专利名称：多通道电阻式油水界面检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于盐穴储气库建设中应用的井下油水界面检测设备 现有技术
参阅图1。在盐穴储气库建设过程中，要通过井下中心管连续向 盐层注水，溶解盐层，再将含盐的卤水通过中心管与中间管之间的环 空连续排出至地面，达到在盐层中造腔的目的。为了控制盐层中溶解 盐层形成的腔体形状，需在中间管与井壁的环空内注入作为阻溶剂的 柴油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 了将柴油注入到预定深度位置，必需在预定深度位置中间管外壁上安 装油水界面检测传感器，检测注入柴油是否到达预定深度，以便及时 调整，保证安全造腔。
现有油水界面检测仪由地面检测设备和井下检测传感器组成，通过 单芯铠装电缆相连。现有油水界面检测仪在两方面存在不足之处。一 是在造腔过程中，随着腔体增大，柴油注入预定深度位置即油水界面 位置需要不断向上调整，范围可达数十米。而现有油水界面检测仪一 般仅使用一支检测传感器固定安装在中间管上，无法向上方调整以满 足油水界面检测要求。采用多个传感器安装在各个预定油水界面深度 位置，再用单芯电缆串联，可以满足检测范围的要求，但将使检测传 感器与所用单芯电缆之间的电缆连接件数量约为所用传感器数量的二 倍。由于多传感器共用同一根单芯电缆，这将导致任一连接件故障使 全部传感器失效。在目前井下高温高压条件下，检测传感器与所用单
芯电缆之间连接件连接成功率约为70%。多传感器串联方式的连接成 功率约为所用传感器数量的二倍个数70%相乘，该值过低以至多传感
器串联方式实际上无法应用于井下油水界面检测。另一方面，现有油 水界面检测仪的井下检测传感器上有二十个左右检测点，对应每个检 测点传感器内部主要是由集成电路组成的检测电路。在井下高温高压 条件下，油水界面检测传感器内部电子器件越多，出现故障的概率越 大。由于检测传感器内部所有对应每个检测点的电子电路均为并联， 因此检测传感器内部任何一个电子器件出现短路或漏电故障将导致全 部检测传感器失效。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多通道电阻式油水界面检测仪，采 用多通道技术可实现多传感器检测以满足盐穴储气库建腔要求。另一 方面，本实用新型采用电阻器作为井下检测传感器内的唯一检测电路 器件，简化了检测传感器电路，降低了检测传感器电路故障概率，可 满足检测传感器井下连续正常工作三年以上的工程要求，克服现有油 水界面检测仪难以实现多传感器检测的不足。
本实用新型多通道电阻式油水界面检测仪由地面检测设备、铠装电
缆和井下检测传感器组成。地面检测设备与检测传感器通过3 5芯铠 装电缆相连。井下检测传感器的数量为3 5个。
地面检测设备内包括检测电源、电压表、电流表和3 5个检测按钮 开关。3 5个检测按钮开关分别对应连接铠装电缆一根芯线所连接的 井下检测传感器。
检测传感器的结构是壳体由树脂基绝缘材料制成，壳体形状为 半圆柱形。在壳体内部固定有10 20个电阻值相同的检测电阻，每个 检测电阻的一端分别连接一个不锈钢触点，每个检测电阻的另一端均 连接在传感器内部总线上。不锈钢触点固定在壳体外侧，相邻两个不 锈钢触点之间距离相等，不锈钢触点的间距在10—20厘米之间。
为了将3 5芯铠装电缆与检测传感器实现连接，采用电缆转换器 将3 5芯铠装电缆转换成3 5根钢管电缆，每根钢管电缆与一只检 测传感器相连。
在检测传感器壳体的一端部固定有电缆连接器，用以实现钢管电 缆与检测传感器间的密封连接。
为了适应井场电源，地面检测设备的检测电源可为交流电源或直 流电源，分别使用在有交流电源的井场或无交流电源的井场。
