压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，所述压控开关控制串联式井下油水界面检测系统包括：包括一地面检测仪；一油水界面检测传感器组，通过铠装电缆与所述的地面检测仪相连接；所述的油水界面检测传感器组由4个油水界面检测传感器组成。通过由4个油水界面检测传感器以及地面检测仪组成的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统能够测量井下油水界面，实现井下油水界面的连续测量，提高井下油水界面检测深度范围和测量精度，减少造腔外管上提次数，降低造腔成本，满足反循环造腔新的造腔工程技术对井下油水界面的测量要求。
【专利说明】压控开关控制串联式井下油水界面检测系统
【技术领域】
[0001]本发明关于盐穴储气库造腔工程【技术领域】，特别是关于用于控制地下盐穴腔体形状的保护层界面的检测技术，具体的讲是一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统。
【背景技术】
[0002]盐穴储气库造腔工程是使用完成钻进工作的造腔井，从造腔内管中连续向井下盐层中注入淡水，通过溶解盐岩转变成为卤水，再将卤水通过造腔内管和造腔外管之间的环空连续排出至地面，从而在井下盐层中形成一定体积特定形态的储存空间作为储气库。在造腔过程中，为了保证该储存空间达到设计要求，需要在造腔外管与生产套管及井壁的环空内注入作为保护层材料的柴油到达工程设计的深度位置，以有效控制淡水溶解岩盐的深度范围，控制盐穴储气库的造腔过程，直至完成盐穴储气库造腔工程。为了在盐穴储气库的造腔过程按照计划造腔并防止出现冒顶等重大事故，必需在井下腔体不断扩大的过程中，严格控制油水界面的位置，以保障造腔安全施工。为实现这一目的，需在造腔全过程使用井下油水界面检测仪对井下油水界面进行检测。
[0003]目前采用的油水界面检测方法均为将油水界面传感器安装在造腔外管外壁上，随造腔外管一起下入井内。油水界面传感器通过电缆与地面检测设备相连，可以检测注入柴油是否到达设计深度，以便及时调整，保证安全造腔。
[0004]在造腔过程中，随着腔体增大，油水界面的设计深度需要不断向上调整，范围可达近百米。现有油水界面检测仪一般是使用一根电缆连接I只检测传感器进行油水界面检测。为满足高达数十米盐穴储气库造腔过程油水界面检测的的需要，必需通过工程作业不断上提安装管柱，调整检测传感器深度位置，以满足井下油水界面检测深度范围要求。这种情况显著增加了油水界面检测仪的使用成本，不利于油水界面检测仪的推广应用。为扩大油水界面检测仪的检测范围，可以采用一根电缆串联连接3只检测传感器，3只检测传感器之间根据工程需要相隔一定长度区间安装，扩大了油水界面检测范围，减少了上提安装管柱工程作业次数，降低了盐穴储气库造腔工程成本。但是3只检测传感器检测油水界面依然偏少，在开发新技术时应尽可能增加井下检测传感器的数量。同时，井下检测传感器长期浸泡在齒水中，传感器与电缆的连接件及传感器之间的连接电缆存在轻微漏电，影响油水界面的正常测量，必需寻求消除漏电影响的技术方案。
[0005]上述油水界面检测仪采用一根电缆串联连接3只井下检测传感器，扩大了油水界面检测范围，减少了上提安装管柱工程作业次数，降低了盐穴储气库造腔工程成本。但在实际应用中，一般在油水界面检测仪安装应用一年以后，由于井下检测传感器之间的连接电缆长期处于高温高压的卤水中，出现老化，不同程度存在轻微漏电。而长期处于高温高压卤水中的检测传感器上与电缆的连接件，也由于老化出现轻微漏电。两方面漏电的影响，将导致油水界面检测仪无法正常工作。
[0006]两方面漏电的影响具体过程如下:进行油水界面检测时，当首先使用下部第I只检测传感器进行油水界面检测时，测量电缆、所有检测传感器之间的连接电缆和所有检测传感器与电缆的连接件均处于柴油中。由于柴油的绝缘作用，上述存在的轻微漏电均消失，对下部第I只检测传感器正常检测油水界面没有影响。当使用下部第I只检测传感器上方的第2只检测传感器进行油水界面检测时，下部第I只检测传感器上的电缆连接件及连接电缆处于卤水中均有轻微漏电，对第2只检测传感器正常检测油水界面产生影响。当使用下部第2只检测传感器上方的第3只检测传感器进行油水界面检测时，下部第I只检测传感器和第2只检测传感器上的电缆连接件及连接电缆处于卤水中均有轻微漏电，对第3只检测传感器正常检测油水界面产生较大的影响。一个盐穴储气库的造腔工程一般需要5至6年方可完工，在此期间井下油水界面检测仪必需保证始终能够正常检测油水界面。当这些漏电量超过容许值时，将会造成油水界面检测仪无法进行油水界面的正常检测。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中油水界面检测方案的油水界面检测仪无法满足井下油水界面检测深度范围要求的难题，本发明提供了一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，通过在底板上设置检测电路以及不锈钢触点，实现了能在90°C的高温环境和25Mpa的高压环境长期正常完成检测工作，适应我国盐穴储气库的建设已经开始向深井发展，对油水界面的检测设备提出的更高性能要求使用的油水界面检测传感器，由4个油水界面检测传感器以及地面检测仪组成的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统能够测量井下油水界面，实现井下油水界面的连续测量。
