一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，装置包括地面单元和井下单元，采用超大规模可编程逻辑器件和内嵌的软核微处理器，使井下仪器高度集成，同时采用探针式传感器，克服了狭窄空间的瓶颈，解决了在小井孔环空中放置测量装置的问题，在很大程度上推进了溶腔工艺的发展，装置通过设定了一组不等长的探针，利用电容极板间固定的参考长度，动态检测出探针所处卤水的介电常数，实现了溶腔监控过程中对电容传感器的自动刻度，消除了传统的电容检测方法因为矿化度变化导致介电常数变化对测量结果的影响，有效地解决了腔体顶板形态的误判问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及液体测量及智能控制领域，特别是涉及一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统。
技术介绍
地下盐穴储库是利用水溶方式在地下盐层或盐丘中形成洞穴，用来储存天然气、原油等介质的一种地下设施。与传统的地面储罐相比，地下盐穴储库因具有储备规模大、安全性高和占地少等优点。因此，它成为了石油储备基地建设的优选储存方案。造腔工程技术是盐穴储库建造过程中耗时最长，技术最复杂的一项技术。它包括两个核心的问题：一是如何建造出一个稳定的腔体形状；二是如何提高盐穴造腔速度。对于如何建造稳定的腔体形状，又包含两个关键的技术：一是腔体形状设计，二是造腔过程中腔体形态的控制。在腔体溶解过程中,由于重力分异作用,导致纵向的上部盐层溶解相对快,横向的盐层溶解相对慢,如不采取控制措施,盐层顶部将很快被溶解,因而，不满足储库所要求的形态。工程实现的目的在于，对溶腔过程中腔体顶板位置进行检测，得到一条反映腔体顶板高度的实时曲线。利用盐层不溶于油但溶于水的特性，在腔体中加入柴油作为隔离剂，隔断腔体上部盐层直接与淡水接触。因此，通过对造腔过程中柴油和淡水分界面的在线检测，实现腔体顶板的保护，从而控制造腔腔体的形态。由于地下盐穴储库常建在地下1000米左右，造腔施工周期长，施工井孔环空空间小，监控装置需放置井孔内2-3年，油水界面波动范围达数十米等实际情况，地面储罐中采用的油水界面测量方法，如浮球式、差压式、短波吸收式、射频导纳式等不能适应溶腔作业环境。另外，在盐穴的溶腔过程中，随着溶腔过程的进行，环境发生变化，如卤水中盐的浓度逐步增大，矿化度会变大，介电常数会变小。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供一种盐穴储库溶腔在线监控装置，其解决了储库溶腔过程中的全自动化处理、在线检测、实时传输和自动刻度等问题，实现腔体顶板高度的精确测量和实时监控，从而控制腔体的顶部形态。本技术所采用的技术方案是：一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，包括地面单元和井下单元，地面单元与井下单元通过电缆绞车、滑轮组和一根7芯电缆连接，所述7芯电缆中1#和4#缆芯负责供电，2#和5#缆芯负责传送地面单元下发的命令和井下单元上传的测量
数据，其余缆芯空余，电缆外皮接地；所述井下单元包括：井下控制器，用于解码分析地面单元下发的命令并以此控制井下单元中各模块工作，同时分析处理井下单元采集到的溶腔内状态信息并进行编码操作；模式转换模块，用于根据控制命令转换井下单元的自检或测量两种工作模式；测量及变换模块，用于测量电容值并将电容值转换成频率；传感器组，包括一个压力传感器、一个温度传感器和一个三极板电容传感器；压力传感器、温度传感器均与井下控制器电连接，用于监测溶腔内的压力和温度；三极板电容传感器依次通过模式转换模块、测量及变换模块与井下控制器电连接，用于监测油水界面高度；井下曼码调理电路，与井下控制器电连接，由变压器、差动放大器、滞回比较器和稳压电路组成，用于向地面单元发送井下控制器编码后的井下状态信息，并对上传信号进行调理，使信号利于在电缆上传输，克服电缆容抗对信号的影响。