检测传感器上不锈钢触点与裸眼井段之间为被测介质。被测介质 类型取决于注柴油深度，或是为绝缘体的柴油，或是为导体的卤水(盐 水)。地面检测设备内的检测电源一端经电流表、按钮开关接铠装电 缆中的一根芯线，另一端接铠装电缆外铠皮(大地)。两个检测端点 之间接电压表。由大地导电理论可知，大地导电电阻接近零，因此在 检测过程中可以不考虑大地导电电阻的影响。由于盐穴储气库深度一 般不超过两千米，3芯铠装电缆的每根芯线电阻在数十欧姆范围内。当 每支传感器内所有检测电阻器的并联阻值大于电缆芯线阻值三个数量 级，即达数十千欧姆时，则由于传感器内所有检测电阻器的并联阻值 为数千欧姆，远大于电缆芯线阻值，因而在进行油水界面检测时，电 缆芯线阻值对于测量精度的影响可以忽略不计。由于可以不考虑大地 电阻和电缆芯线电阻的影响，检测计算过程得以简化。当进行油水界 面检测时，按下按钮开关接通检测回路，当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时，对应该不锈钢触点的 传感器内部检测电阻器无电流通过；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检 测电阻器有电流通过。通过从地面检测设备中电压表的读取的测量电 压值除以从电流表读取的检测电流值，即可计算出检测回路电阻值。 用已知的传感器内一个检测电阻器的阻值除以计算出的检测回路电阻
值，可得到一个整数值，该整数值即为传感器内导通的电阻电路个数。 再将导通的电阻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，即可获得油垫界面高度值， 实现油垫界面的测量。
天然气盐穴储气库造腔过程中，本实用新型为适应测量范围变化的 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，可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，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，将三只检测传感器分别安装在不同的 造腔高度位置，分别与一根单芯钢管电缆相连。三只检测传感器一般 相隔数十米，以满足数年内腔体不断向上扩展的检测要求。测量传感 器均使用树脂基绝缘材料制成，制成的测量传感器为长半圆柱体，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。检测传感器上的每个测量点由一个检测电阻器和一个 不锈钢触点构成。检测电阻器密封于树脂基绝缘材料中，密封耐压达 25MPa以上，以保证检测传感器在超过1500米井深的盐穴储气库造腔 过程中，在高温、高压环境中可以长期可靠的工作。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检测电阻器相连，外侧处于检测传感器 的表面，可与被测介质油垫或卤水直接接触。
本实用新型的效果是本实用新型多通道电阻式油水界面检测仪内 仅使用检测电阻器能降低井下高温对传感器内部电路的影响，提高了 传感器井下工作寿命；传感器内部电路器件数量减少，有利于提高传 感器加工制造过程中的密封可靠性。
本实用新型中的电缆转换器实现了将一根三芯铠装电缆在井下接 近传感器处转化成三根单芯钢管电缆，每根单芯钢管电缆接一支传感
器，实现了每一支传感器有自己独立检测通道，互不影响，可避免使 用单芯铠装电缆、多传感器串联时出现的任一支传感器发生故障导致
全部传感器受其影响不能正常工作的局面，使连接成功率均为90%，
为使用多传感器应用于井下多段检测油水界面提供了可实际应用的检 测手段。
图1是盐穴储气库建腔过程油水界面检测示意图。
图2是检测传感器外形示意图。
图3是检测传感器结构剖面示意图。
图4是本实用新型多通道电阻式油水界面检测仪连接结构示意图。 图5是本实用新型多通道电阻式油水界面检测仪原理示意图。
具体实施方式
实施例l:以连接3个检测传感器2为例，对本实用新型作进一步
详细说明。
参阅图1。多通道电阻式油水界面检测仪由地面检测设备、铠装电
缆8和井下检测传感器2组成。地面检测设备与检测传感器2通过3 芯铠装电缆8相连。铠装电缆8使用电缆固定卡子固定在中间管1上。 井下检测传感器2的数量为3个。
地面检测设备内包括检测电源4、 一个电压表、 一个电流表和3个 检测按钮开关7。电压表并联在电源4和开关5的两端。检测电源4、 电流表和3个检测按钮开关7串联连接； 一组3个检测按钮开关7分 别对应连接3芯铠装电缆8的一根芯线。3芯铠装电缆8在3个检测传 感器2的上端，采用电缆转换器14将3芯铠装电缆转换成3根钢管电 缆15，每根钢管电缆15与一只检测传感器2相连。
检测传感器2的结构是壳体9由树脂基绝缘材料制成，壳体9 形状为半圆柱体。半圆柱体的长度一般为两米。在壳体9内部固定有
