一种水锤激发装置及盐穴储气库造腔用油水界面检测仪的制作方法

本实用新型涉及一种水锤激发装置及盐穴储气库造腔用油水界面检测仪，属于盐穴储气库造腔技术领域。

背景技术：

在天然气盐穴13储气库造腔过程中，需要通过中心管15由地面向井下盐层注水，并通过中心管15和中间管12之间的环空返出卤水14。随着这一过程的不断进行，盐层中会形成空腔并不断增大，直至该空腔的体积达到设计要求。在造腔过程中，为保证盐层的底部和顶部不被溶穿，防止储存的天然气发生泄漏，通常由中间管12和套管9之间的环空向井下注入柴油10作为阻溶剂；由于柴油的密度小于卤水，柴油位于卤水的上方，通过调节柴油/卤水界面的深度，即可控制溶腔的形状并保护盐层的底部和顶部不被溶穿。现有技术基于电流源理论，检测精度受制于传感器的数量和分布；随着油水界面深度的不断变化，需要定期调整管柱位置，工作量大；此外，针对高温高压盐穴储气库，传感器的工作寿命受到极大挑战。此外采用光纤测量油水界面现场已有应用，测量精度同样受制于测温点的数量和分布，且设备昂贵。目前缺少一种低成本、施工方便且高精度的测量方案。

因此，如何改变这一现状并提供一种油水界面检测仪及检测方法已经成为盐穴造腔领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种水锤激发装置。

本实用新型的目的还在于提供一种包含所述水锤激发装置的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪。

本实用新型的目的又在于提供一种采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪的油水界面检测方法。

为达到上述目的，一方面，本实用新型提供了一种水锤激发装置，该装置包括放空阀、低压室、控制阀及高压室；

其中，所述低压室的第一端与所述放空阀相连接，该低压室的第二端与所述控制阀的第一端相连接；该控制阀的第二端与所述高压室的第一端相连接，该高压室的第二端设置有用于与井口相连接的外螺纹；

所述低压室安装有用于读取低压室内压力的压力表；

所述高压室安装有用于采集压力信号的压力传感器，及温度压力一体式传感器。

根据本实用新型所述的水锤激发装置，优选地，所述压力传感器为压电式压力传感器。

在使用过程中，本实用新型所提供的水锤激发装置产生压力波动并同时采集动态的压力信号，再经由数据采集设备进入计算机，并交由信号处理及分析系统进行后处理。

根据本实用新型所提供的水锤激发装置，其中，所述压力传感器用于测量环空中动态的压力信号；所述温度压力一体式传感器用于测量井口的温度和压力。

另一方面，本实用新型还提供了一种盐穴储气库造腔用油水界面检测仪，其包括所述水锤激发装置、数据采集设备及计算机；

其中，所述水锤激发装置经由数据采集设备与所述计算机电相连；且所述计算机安装有信号处理及分析系统。

根据本实用新型所述的检测仪，优选地，所述数据采集设备为采样率可调的数据采集设备。

根据本实用新型所述的检测仪，优选地，所述信号处理及分析系统包括数据采集模块、滤波模块及分析计算模块；

其中，所述滤波模块为用于采用小波分析和卡尔曼滤波进行数字信号处理的滤波模块；

所述分析计算模块为用于采用接箍法、回音标法或声速法计算界面深度的分析计算模块。

根据本实用新型所述的检测仪，其中，所述数据采集设备、信号处理及分析系统均为本领域使用的常规设备或系统。

本实用新型所述的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪可以适用于多种不同的方法进行油水界面检测，为了进一步对本实用新型的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的检测仪对油水界面进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：

采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到接箍波和界面波；

如果所述接箍波清晰，则采用所述接箍法得到油水界面深度，按照以下步骤操作：首先测得压力波经过该套管的平均波速ν，再根据该平均波速ν、界面波到达压力传感器的时间T及最后一个接箍波到达压力传感器的时间t1，得到所述油水界面深度L_Interface；

如果所述接箍波无法辨识，且井筒中安装有回音标，则采用所述回音标法得到油水界面深度，按照以下步骤操作：

首先，采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到回音标波；然后测得井口到回音标处的平均波速v；最后根据该平均波速v、回音标波到达压力传感器的时间t1以及界面波到达压力传感器的时间T得到所述油水界面的深度。

根据本实用新型所述的方法，具体地，如果所述接箍波无法辨识，且井筒中未安装有回音标，则采用所述声速法得到油水界面深度，按照以下步骤操作：

建立井筒温度场模型、压力场模型及波速模型，再根据该井筒温度场模型、压力场模型及波速模型分别计算全井筒的温度剖面、压力剖面，进而计算波速剖面；最后根据所述界面波到达压力传感器的时间T，计算得到所述油水界面深度L_Interface。

根据本实用新型所述的方法，具体地，所述采用盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到接箍波、界面波及回音标波包括以下具体步骤：