[0008]本发明的目的是，提供一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，包括一地面检测仪；一油水界面检测传感器组，通过铠装电缆与所述的地面检测仪相连接；所述的油水界面检测传感器组由4个油水界面检测传感器组成。
[0009]优选的，所述的4个油水界面检测传感器互相串联。
[0010]优选的，所述的油水界面检测传感器包括:底板；设置在所述底板上的一检测电路，所述的检测电路包括多个恒流源电路以及多个二极管，每个所述的恒流源电路一端并联、另一端与一所述二极管的负端相连接；镶嵌在所述底板上的多个不锈钢触点，每个所述的不锈钢触点与一所述二极管的正端相连接。
[0011]优选的，所述恒流源电路的数量与所述二极管的数量、所述不锈钢触点的数量相同。
[0012]优选的，所述恒流源电路的数量为5。
[0013]优选的，所述的油水界面检测传感器还包括设置在上端部的一电缆密封连接件。
[0014]优选的，所述的油水界面检测传感器还包括设置在上端部的一电缆密封连接件、设置在下端部的一电缆密封连接件。
[0015]优选的，所述的油水界面检测传感器还包括设置在所述恒流源电路的并联线与所述下端部的电缆密封连接件之间的压控开关。
[0016]优选的，所述的底板由树脂基绝缘材料制成。
[0017]优选的，所述的不锈钢触点为圆片型，由镶嵌固化在所述底板表面上的触点以及镶嵌固化在所述底板内的圆杆部组成。
[0018]优选的，所述的油水界面检测传感器的厚度小于20毫米，最高密封耐压为25Mpa，最大油水界面检测深度为2500米，最高工作温度为90°C。
[0019]优选的，所述的铠装电缆为单芯铠装电缆。
[0020]优选的，所述的地面检测仪包括稳压检测电源、与所述的稳压检测电源相连接的检测电流表以及与所述的检测电流表相连接的检测开关。
[0021]本发明的有益效果在于，提供了一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，通过在底板上设置检测电路以及不锈钢触点，实现了能在90°C的高温环境和25Mpa的高压环境长期正常完成检测工作，适应我国盐穴储气库的建设已经开始向深井发展，对油水界面的检测设备提出的更高性能要求使用的油水界面检测传感器，由4个油水界面检测传感器以及地面检测仪组成的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统能够测量井下油水界面，实现井下油水界面的连续测量，提高井下油水界面检测深度范围和测量精度，减少造腔外管上提次数，降低造腔成本，满足反循环造腔新的造腔工程技术对井下油水界面的测量要求。
[0022]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式一的结构框图；
[0025]图2为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式二的结构框图；
[0026]图3为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式二的外形图；
[0027]图4为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式二的剖视图；
[0028]图5为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式三的结构框图；
[0029]图6为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式三的外形图；
[0030]图7为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式三的剖视图；
[0031]图8为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的结构框图；
[0032]图9为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的具体实施例的示意图；
[0033]图10为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统中地面检测仪的具体结构示意图；
[0034]图11为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的具体实施例的电路原理图；
[0035]图12为盐穴储气库造腔过程油水界面的检测示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]本发明属于地下盐穴储气库造腔工程【技术领域】，特别涉及一种用于控制盐穴腔体形状的保护层界面检测设备。
[0038]图12为盐穴储气库造腔过程油水界面检测示意图。由图12可知，I为地面检测仪，2为注水，3为注柴油，4为造腔内管，5为套管，6为柴油，7为造腔外管，8为油水界面，9为排卤水，10为检测传感器，11为裸眼井段，12为单芯铠装电缆。通过造腔内管连续向盐层注水，溶解盐层，再将含盐的卤水通过造腔内管与造腔外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，需在造腔外管与井壁的环空内注入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造腔外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。
