的恒流源电路组成，该电路输入端VIN接不锈钢触点6，输出端VOUT经限流电阻R和调节端ADJ汇合后通往测量电缆。恒流源电路输出电流IOUT＝1.2/R。为减小电解反应的影响和检测传感器5总测量电流，实取限流电阻R的值为240Ω，则IOUT＝4mA。三端可调式电压调整器LM317的电压调整率为3V≤(VIN-VOUT)≤40V，当地面设备中电源以40V电压向检测传感器的检测电路(恒流源电路)供电时，检测电路(恒流源电路)的内阻变化范围最大值为(40V-3V)/4mA＝9.25KΩ。根据试验，检测传感器5上的不锈钢触点6与中间管1之间卤水(盐水)浓度的变化导致不锈钢触点6与中间管1之间导电电阻为数十欧姆至数百欧姆，远小于检测电路(恒流源电路)的内阻9.25KΩ的变化范围，因而检测电路(恒流源电路)在不锈钢触点6与中间管1之间充满卤水(盐水)时4mA测量电流可保持恒定不变。
在油垫界面检测过程中，因有电流通过卤水(盐水)，必然发生电解反应，电解时阳极材料本身失电子而成为金属离子即阳极溶解。油垫界面检测仪的检测传感器5安装下井后连续工作时间最长可达三年，为避免检测传感器5上不锈钢触点6在长期的油垫界面检测过程中逐渐溶解消失，同时考虑将溶解对中间管造成的损害减轻至最低限度，在系统电路的设计中采取了以下两项技术措施1、将系统供电电源的正端接中间管，负端接电缆芯线。测量传感器内所有恒流源电路的极性按电源方向连接。在这种情况下，油垫界面检测过程中发生电解反应时中间管为阳极，由于中间管1的金属体积大，因而阳极溶解对中间管1造成的影响较小，油垫界面检测仪可长期正常工作。
2、油垫界面处于比较稳定的状态，并不需要连续监测，因此电路设计中在测量回路串接了常开按钮开关，仅当需要监测时按下常开按钮开关进行监测。这种工作方式显著降低了系统通电工作时间，中间管上发生阳极溶解的时间相应减少，因而阳极溶解对中间管造成的损害得到控制。
权利要求
1.油垫界面检测仪，包括中间管(1)、支架(2)、电缆芯线(3)、地面设备(4)、检测传感器(5)、触点(6)，其特征在于中间管(1)与支架(2)固定连接，检测传感器(5)与支架(2)连接，地面设备(4)分别通过电缆芯线(3)与中间管(1)、检测传感器(5)连接，在检测传感器(5)上设有触点(6)。
2.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于检测传感器(5)为圆柱体，直径≤20毫米。
3.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于检测传感器(5)的个数≥1。
4.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于触点(6)的个数≥1，每个触点(6)为圆片形，其直径6～7毫米，镶嵌在测量传感器(5)的表面上，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(5)的表面。
5.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于检测传感器(5)上的触点(6)与中间管(1)之间充有卤水。
6.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于检测传感器(5)上的每个测量点由相同的恒流源电路和一个触点(6)构成。
7.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于地面设备(4)由电源开关(41)、按钮开关(42)、电流表(43)、电压表(44)组成。
8.根据权利要求1所述的油垫界面检测仪，其特征在于检测传感器上(5)的检测电路采用由三端可调式电压调整器LM317和限流电阻R构成的恒流源电路组成，该电路输入端VIN接触点6，输出端VOUT经限流电阻R和调节端ADJ汇合后通往测量电缆。
全文摘要
一种用于天然气盐穴储气库造腔过程中的油垫界面检测仪，包括中间管(1)、检测传感器(5)、触点(6)等，地面设备(4)分别通过电缆芯线(3)与中间管(1)、检测传感器(5)连接，在检测传感器(5)上设有触点(6)，利用恒流源电路内阻随电压变化的特点，有效地克服了被测介质卤水浓淡变化所造成电阻变化的影响，保证了测量精度的要求；在电路系统设计中系统电源正极接中间管，使点不受电解反应阳极溶解的影响；电源回路中串接常开按钮开关采取非连续测量方式，减少了电解反应对中间管的溶解，测量精度高，使用寿命长，可满足天然气盐穴储气库造腔过程中长期进行油垫界面检测的要求。
文档编号G01N27/06GK101082598SQ200610083719
公开日2007年12月5日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者吴国明, 李萍, 魏东吼, 来恩良, 周裕京, 杨松 申请人:中国石油天然气股份有限公司