作为优选，所述三极板电容传感器为探针式传感器，其三个电容极板设置为两长一短，通过三个极板间的电容值差异判断油水界面高度。作为优选，所述井下单元还包括两组除垢装置，一组对应三极板电容传感器的两个长极板，另外一组对应三极板电容传感器的短极板，所述除垢装置包括步进电机、与步进电机转轴连接的推杆和设置在三极板电容传感器极板上的除垢刮片，所述步进电机与井下控制器电连接，由处理器控制步进电机工作，通过推杆带动除垢刮片对极板进行除垢操作。作为优选，所述地面单元包括：地面控制器，用于解码分析井下单元上传的顶板高度、温度、压力信息并发送给远程计算机，接收远程计算机指令并进行编码；同时控制地面单元各模块完成相应功能；地面曼码调理电路，与地面控制器电连接，由变压器、差动放大器、滞回比较器和稳压电路组成，用于向井下单元发送地面控制器编码后的下发的控制命令，并对信号进行调理，使信号利于在电缆上传输，克服电缆容抗的影响；深度测量模块，与地面控制器电连接，用于深度脉冲信号的相位判别和深度脉冲的计数，地面控制器读取脉冲计数值后计算出井下仪器的初始深度值；无线通信模块，与地面控制器电连接，用于实现地面单元与远程控制服务器的信息交互；显示模块，与地面控制器电连接，用于显示命令、井下仪器的初始深度、腔体顶板界面的测量高度、温度、压力以及推杆的位置等信息，同时也可以方便系统的调试；报警模块，与地面控制器电连接，包括声音报警和灯光报警，用于提醒腔体顶板界面测量的上限或下限。作为优选，所述报警模块包括2种频率的声音报警和2种颜色的灯光报警，高频率的声音和红色灯光表示腔体顶板界面超过了测量的上限，低频率的声音和黄色灯光表示腔体顶板界面超过了测量的下限。作为优选，所述地面控制器和井下控制器选用Cyclone V系列的G3CX型FPGA芯片，采用内嵌Nios II软处理器。本技术的有益效果是：本技术对现场溶腔过程中的顶板界面、腔体形态测量等工作都已全自动化方式替代了，给溶腔工作节省了大量的人工成本；装置采用超大规模可编程逻辑器件和内嵌的软核微处理器，使井下仪器高度集成，同时采用探针式传感器，克服了狭窄空间的瓶颈，解决了在小井孔环空中放置测量装置的问题，在很大程度上推进了溶腔工艺的发展；装置采用数据编码的方式，使井下仪器和地面仪器实现了可靠的远距离传输，从根本上解决了地面实时监控地下盐穴溶腔的状态，实现了实时在线监控；装置通过设定了一组不等长的探针，利用电容极板间固定的参考长度，动态检测出探针所处卤水的介电常数，实现了溶腔监控过程中对电容传感器的自动刻度，消除了传统的电容检测方法因为矿化度变化导致介电常数变化对测量结果的影响，有效地解决了腔体顶板形态的误判问题；装置设置了自检和测量2种工作模式，通过自检工作模式，在地面可以对整套装置的工作状态进行监控，提高了装置的可靠性；装置设置了除垢刮片，根据地面下发的除垢指令，在电机的控制下可以对探针进行自动除垢，消除了探针长期处在卤水中生垢的隐患，保证探针长期的灵敏度；通过设置，装置在测量工作模式时，采用等精度测频原理，解决了传统测频法中测量误差与被测信号频率有关的问题；装置采用无线网络通信和串行数据通信的方法与上位机连接，使装置现场测量的数据实时传至后台服务器，在很大程度上满足了数字油田发展的需求。附图说明图1为本技术实施例的结构示意图。图2为本技术实施例提供的地面单元设计原理框图。图3是本技术实施例提供的井下单元设计原理框图。图中所示：1.地面单元，2.井下单元，3.电缆绞车，4.滑轮组，11.地面控制器，12.地面曼码调理电路，13.深度测量模块，14.无线通信模块，15.显示模块，16.报警模块，21.井下控制器，22.模式转换模块，23.测量及变换模块，24.传感器组，25.井下曼码调理电路，26.除垢装置，241.压力传感器，242.温度传感器，243.三极板电容传感器具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。