[0039]现有技术中的油水界面检测系统由地面检测仪I和井下检测传感器10组成，通过单芯铠装电缆相连。其为将油水界面检测传感器安装在造腔外管外壁上，随造腔外管一起下入井内。油水界面检测传感器通过电缆与地面检测设备相连，可以检测注入柴油是否到达设计深度，以便及时调整，保证安全造腔。然而，在造腔过程中随着腔体的增大，油水界面的设计深度需要不断向上调整，范围可达数十米。现有的油水界面检测仪使用一根电缆仅能连接一只检测传感器，无法满足井下油水界面检测深度范围要求。
[0040]本发明使用4只检测传感器串联进行油水界面检测时，将4只检测传感器分别安装在各个预定检测深度位置，再用单芯铠装电缆将检测传感器串联连接。
[0041]图8为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的结构框图，由图8可知，所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统包括:
[0042]—地面检测仪I ;
[0043]一油水界面检测传感器组2，通过铠装电缆与所述的地面检测仪I相连接；
[0044]所述的油水界面检测传感器组2由4个所述的油水界面检测传感器200组成。
[0045]在具体的实施方式中，所述的油水界面检测传感器组2由4个串联的油水界面检测传感器构成。因此，本发明的井下油水界面检测系统是压控开关控制的串并联电阻式井下油水界面检测仪。也即本发明由地面检测设备M、单芯铠装电缆L、4支井下检测传感器DU D2、D3、D4、D5组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器D1、D2、D3、D4、D5之间使用单芯铠装电缆串联连接。
[0046]本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式一的结构框图如图1所示，由图1可知，所述的油水界面检测传感器200包括:
[0047]底板201;
[0048]设置在所述底板上的一检测电路202，所述的检测电路包括多个恒流源电路203以及多个二极管204，每个所述的恒流源电路一端并联、另一端与一所述的二极管的负端相连接；
[0049]镶嵌在所述底板上的多个不锈钢触点205，每个所述的不锈钢触点与一所述二极管的正端相连接。
[0050]本发明提供的油水界面检测传感器中所述恒流源电路的数量分别与二极管的数量、不锈钢触点的数量相同。如在如图4所示的实施例中，恒流源电路的数量、二极管的数量、不锈钢触点的数量相同，均为5。所述的底板由树脂基绝缘材料制成。
[0051]也即，本发明是一种开关控制串联式油水界面检测仪，采用恒流源电路作为井下检测传感器内主要检测电路器件，4只检测传感器串联测量井下油水界面，扩大井下油水界面检测深度范围，减少造腔外管上提次数，降低造腔成本，满足地下盐岩储气库造腔工程的需要。
[0052]图2为本发明实施例提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的油水界面检测传感器的实施方式二的结构框图，由图2可知，在实施方式二中，所述的油水界面检测传感器200包括:
[0053]底板201;
[0054]设置在所述底板上的一检测电路202，所述的检测电路包括多个恒流源电路203以及多个二极管204，每个所述的恒流源电路一端并联、另一端与一所述的二极管的负端相连接；
[0055]镶嵌在所述底板上的多个不锈钢触点205，每个所述的不锈钢触点与一所述二极管的正端相连接；
[0056]设置在上端部的一电缆密封连接件206，用于检测油水界面检测传感器与单芯铠装电缆之间的密封连接。
[0057]图3为当恒流源电路的数量、二极管的数量、不锈钢触点的数量均为5时，本发明的油水界面检测传感器的实施方式二的外形图，由图3可知，本发明提供的油水界面检测传感器由树脂基复合材料制成的底板201及镶嵌固化在其上表面的不锈钢触点205构成。该实施例中的油水界面检测传感器只有上端有电缆密封连接件206和铠装电缆相连。油水界面检测传感器长I米。不锈钢触点直径为10毫米。两个不锈钢触点之间间距200毫米。每只检测传感器上共有4个不锈钢触点。检测传感器Dl只有单端有电缆密封连接件和铠装电缆相连。
[0058]图4为当恒流源电路的数量、二极管的数量、不锈钢触点的数量均为5时，本发明的一种油水界面检测传感器的实施方式二的剖视图，由图4可知，所述的不锈钢触点205为圆片型，由镶嵌固化在所述底板表面上的触点2051以及镶嵌固化在所述底板内的圆杆部2052组成，不锈钢触点C的圆杆部、电缆连接件底座均镶嵌固化在树脂基复合材料的底板内；检测电路的恒流源电路203、二极管204、恒流源电路并联线208和所有器件间连接导线均由和底板同类的树脂基复合材料所填埋覆盖。电路上所有恒流源电路的一端连接二极管的负端，二极管的正端连接不锈钢触点。恒流源电路的另一端均与检测电阻并联线相连。本实施例中的油水界面检测传感器仅单端有电缆连接件。
[0059]图5为本发明实施例提供的一种油水界面检测传感器的实施方式三的结构框图，由图3可知，在实施方式三中，所述的油水界面检测传感器200包括:
[0060]底板201;
[0061]设置在所述底板上的一检测电路202，所述的检测电路包括多个恒流源电路203以及多个二极管204，每个所述的恒流源电路一端并联、另一端与一所述的二极管的负端相连接；
[0062]镶嵌在所述底板上的多个不锈钢触点205，每个所述的不锈钢触点与一所述二极管的正端相连接；
