一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法，方法包括：测量激励线圈的开路电流I

【技术实现步骤摘要】
一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法


[0001]本专利技术涉及盐穴储气库建造与使用
，更具体地，涉及一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法。

技术介绍

[0002]盐穴储气库是通过向盐矿注入淡水的方式建造，为将盐矿作为溶腔进行储气的方式。盐穴储气库的建造过程为：通过钻井向下打入同轴嵌套设置的中心管、中间管、套管等管道；通过中心管注入淡水的方法对盐矿进行溶解，然后由中心管引出的排水管排出卤水（盐溶液），并由注水的中心管与外层套管之间的空隙注入隔离液避免盐矿顶部溶解，使盐矿形成地下腔穴。在上述建造期间不断根据卤水盐度等实时的技术参数调整施工参数，控制地下腔穴的几何形状和体积，最终得到符合设计要求的储气库。储气库往往在地下数千米的位置，因此在使用过程中，井下数据的实时传输有利于及时准确评价井下情况。同时，在储气库建成、投入使用后，要求严格密封，因此会在中心管上使用永久封隔器，这使原来在建造过程中能使用的通信路径，例如光缆通信等有线传输方法不便使用。
[0003]目前，现有技术采用基于坡印亭矢量检测的液位测量系统及其方法，通过实时监测储气库空间电场与磁场，实现了对气液深度界面的实时连续和大范围监测。但是，储气库环境较为严苛，储气库空间电场与磁场测量易受外界环境影响，导致测量值并不准确，误差较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法，以提升盐穴储气库的监测数据准确性与可靠性。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，包括：井下激励源、磁耦合导纳测量装置和地表主机；所述磁耦合导纳测量装置设置在储气库内的中心管外壁，且位于储气库顶端以下、液面以上，所述井下激励源与所述磁耦合导纳测量装置连接；所述磁耦合导纳测量装置、所述井下激励源分别与所述地表主机通过无线信号通信连接；所述井下激励源用于提供交流激励信号；所述磁耦合导纳测量装置包括激励线圈和测量线圈，所述激励线圈用于将所述交流激励信号施加到中心管上，所述测量线圈用于测量中心管的反馈信号；所述地表主机用于根据磁耦合导纳测量装置的开路测量数据、通路测量数据、中心管的反馈信号以及交流激励信号的参数计算得到储气库中液面距离储气库顶端的高度。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。
[0007]可选的，所述磁耦合导纳测量装置还包括磁环、交流电压表与交流感应电流表；所述激励线圈与测量线圈共同绕制在同一磁环上，所述磁环套设在所述中心管的外周；所述激励线圈的一端与所述井下激励源的信号输出端连接，用于将所述交流激励
信号以电磁感应的方式施加到中心管上；所述测量线圈用于感应中心管的反馈信号；所述交流电压表用于监测测量线圈的开路电压以及工作电压；所述交流感应电流表用于监测激励线圈的开路电流以及工作电流。
[0008]可选的，所述激励线圈匝数为N1，测量线圈匝数为N2，激励线圈与测量线圈的匝数比为N，N1、N2、N为正整数。
[0009]可选的，所述磁环与所述中心管之间设有绝缘层。
[0010]可选的，所述储气库的顶端设有扶正器，所述扶正器设置在储气库的顶端内壁与中心管的外壁之间，用于维持中心管的方向。
[0011]可选的，所述井下激励源为交流电压源或交流电流源中任一种，所述井下激励源提供的交流激励信号频率范围为10kHz~100kHz。
[0012]可选的，所述磁耦合导纳测量装置以及所述井下激励源均位于储气库内液面最高位以上。
[0013]根据本专利技术的第二方面，基于上述各个实施方式的储气库测距系统系统，还提供一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距方法，包括：S1，测量激励线圈的开路电流I
o
和测量线圈的开路电压U
2o
；S2，将磁耦合导纳测量装置安装到中心管外壁，向激励线圈输入额定频率的交流激励信号，激励线圈以磁感应的方式将交流激励信号施加到中心管上，所述测量线圈以磁感应的方式测量中心管的电压；S3，测量激励线圈的工作电流I1以及测量线圈的感应电压U2；S4，根据所述激励线圈的开路电流I
o
、工作电流I1，以及交流激励信号频率、所述测量线圈的开路电压U
2o
、感应电压U2，计算得到储气库中液面距离储气库顶端的高度。
[0014]可选的，步骤S4中，通过以下公式计算得到储气库中液面距离储气库顶端的高度H：
[0015]其中，U2为施加交流激励信号后测量线圈的感应电压，
µ0为标准磁导率，f为交流激励信号频率，N1为激励线圈匝数，N2为测量线圈匝数，I1为施加交流激励信号后激励线圈的工作电流，I