为了使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。参见图1，该图为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，包括地面单元(1)和井下单元(2)，地面单元(1)与井下单元(2)通过电缆绞车(3)、滑轮组(4)和一根7芯电缆连接，所述7芯电缆中1#和4#缆芯负责供电，2#和5#缆芯负责传送地面单元(1)下发的命令和井下单元(2)上传的测量数据，其余缆芯空余，电缆外皮接地；其特征在于：所述井下单元(2)包括：井下控制器(21)，用于解码分析地面单元(1)下发的命令并以此控制井下单元(2)中各模块工作，同时分析处理井下单元(2)采集到的溶腔内状态信息并进行编码操作；模式转换模块(22)，用于根据控制命令转换井下单元(2)的自检或测量两种工作模式；测量及变换模块(23)，用于测量电容值并将电容值转换成频率；传感器组(24)，包括一个压力传感器(241)、一个温度传感器(242)和一个三极板电容传感器(243)；压力传感器(241)、温度传感器(242)均与井下控制器(21)电连接，用于监测溶腔内的压力和温度；三极板电容传感器(243)依次通过模式转换模块(22)、测量及变换模块(23)与井下控制器(21)电连接，用于监测油水界面高度；井下曼码调理电路(25)，与井下控制器(21)电连接，由变压器、差动放大器、滞回比较器和稳压电路组成，用于向地面单元(1)发送井下控制器(21)编码后的井下状态信息，并对上传信号进行调理，使信号利于在电缆上传输，克服电缆容抗对信号的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，包括地面单元(1)和井下单元(2)，地面单元(1)与井下单元(2)通过电缆绞车(3)、滑轮组(4)和一根7芯电缆连接，所述7芯电缆中1#和4#缆芯负责供电，2#和5#缆芯负责传送地面单元(1)下发的命令和井下单元(2)上传的测量数据，其余缆芯空余，电缆外皮接地；其特征在于：所述井下单元(2)包括：井下控制器(21)，用于解码分析地面单元(1)下发的命令并以此控制井下单元(2)中各模块工作，同时分析处理井下单元(2)采集到的溶腔内状态信息并进行编码操作；模式转换模块(22)，用于根据控制命令转换井下单元(2)的自检或测量两种工作模式；测量及变换模块(23)，用于测量电容值并将电容值转换成频率；传感器组(24)，包括一个压力传感器(241)、一个温度传感器(242)和一个三极板电容传感器(243)；压力传感器(241)、温度传感器(242)均与井下控制器(21)电连接，用于监测溶腔内的压力和温度；三极板电容传感器(243)依次通过模式转换模块(22)、测量及变换模块(23)与井下控制器(21)电连接，用于监测油水界面高度；井下曼码调理电路(25)，与井下控制器(21)电连接，由变压器、差动放大器、滞回比较器和稳压电路组成，用于向地面单元(1)发送井下控制器(21)编码后的井下状态信息，并对上传信号进行调理，使信号利于在电缆上传输，克服电缆容抗对信号的影响。2.根据权利要求1所述一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，其特征在于：所述三极板电容传感器(243)为探针式传感器，其三个电容极板设置为两长一短，通过三个极板间的电容值差异判断油水界面高度。3.根据权利要求1所述一种面向盐穴储库溶腔的在线监控系统，其特征在于：所述井下单元(2)还包括两组除垢装置(26)，一组对应三极板电容传感器(243)的两个长极板，另外一组对应三极板电容传感器(243)的短极板，所述除垢装置(26)包括步进电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱平，付青青，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42