[0063]设置在上端部的一电缆密封连接件206、设置在下端部的一电缆密封连接件206，用于检测油水界面检测传感器与单芯铠装电缆之间的密封连接。
[0064]设置在所述恒流源电路的并联线与所述下端部的电缆密封连接件之间的压控开关 207。
[0065]图6为当恒流源电路的数量、二极管的数量、不锈钢触点的数量均为5时，本发明提供的一种油水界面检测传感器的实施方式二的外形图，由图6可知，本发明提供的油水界面检测传感器由树脂基复合材料底板201及镶嵌固化在其上表面的不锈钢触点205构成。本实施例中的油水界面检测传感器两端均有电缆连接件206。检测传感器两端的电缆密封连接件与铠装电缆相连。检测传感器长I米。不锈钢触点直径10毫米。两个不锈钢触点之间间距200毫米。每只检测传感器上共有4个不锈钢触点。检测传感器D2、D3、D4两端均有电缆密封连接件，与铠装电缆相连。
[0066]图7为当恒流源电路的数量、二极管的数量、不锈钢触点的数量均为5时，本发明提供的一种油水界面检测传感器的实施方式二的剖视图，由图7可知，不锈钢触点205为圆片型，由镶嵌固化在所述底板表面上的触点2051以及镶嵌固化在所述底板内的圆杆部2052组成，不锈钢触点C的圆杆部、电缆连接件206底座均镶嵌固化在树脂基复合材料底板201内；恒流源电路203、二极管204、检测电阻并联线208和所有器件间连接导线均由和底板同类的树脂基复合材料所填埋覆盖。电路上所有恒流源电路的一端连接二极管的负端，二极管的正端连接不锈钢触点。恒流源电路的另一端均与检测电阻并联线相连。本实施例中的油水界面检测传感器两端均有电缆连接件。电缆连接密封装置用于检测传感器与单芯铠装电缆之间的密封连接。在并联检测恒流源电路H的并联线与检测传感器下端的电缆连接密封装置之间，串联接入I个8V压控开关Kv。当检测传感器Dl、D2、D3、D4串联连接进行油水界面检测时，保护二极管d为不锈钢触点C提供保护。8V压控Kv开关用以选通检测传感器。
[0067]本发明的检测传感器由树脂基复合材料底板及镶嵌固化在其上表面的不锈钢触点构成。检测传感器Dl、D2、D3、D4的上下两端均有电缆连接密封装置，检测传感器Dl仅上部单端有电缆连接密封装置。
[0068]为降低和消除处于卤水中的下方检测传感器由于卤水污染导致漏电等因素对测量油水界面的影响，4只检测传感器中，安装在上方的3只检测传感器内分别各自安装了 I个压控开关，由地面检测仪器分别输出不同电压分别控制3个压控开关的通断，用以分别控制井下4只检测传感器的工作状态，消除处于卤水中的下方检测传感器的连接电缆及电缆连接件漏电导致的对油水界面检测的影响。
[0069]4只检测传感器D1、D2、D3、D4，均由树脂基绝缘材料制造，长I米，长半圆柱形，固定安装在该传感器检测深度的造腔外管外侧。每支检测传感器内部有5个恒流值均为5毫安、一端并联的恒流源电路H。所有恒流源电路H另一端则分别连接一只保护二极管d的负端，所有保护二极管d的正端则分别连接安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点C的底部。保护二极管用于保护检测传感器Dl、D2、D3、D4的不锈钢触点C免于电解反应腐蚀。不锈钢触点C为圆片形，直径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，可与被测介质柴油或卤水直接接触。4只检测传感器的上部3只传感器D2、D3、D4上下两端均有电缆连接密封装置，下部的I只检测传感器Dl仅单端有电缆连接密封装置。电缆连接密封装置用于检测传感器与单芯铠装电缆之间的密封连接。
[0070]在4只检测传感器的上部3只检测传感器D2、D3、D4内部下方，在5个并联恒流源电路H的并联线与检测传感器下方的电缆连接密封装置之间，串联接入I个8V压控开关Kvo压控开关Kv在其两端电压小于8V时断开，大于等于8V时导通。
[0071]检测传感器D厚度小于20毫米，可顺利下入中间管和套管之间20毫米的环空内。树脂基检测传感器D的密封耐压大于25MPa。检测传感器检测井下工作深度大于2500米。
[0072]图9为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的具体实施例的示意图，在图9中，所述的油水界面检测传感器组由4个串联的油水界面检测传感器构成。即本发明使用的5只井下油水界面检测传感器，通过由单芯铠装电缆组连接，其中单芯铠装串接5只井下检测传感器。图9中地面检测仪，使用单芯铠装电缆L，分别连接5只检测传感器。5只检测传感器分别为D1、D2、D3、D4。
[0073]由图9可知，该实施例提供的系统由地面检测设备M，单芯铠装电缆L，4支井下检测传感器Dl、D2、D3、D4组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器D1、D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆串联连接。5只检测传感器的上部4只传感器D2、D3、D4上下两端均有电缆连接密封装置，下部的I只检测传感器Dl仅单端有电缆连接密封装置。电缆连接密封装置用于检测传感器与单芯铠装电缆L之间的密封连接。
[0074]也即本发明具体由地面检测设备M，单芯铠装电缆L，4支井下检测传感器D1、D2、D3、D4组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D，通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器D1、D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆串联连接。