1)、将所述水锤激发装置的控制阀和放空阀完全打开，配合井口处的阀门，排空水锤激发装置中的空气；

2)、关闭放空阀，完全打开井口处的阀门，关闭控制阀，此时水锤激发装置中的压力等于井口套压；再缓慢开启放空阀，低压室泄压，使高压室和低压室之间产生一合适压差，关闭放空阀；

3)、快速开启并关闭控制阀，产生压力波，该压力波在环空里的柴油中向井下传播；压力传感器采集由接箍、油水界面及回音标反射回来的压力信号，再经由数据采集设备进入计算机，并交由信号处理及分析系统进行后处理，得到所述接箍波、界面波及回音标波。

根据本实用新型所述的方法，具体地，步骤2)中所述压差的大小为3-5MPa。

根据本实用新型所述的方法，具体地，步骤3)中所述后处理包括采用小波分析和卡尔曼滤波对所述压力信号进行数字信号处理。

根据本实用新型所述的方法，所述回音标为本领域使用的常规部件，在本实用新型具体实施方式中，所述回音标包括安全阀、套管鞋等。

根据本实用新型所述的方法，具体地，采用所述接箍法得到油水界面深度，具体按照以下步骤操作：

首先根据已知的管柱表确定每一个接箍波所对应的深度，并将最后一个接箍波所对应的深度记为L；然后确定最后一个接箍波和倒数第二个接箍波到达压力传感器的时间，分别记为t1和t2，以及最后一个接箍波和倒数第二个接箍波所对应的接箍之间套管的长度，记为l，由此通过下式1计算得到压力波经过该套管的平均波速ν：

再确定所述界面波到达压力传感器的时间，记为T，最后根据所述平均波速ν及最后一个接箍波到达传感器的时间t1，依据下式2计算得到油水界面深度L_Interface：

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v 式2。

根据本实用新型所述的方法，其中，所述接箍波、回音标波、界面波都是压力波，压力波遇接箍反射回井口的叫做接箍波，压力波遇回音标反射回井口的叫做回音标波，压力波遇油水界面反射回井口的叫做界面波。

根据本实用新型所述的方法，具体地，采用所述回音标法得到油水界面深度，具体按照以下步骤操作：

首先，采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到回音标波；然后确定所述回音标波到达压力传感器的时间t1，再根据已知的回音标的下入深度L通过下式3计算得到井口到回音标处的平均波速v：

v＝2L/t1 式3；

最后根据该平均波速v、回音标波到达压力传感器的时间t1以及界面波到达压力传感器的时间T，依据下式4得到所述油水界面的深度L_Interface；

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v 式4。

根据本实用新型所述的方法，具体地，采用所述声速法得到油水界面深度，具体按照以下步骤操作：

建立井筒温度场模型、压力场模型及波速模型，再根据该井筒温度场模型、压力场模型及波速模型分别计算全井筒的温度剖面、压力剖面，进而通过下式5计算波速剖面；

最后根据所述界面波到达压力传感器的时间T，通过下式6计算得到所述油水界面深度L_Interface；

L_Interface＝0.5×T×v 式6。

采用本实用新型提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪及油水界面检测方法可准确实时测量井筒中的油水界面深度，且检测过程中无需在井筒中下入测量工具。

附图说明

图1为本实用新型所提供的水锤激发装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪的结构示意图；

图3为本实用新型提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪的工作原理示意图。

主要附图标号说明：

1、放空阀；2、低压室；3、控制阀；4、高压室；5、压力表；6、压力传感器；7、温度压力一体式传感器；

8、水锤激发装置；9、套管；10、柴油；11、油水界面；12、中间管；13、盐穴；14、卤水；15、中心管；

16、数据采集设备；17、信号处理及分析系统；18、计算机；19、数据采集模块；20、滤波模块；21、分析计算模块。

具体实施方式

以下通过具体实施例及说明书附图详细说明本实用新型的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种水锤激发装置8，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，该装置包括放空阀1、低压室2、控制阀3及高压室4；

其中，所述低压室2的第一端与所述放空阀1相连接，该低压室2的第二端与所述控制阀3的第一端相连接；该控制阀3的第二端与所述高压室4的第一端相连接，该高压室4的第二端设置有用于与井口相连接的外螺纹；

所述低压室2安装有压力表5；

所述高压室4安装有压力传感器6及温度压力一体式传感器7。

实施例2

本实施例提供了一种盐穴储气库造腔用油水界面检测仪，其结构示意图如图2所示，其工作原理示意图如图3所示；从图2中可以看出，该检测仪包括实施例1提供的水锤激发装置8、数据采集设备16及计算机18；

其中，所述水锤激发装置8经由数据采集设备16与所述计算机18相连；且所述计算机18安装有信号处理及分析系统17；

所述数据采集设备16为采样率可调的数据采集设备；

所述信号处理及分析系统17包括数据采集模块19、滤波模块20及分析计算模块21；

其中，所述滤波模块20为用于采用小波分析和卡尔曼滤波进行数字信号处理的滤波模块，所述分析计算模块21为用于采用接箍法、回音标法或声速法计算界面深度的分析计算模块。