o
为激励线圈的开路电流，U
2o
为测量线圈的开路电压，R
s
为储气库平均半径，r
o
为中心管外径。
[0016]本专利技术提供的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统及方法，所涉及的盐穴储气库位于地下，中心管竖向设置在储气库中，通过中心管向地下注入卤水的方式成型，再通过中心管排出卤水的方式空出空间以存储气体。相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术利用中心管的感抗与气液界面高度成正比的关系，将气液界面高度转化为中心管阻抗来实现测距，提示了测量准确性，测量数据可靠性佳。
[0017](2)本专利技术利用中心管的感抗远大于卤水阻抗的性质，使用交流电信号作为激励
信号，利用中心管感抗与卤水阻抗大小有显著不同，达到测量液位高度的目的。
[0018](3)本专利技术使用线圈感应的方法，将中心管中的电压与电流转化为线圈电压与电流进行测量，缩小了测量装置体积、简化了电压电流测量过程。
[0019](4)本专利技术提供的一种基于磁耦合型多相态导纳识别与储气库测距系统与方法，其使用的磁耦合导纳测量装置仅需使用一套磁环装置，具有良好的可回收性与稳定性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提供的磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统结构示意图；图2为本专利技术提供的磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距方法流程图；图3为本专利技术涉及的盐穴储气库气液界面深度的等效电路示意图；图4为本专利技术涉及的线圈感应型盐穴储气库磁耦合导纳测量装置的T型等效电路图。
[0021]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1、中心管；2、井下激励源；3、磁耦合导纳测量装置；4、绝缘层；5、套管；6、封隔器；7、扶正器；8、地层；9、气体；10、气液界面；11、卤水。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0023]图1为本专利技术提供的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，其特征在于，包括：井下激励源（2）、磁耦合导纳测量装置（3）和地表主机；所述磁耦合导纳测量装置（3）设置在储气库内的中心管（1）外壁，且位于储气库顶端以下、液面以上，所述井下激励源（2）与所述磁耦合导纳测量装置（3）连接；所述磁耦合导纳测量装置（3）、所述井下激励源（2）分别与所述地表主机通过无线信号通信连接；所述井下激励源（2）用于提供交流激励信号；所述磁耦合导纳测量装置（3）包括激励线圈和测量线圈，所述激励线圈用于将所述交流激励信号施加到中心管（1）上，所述测量线圈用于测量中心管（1）的反馈信号；所述地表主机用于根据磁耦合导纳测量装置（3）的开路测量数据、通路测量数据、中心管（1）的反馈信号以及交流激励信号的参数计算得到储气库中液面距离储气库顶端的高度。2.根据权利要求1所述的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，其特征在于，所述磁耦合导纳测量装置（3）还包括磁环、交流电压表与交流感应电流表；所述激励线圈与测量线圈共同绕制在同一磁环上，所述磁环套设在所述中心管（1）的外周；所述激励线圈的一端与所述井下激励源（2）的信号输出端连接，用于将所述交流激励信号以电磁感应的方式施加到中心管（1）上；所述测量线圈用于感应中心管（1）的反馈信号；所述交流电压表用于监测测量线圈的开路电压以及工作电压；所述交流感应电流表用于监测激励线圈的开路电流以及工作电流。3.根据权利要求2所述的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，其特征在于，所述激励线圈匝数为N1，测量线圈匝数为N2，激励线圈与测量线圈的匝数比为N，N1、N2、N为正整数。4.根据权利要求2所述的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，其特征在于，所述磁环与所述中心管（1）之间设有绝缘层（4）。5.根据权利要求1所述的一种磁耦合型多相态导纳识别的储气库测距系统，其特征在于，所述储气库的顶端设有扶正器（7），所述扶正器（7）设置在储气库的顶端内壁与中心管（1）的外壁之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田若言，陈庆，李红斌，刘昶，高子涵，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：