[0075]图10为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统中地面检测仪的具体结构示意图，由图10可知，所述的地面检测仪I包括稳压检测电源11、与所述的稳压检测电源相连接的检测电流表12以及与所述的检测电流表相连接的检测开关13。
[0076]图11为本发明提供的一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的具体实施例的电路原理图，由图11可知，在该具体实施例中，所述的地面检测仪M由4个串联的8V稳压组成的检测电源Vcl、Vc2、Vc3、Vc4，检测电流表A，检测电压选择开关Kl和检测按钮开关K2组成。检测电压选择开关Kl有4个选择档，可分别选择由4个串联的8V稳压检测电源中的-8V测量电压Vcl、-16V测量电压Vc2、-24V测量电压Vc3、-32V测量电压Vc4。
[0077]本发明由地面检测设备M、单芯铠装电缆L、4支井下检测传感器Dl、D2、D3、D4组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器DU D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆串联连接。检测传感器D2、D3、D4内下部均有8V压控开关Kv，下部检测传感器与上部检测传感器之间的连接均通过8V压控开关Kv。地面检测设备M内由4个串联的-8V稳压电源组成的检测电源￥(:1、￥02、￥03、￥04，检测电流表八，检测电压选择开关Kl和检测按钮开关K2组成。检测电压选择开关Kl有4个选择档，可分别选择4个串联的-8V稳压检测电源中的-8V测量电压Vcl、-16V测量电压Vc2、_24V测量电压Vc3、-32V测量电压Vc4。选择的测量电压经检测按钮开关K2输出到单芯铠装电缆L芯线。地面检测设备的检测电源Vc正极连接到铠装电缆L外铠皮(大地)。
[0078]4支检测传感器内部有5个恒流均为5毫安、一端并联的恒流源电路H。所有恒流源电路H另一端则分别连接一只保护二极管d的负端，所有保护二极管d的正端则分别连接安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点C的底部。5只检测传感器的上部4只检测传感器D2、D3、D4内部下方，在5个恒流源电路H的并联线与检测传感器下方的电缆连接密封装置之间，串联接入I个8V压控开关Kv。压控开关Kv在其两端电压小于等于8V时断开，大于8V导通。
[0079]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4只检测传感器D1、D2、D3、D4自下而上分别安装在不同的造腔高度位置。4只检测传感器串联连接安装下井后，4只检测传感器上不锈钢触点C与裸眼井段之间为被测介质。被测介质类型取决于柴油注入深度，或为绝缘体的柴油，或为导体的卤水。
[0080]地面检测设备M有4个串联的8V稳压检测电源，输出电压分别为Vcl = _8V、Vc2=-16V、Vc3 = -24V、Vc4 = -32V。检测电压选择开关Kl有4个选择档，分别选择4个串联的8V稳压检测电源中的-8V测量电压Vcl、-16V测量电压Vc2、-24V测量电压Vc3、_32V测量电压Vc4。
[0081]地面检测设备的检测电源Vc正极连接到铠装电缆L外铠皮(大地)，-8V、-16V、-24V、-32V四个检测电源使用检测电压选择开关Kl选择其一，经电流表、按钮开关K2接通到单芯铠装电缆芯线，与井下4只串联的检测传感器相连，与大地形成油水界面检测回路。
[0082]进行油水界面检测时，首先使用检测电压选择开关Kl选择-8V测量电压Vcl，按下检测按钮开关K2接通检测回路。由于测量电压Vcl不大于-8V，检测传感器D2、D3、D4内部下端的8V压控开关Kv均处于断开状态，-8V测量电压Vcl只能对检测传感器D4进行检测。检测传感器D4上的5个不锈钢触点C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C的传感器内部的5个恒流源电路H无电流通过，测量电流值Ic = 0，测量出检测传感器D4处于柴油中。
[0083]当检测传感器D4的5个不锈钢触点C与裸眼井段(大地)之间被测介质为卤水时，5个传感器内部的5个恒流源电路H有电流通过。该测量电流值等于5毫安的5倍25毫安。测量出检测传感器D4处于卤水中。
[0084]使用检测电压选择开关Kl选择-8V测量电压Vcl，当测量电流值Ic = 0，测量出检测传感器D4处于柴油中时，使用检测电压选择开关Kl选择-16V测量电压Vc2进行测量。此时检测传感器D4内的8V压控开关Kv接通，D2、D3内的8V压控开关Kv仍处于断开状态，-16V测量电压Vc2只能检测传感器D3上的油水界面。由于检测传感器D4内的8V压控开关Kv有8V电压降，检测传感器D3上的测量电压也是Vc = Vc2-Vcl = -8V。检测传感器D3测量过程与检测传感器D4测量过程相同。