实施例3

本实施例提供了一种盐穴储气库造腔过程中的油水界面检测方法，其是采用实施例2所提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪实现的，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到反射回来的压力信号；

1)、将所述水锤激发装置的控制阀和放空阀完全打开，配合井口处的阀门(图中未标注)，排空水锤激发装置中的空气；

2)、关闭放空阀，完全打开井口处的阀门，关闭控制阀，此时水锤激发装置中的压力等于井口套压；再缓慢开启放空阀，低压室泄压，使高压室和低压室之间产生一个3MPa的压差，关闭放空阀；

3)、快速开启并关闭控制阀，产生压力波，该压力波在环空里的柴油中向井下传播；压力传感器采集由套管接箍、油水界面11反射回来的压力信号，再经由数据采集设备进入计算机，并交由信号处理及分析系统进行后处理，得到所述接箍波和界面波；

步骤(2)、观察到所述接箍波清晰，则首先根据已知的管柱表确定每一个接箍波所对应的深度，并将最后一个接箍波所对应的深度记为L＝600m；然后确定最后一个接箍波和倒数第二个接箍波到达传感器的时间，分别记为t1＝1s和t2＝0.984s，以及最后一个接箍波和倒数第二个接箍波所对应的接箍之间套管的长度，记为l＝9.6m，由此根据下式计算得到压力波经过该套管的平均波速ν＝1200m/s：

再确定所述界面波到达压力传感器的时间，记为T＝1.2s，最后根据所述平均波速ν及最后一个接箍波到达传感器的时间t1通过下式计算得到界面深度L_Interface＝720m；

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v。

实施例4

本实施例提供了一种盐穴储气库造腔过程中的油水界面检测方法，其是采用实施例2所提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪实现的，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到反射回来的压力信号；

1)、将所述水锤激发装置的控制阀和放空阀完全打开，排空水锤激发装置中的空气；

2)、关闭放空阀，完全打开井口处的阀门，关闭控制阀，此时水锤激发装置中的压力等于井口套压；再缓慢开启放空阀，低压室泄压，使高压室和低压室之间产生一个3MPa的压差，关闭放空阀；

3)、快速开启并关闭控制阀，产生压力波，该压力波在环空里的柴油中向井下传播；压力传感器采集由套管接箍、回音标及油水界面反射回来的压力信号，再经由数据采集设备进入计算机，并交由信号处理及分析系统进行后处理，得到所述接箍波、回音标波和界面波；

观察所述接箍波无法辨识，且因井筒中安装有回音标，则采用所述回音标法得到油水界面深度，按照以下步骤操作：

步骤(2)、确定所述回音标波到达压力传感器的时间，记为t1＝1s，确定所述界面波到达压力传感器的时间，记为T＝1.2s，根据已知的回音标下深L＝600m计算井口到回音标处的平均波速v＝2L/t1＝1200m/s，进而根据下式计算界面深度L_Interface＝720m；

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v。

实施例5

本实施例提供了一种盐穴储气库造腔过程中的油水界面检测方法，其是采用实施例2所提供的盐穴储气库造腔用油水界面检测仪实现的，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、采用所述盐穴储气库造腔用油水界面检测仪得到反射回来的压力信号；

1)、将所述水锤激发装置的控制阀和放空阀完全打开，排空水锤激发装置中的空气；

2)、关闭放空阀，关闭控制阀，此时水锤激发装置中的压力等于井口套压；再缓慢开启放空阀，低压室泄压，使高压室和低压室之间产生一个3MPa的压差，关闭放空阀；

3)、快速开启并关闭控制阀，产生压力波，该压力波在环空里的柴油中向井下传播；压力传感器采集由套管接箍、油水界面反射回来的压力信号，再经由数据采集设备进入计算机，并交由信号处理及分析系统进行后处理，得到所述接箍波、界面波；

观察所述接箍波无法辨识，且因井筒中未安装有回音标，则采用所述回音标法得到油水界面深度，按照以下步骤操作：

步骤(2)、确定所述界面波到达压力传感器的时间，记为T＝1.471s，柴油密度为800kg/m³，地温梯度为3℃/100m，井口温度20℃，井口压力为6MPa，按照如下方法(步骤a-f)迭代计算：

a、设初始油水界面深度为1000m；

b、根据地温梯度和柴油密度计算柴油液柱中点的温度值(35℃)和压力值(9.924MPa)；

c、根据温度和压力数据通过下式计算柴油波速v＝1351.7m/s；

d、根据L_Interface＝0.5×T×v计算新的油水界面深度，该深度为994.18m；

e、比较新油水界面深度及初始油水界面深度，若偏差大于0.001，则令初始油水界面深度为994.18m，返回步骤a，再次计算，直至偏差小于0.001；

f、最终计算界面深度为994.29m。