10个电阻值相同的检测电阻10，每个检测电阻10的一端分别连接一 个不锈钢触点11，每个检测电阻10的另一端均连接到检测传感器内部 总线12。内部总线12通过电缆连接件与钢管电缆15的芯线连接。不 锈钢触点11固定在壳体9外侧，相邻两个不锈钢触点11之间距离均 相等，不锈钢触点11的间距为10—20厘米。在壳体9端部固定有电 缆连接器13用于钢管电缆和检测传感器之间连接。
地面检测设备的电源为交流电源或直流电源，电源电压在数十伏 至数百伏之间。
本实用新型在中间管1下井过程中，将三个检测传感器2根据检测 设计深度要求安装在相应的中间管1相应立柱上。将三根钢管电缆15 与三个检测传感器2分别相连。将电缆转换器14装入保护支架。在下 井的过程中，使用固定卡子将三芯铠装电缆8固定在每根下井的立柱 上。由于三芯铠装电缆8外铠皮与中间管1相连，中间管l成为油垫 界面检测仪检测回路的一部分。检测传感器2和三芯铠装电缆8下井 完成后，在地面将三芯铠装电缆8与油水界面检测仪的地面设备相连。
在天然气盐穴储气库造腔工程开工后，中间管与套管间巳注入油柴 油。当需检测柴油与卤水的分界面时，打开地面设备电源开关5，电压 表3显示电源电压值，按下三个按钮开关7任一个，电流表6显示流 过对应该按钮开关5的井下检测传感器2的电流值。将电源电压值除 以检测电流值，可得该井下检测传感器2的导通电阻值。将检测传感 器2内一个检测电阻IO额定电阻值除以该导通电阻值，即可获得该检 测传感器2内检测电阻的导通数，再将检测电阻器2的导通数乘以不 锈钢触点11间的间距值，加上该检测传感器安装的下部起点深度值， 即可计算出油垫与卤水分界面的深度。
权利要求1、一种多通道电阻式油水界面检测仪，主要由地面检测设备、铠装电缆(8)和井下检测传感器(2)组成，其特征在于地面检测设备与检测传感器(2)通过3～5芯铠装电缆(8)相连，井下检测传感器(2)的数量为3～5个；地面检测设备内包括检测电源(4)、电压表、电流表和3～5个检测按钮开关(7)，3～5个检测按钮开关(7)分别对应连接铠装电缆(8)的一根芯线所连接的井下检测传感器(2)；检测传感器(2)的结构是壳体(9)由树脂基绝缘材料制成，壳体(9)形状为半圆柱形，在壳体(9)内部固定有10～20个电阻值相同的检测电阻(10)，每个检测电阻(10)的一端分别连接不锈钢触点(11)，每个检测电阻(10)的另一端分别连接传感器内部总线(12)，不锈钢触点(11)固定在壳体(9)外侧，相邻两个不锈钢触点(11)之间距离相等，不锈钢触点(11)的间距在10-20厘米之间。
2、 根据权利要求书l所述的多通道电阻式油水界面检测仪，其特 征在于采用电缆转换器(14)将3 5芯铠装电缆(8)转换成3 5根钢 管电缆(15)，每根钢管电缆(15)与一只检测传感器2相连。
3、 根据权利要求书l所述的多通道电阻式油水界面检测仪其特征 在于地面检测设备的电源(4)为交流电源或直流电源。
4、 根据权利要求书l所述的多通道电阻式油水界面检测仪其特征 在于在壳体(9)的一端部固定有电缆连接器(13)。
5、 根据权利要求书l所述多通道电阻式油水界面检测仪其特征在 于不锈钢触点(ll)为圆片形，直径8 15毫米。
专利摘要多通道电阻式油水界面检测仪，应用于盐穴储气库建设中的井下油水界面检测。特征是地面检测设备与检测传感器通过3～5芯铠装电缆相连。铠装电缆使用电缆固定卡子固定在中间管上。井下检测传感器的数量为3～5个。检测按钮开关组中的每一个开关分别对应连接铠装电缆的一根芯线所连接的井下检测传感器。检测传感器的结构是在壳体内部固定有10～20个检测电阻，检测电阻的一端分别连接一个不锈钢触点，另一端均连接到传感器内部总线。效果是降低井下高温对传感器内部电路的影响，提高了传感器井下工作寿命；传感器内部电路器件数量减少，有利于提高传感器加工制造过程中的密封可靠性。
文档编号G01N27/06GK201188092SQ20082008002
公开日2009年1月28日 申请日期2008年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者磊 乔, 吴国明, 周裕京, 平 屈, 庄晓谦, 萍 李, 来恩良, 田中岚, 申瑞臣, 袁光杰, 袁进平, 路立君, 高彦尊, 齐奉忠 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院