[0085]当检测传感器D3测量电流值Ic = 0，测量出检测传感器D3处于柴油中时，使用检测电压选择开关Kl选择-24V测量电压Vc3进行测量。此时检测传感器D3、D4内的8V压控开关Kv接通，D2内的8V压控开关Kv仍处于断开状态，-24V测量电压Vc3只能检测传感器D2上的油水界面。由于检测传感器D3、D4内的8V压控开关Kv均具有8V电压降，检测传感器D2上的测量电压也是Vc = Vc3-Vc2 = -8V。检测传感器D2测量过程与检测传感器D3、D4测量过程相同。
[0086]当检测传感器D2测量电流值Ic = 0，测量出检测传感器D2处于柴油中时，使用检测电压选择开关Kl选择-32V测量电压Vc4进行测量。此时检测传感器D2、D3、D4内的8V压控开关Kv接通，对检测传感器Dl进行检测。由于检测传感器D2、D3、D4内的8V压控开关Kv均具有8V电压降，检测传感器Dl上的测量电压也是Vc = Vc4-Vc3 = -8V。检测传感器Dl测量过程与检测传感器D2、D3、D4测量过程相同。上述检测过程进行到测出油水界面为止。
[0087]下面结合图9、图11，介绍本发明的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统的工作过程。
[0088]在造腔外管下井过程中，将4只检测传感器D1、D2、D3、D4根据检测设计深度要求自下而上安装在相应的造腔外管立柱上。将单芯铠装电缆L芯线与检测传感器D4相连。D1、D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆相连。
[0089]在检测传感器下井的过程中，使用电缆固定卡子将单芯铠装电缆L固定在每根下井的立柱上。由于单芯铠装电缆L外铠皮与造腔外管相连，造腔外管与大地相连使得大地成为界面检测仪检测回路通道的一部分。
[0090]检测传感器D1、D2、D、D4和单芯铠装电缆L下井安装完成后，在地面将单芯铠装电缆L与油水界面检测仪的地面检测设备M相连。在盐穴储气库造腔工程开工后，造腔外管与套管和裸眼井壁间巳注入柴油。当需要检测油水界面时，首先使用检测电压选择开关Kl选择-8V测量电压Vcl，对检测传感器D4进行油水界面检测。D4在柴油中时，检测电流Ic=Oo使用检测电压选择开关Kl选择-16V测量电压Vc2，接通检测传感器D4内的-12V压控开关Kv，对检测传感器D3进行油水界面检测。D3在柴油中时，检测电流Ic = O。使用检测电压选择开关Kl选择-24V测量电压Vc3，接通检测传感器D4、D3内的两个8V压控开关Kv，对检测传感器D2进行油水界面检测。D2在柴油中时，检测电流Ic = O。使用检测电压选择开关Kl选择-32V测量电压Vc4，接通检测传感器D4、D3、D2内的3个8V压控开关Kv，对检测传感器Dl进行油水界面检测。上述检测过程进行到检测电流Ic大于零，小于25毫安范围内，即可确定油水界面在该检测传感器上。由Ic除以5mA所得整数，即可确定该检测传感器D上5个有不锈钢触点C中有几个有不锈钢触点C在卤水中。每只检测传感器D及其5个不锈钢触点C在安装下井过程中均有确定的深度位置。测量出油水界面所在的检测传感器D及其处于卤水中的不锈钢触点C的个数，即可确定油水界面的位置。
[0091 ] 也即，本发明由地面检测设备M，单芯铠装电缆L，4支井下检测传感器Dl、D2、D3、D4组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D，通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器D1、D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆串联连接。
[0092]地面检测设备M由4个串联的8V稳压组成的检测电源Vcl、Vc2、Vc3、Vc4，检测电流表A，检测电压选择开关Kl和检测按钮开关K2组成。检测电压选择开关Kl有4个选择档，可分别选择由4个串联的8V稳压检测电源中的-8V测量电压Vcl、-16V测量电压Vc2、-24V测量电压Vc3、-32V测量电压Vc4。
[0093]4只检测传感器D1、D2、D3、D4，均由树脂基绝缘材料制造，长I米，长半圆柱形，固定安装在该传感器检测深度的造腔外管外侧。每支检测传感器内部有5个恒流值均为5毫安、一端并联的恒流源电路H。所有恒流源电路H另一端则分别连接一只保护二极管d的负端，所有保护二极管d的正端则分别连接安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点C的底部。保护二极管用于保护检测传感器Dl、D2、D3、D4的不锈钢触点C免于电解反应腐蚀。不锈钢触点C为圆片形，直径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，可与被测介质柴油或卤水直接接触。4只检测传感器的上部3只传感器D2、D3、D4上下两端均有电缆连接密封装置，下部的I只检测传感器Dl仅单端有电缆连接密封装置。电缆连接密封装置用于检测传感器与单芯铠装电缆之间的密封连接。在4只检测传感器的上部3只检测传感器D2、D3、D4内部下方，在5个并联恒流源电路H的并联线与检测传感器下方的电缆连接密封装置之间，串联接入I个8V压控开关Kv。压控开关Kv在其两端电压小于8V时断开，大于等于8V时导通。
[0094]检测传感器D厚度小于20毫米，可顺利下入中间管和套管之间20毫米的环空内。树脂基检测传感器D的密封耐压大于25MPa。检测传感器检测井下工作深度大于2500米。
[0095]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4只检测传感器D1、D2、D3、D4自下而上分别安装在不同的造腔高度位置。4只检测传感器串联连接安装下井后，4只检测传感器上不锈钢触点C与裸眼井段之间为被测介质。被测介质类型取决于柴油注入深度，或为绝缘体的柴油，或为导体的卤水。
[0096]本发明的特征在于检测系统由上述地面检测设备M、单芯铠装电缆L、4支井下检测传感器Dl、D2、D3、D4组成。地面检测设备M和位于井下的检测传感器D通过单芯铠装电缆L相连。检测传感器Dl、D2、D3、D4之间使用单芯铠装电缆串联连接。
[0097]本发明的4只检测传感器Dl、D2、D3、D4，均由树脂基绝缘材料制造，长I米，长半圆柱形，固定安装在该传感器检测深度的造腔外管外侧。每支检测传感器内部有5个恒流值均为5毫安、一端并联的恒流源电路H。所有恒流源电路H另一端则分别连接一只保护二极管d的负端，所有保护二极管d的正端则分别连接安装在检测传感器上、相互之间等间距为20厘米的圆形不锈钢触点C的底部。保护二极管用于保护检测传感器D1、D2、D3、D4的不锈钢触点C免于电解反应腐蚀。不锈钢触点C为圆片形，直径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，可与被测介质柴油或卤水直接接触，进行油水界面测量。
[0098]本发明4只检测传感器D1、D2、D3、D4中，上部3只传感器D2、D3、D4上下两端均有电缆连接密封装置，下部的I只检测传感器Dl仅上端有电缆连接密封装置。电缆连接密封装置用于4只检测传感器与单芯铠装电缆L之间的密封连接
[0099]本发明在4只检测传感器的上部3只检测传感器D2、D3、D4内部下方，在5个并联恒流源电路H的并联线与检测传感器下方的电缆连接密封装置之间，串联接入I个8V压控开关Kv。压控开关Kv在其两端电压小于8V时断开，大于等于8V时导通。在地面检测设备M的输出电压控制下，在地面检测设备M的输出电压控制下用于自上而下选通检测传感器Dl、D2、D3、D4中的I只，对每只检测传感器单独进行测量，直至检测出油水界面的深度位置。这种测量方式可以有效排除被测检测传感器下方的检测传感器上的电缆连接件和传感器间连接电缆漏电的影响，满足6年以上盐穴储气库造腔过程中对油水界面全程检测的要求。
[0100]检测传感器D厚度小于20毫米，可顺利下入中间管和套管之间20毫米的环空内。树脂基检测传感器D的密封耐压大于25MPa。检测传感器检测井下工作深度大于2500米。
[0101]地面检测设备M由4个串联的-8V稳压电源组成的Vcl、Vc2、Vc3、Vc4测量电源，检测电流表A，检测电压选择开关Kl和检测按钮开关K2组成。检测电压选择开关Kl有4个选择档，可分别选择-8V测量电压Vcl、-16V测量电压Vc2、-24V测量电压Vc3、-32V测量电压Vc4对井下4只检测传感器选通测量。地面检测设备的检测电源Vc正极连接到铠装电缆L外铠皮(大地)，Vcl、Vc2、Vc3、Vc4测量电源使用检测电压选择开关Kl选择其I后，经电流表、按钮开关K2接通到单芯铠装电缆L芯线，检测单芯铠装电缆连接的井下4只检测传感器D上的油水界面高度。
[0102]综上所述，本发明提供了一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，通过在底板上设置检测电路以及不锈钢触点，实现了能在90°C的高温环境和25Mpa的高压环境长期正常完成检测工作，适应我国盐穴储气库的建设已经开始向深井发展，对油水界面的检测设备提出的更高性能要求使用的油水界面检测传感器，由多个油水界面检测传感器以及地面检测仪组成的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统能够测量井下油水界面，实现井下油水界面的连续测量，提高井下油水界面检测深度范围和测量精度，减少造腔外管上提次数，降低造腔成本，满足反循环造腔新的造腔工程技术对井下油水界面的测量要求。本发明使用5只检测传感器进行油水界面检测时，将5只检测传感器分别安装在各个预定检测深度位置，再用单芯铠装电缆只检测传感器串联连接。
[0103]本发明的有益效果在于:
[0104]本发明是一种压控开关控制串联式井下油水界面检测仪，采用恒流源电路作为井下检测传感器内主要检测电路器件。由于采用4只检测传感器串联测量井下油水界面，扩大井下油水界面检测深度范围，减少造腔外管上提次数，降低造腔成本，满足地下盐岩储气库造腔工程施工过程中油水界面检测的需要。
[0105]本发明的检测传感器D使用恒流源电路H作为主要电路器件，有3项效果:(1)传感器D内恒流源电路H采用工品器件提高了使用温度，降低了井下高温对传感器内部电路的影响，提高了传感器D的井下工作寿命。(2)电路器件数量降低到对应每个不锈钢触点C仅有一个恒流源电路H和一只保护二极管d，传感器内部电路器件数量少，降低了传感器D的故障率。(3)传感器内部电路器件数量少，有利于提高传感器加工制造过程中的密封可靠性。
[0106]本发明的检测传感器D最高密封耐压25MPa，最高工作温度90°C，最大油水界面检测深度2500米，可满足我国地下盐穴储气库造腔工程中油水界面检测上述3项参数的要求。
[0107]本发明的地面检测仪器M采用4个-8V稳压检测电源串联，组成4个检测电源Vc 1、Vc2、Vc3和Vc4，4个检测电源Vcl、Vc2、Vc3和Vc4负端分别在检测过程中由检测电压选择开关Kl选择，输出其中之一至测量电缆L芯线。4个串联电源的正端接大地，结合检测传感器Dl、D2、D3、D4内的极性保护二极管d，可以有效保护检测传感器D上的不锈钢触点C不被电解反应腐蚀。
[0108]本发明的关键作用在于，由于使用检测传感器D2、D3、D4内置的8V压控开关Kv，在使用地面检测仪器M内4个串联的-8V稳压检测电源Vcl、Vc2、Vc3、Vc4的配合下，实现了自上而下分别独立检测I只检测传感器上的油水界面，排除了处于卤水中的下部检测传感器的电缆连接件和检测传感器之间连接电缆漏电对油水界面检测的影响，实现了盐穴储气库5至6年造腔全过程油水界面的正常检测。
[0109]油水界面检测过程中，通过将测量电流值Ic除以5mA即可计算出油水界面所在被测的I只检测传感器D上处于卤水中不锈钢触点C的数量。由于检测传感器D安装深度位置是确定的，传感器上每一个不锈钢触点C的安装深度位置也是确定的。计算出不锈钢触点C在卤水中的数量η，也就确定了油水界面的位置，误差小于20厘米。11为0、1、2、3、4、5。
[0110]本发明的压控开关控制串联式油水界面检测仪首先利用系统设计中井下传感器内电子器件的最高容许工作电压，采用4只井下检测传感器串联测量井下油水界面，扩大了井下油水界面的检测范围。
[0111]本发明的关键技术在于利用井下传感器电缆连接件及井下传感器间连接电缆处于卤水中轻微漏电而在处于绝缘体的柴油中轻微漏电可以消失的特点，在4只检测传感器检测系统中的上部3只传感器中各安装I个电压控制开关，简称压控开关，可实现油水界面检测仪对井下4只检测传感器自上而下选通测量，有效避免了井下检测传感器之间的连接电缆和检测传感器上与电缆的连接件老化漏电对油水界面检测的影响，实现盐穴储气库的造腔工程5至6年造腔全过程的井下油水界面的正常检测。
[0112]本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
[0113]本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统包括: 一地面检测仪； 一油水界面检测传感器组，通过铠装电缆与所述的地面检测仪相连接； 所述的油水界面检测传感器组由4个油水界面检测传感器组成。
2.根据权利要求1所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的4个油水界面检测传感器互相串联。
3.根据权利要求1或2所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的油水界面检测传感器包括: 底板； 设置在所述底板上的一检测电路，所述的检测电路包括多个恒流源电路以及多个二极管，每个所述的恒流源电路一端并联、另一端与一所述二极管的负端相连接； 镶嵌在所述底板上的多个不锈钢触点，每个所述的不锈钢触点与一所述二极管的正端相连接。
4.根据权利要求3所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述恒流源电路的数量与所述二极管的数量、所述不锈钢触点的数量相同。
5.根据权利要求4所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述恒流源电路的数量为5。
6.根据权利要求5所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的油水界面检测传感器还包括设置在上端部的一电缆密封连接件。
7.根据权利要求5所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的油水界面检测传感器还包括设置在上端部的一电缆密封连接件、设置在下端部的一电缆密封连接件。
8.根据权利要求7所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的油水界面检测传感器还包括设置在所述恒流源电路的并联线与所述下端部的电缆密封连接件之间的压控开关。
9.根据权利要求3所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的底板由树脂基绝缘材料制成。
10.根据权利要求3所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的不锈钢触点为圆片型，由镶嵌固化在所述底板表面上的触点以及镶嵌固化在所述底板内的圆杆部组成。
11.根据权利要求8所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的油水界面检测传感器的厚度小于20毫米，最高密封耐压为25Mpa，最大油水界面检测深度为2500米，最高工作温度为90°C。
12.根据权利要求3所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的铠装电缆为单芯铠装电缆。
13.根据权利要求1或8所述的压控开关控制串联式井下油水界面检测系统，其特征是，所述的地面检测仪包括稳压检测电源、与所述的稳压检测电源相连接的检测电流表以及与所述的检测电流表相连接的检测开关。
【文档编号】E21B47/047GK104500041SQ201410841174
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】吴国明, 申瑞臣, 杨海军, 屈丹安, 袁光杰, 田中兰, 李建君, 巴金红, 李萍, 路立君, 徐宝财, 刘奕杉, 班凡生, 杨松 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