本實(shí)用新型涉及一種水錘激發(fā)裝置及鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀，屬于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在天然氣鹽穴13儲(chǔ)氣庫(kù)造腔過(guò)程中，需要通過(guò)中心管15由地面向井下鹽層注水，并通過(guò)中心管15和中間管12之間的環(huán)空返出鹵水14。隨著這一過(guò)程的不斷進(jìn)行，鹽層中會(huì)形成空腔并不斷增大，直至該空腔的體積達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在造腔過(guò)程中，為保證鹽層的底部和頂部不被溶穿，防止儲(chǔ)存的天然氣發(fā)生泄漏，通常由中間管12和套管9之間的環(huán)空向井下注入柴油10作為阻溶劑；由于柴油的密度小于鹵水，柴油位于鹵水的上方，通過(guò)調(diào)節(jié)柴油/鹵水界面的深度，即可控制溶腔的形狀并保護(hù)鹽層的底部和頂部不被溶穿?，F(xiàn)有技術(shù)基于電流源理論，檢測(cè)精度受制于傳感器的數(shù)量和分布；隨著油水界面深度的不斷變化，需要定期調(diào)整管柱位置，工作量大；此外，針對(duì)高溫高壓鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，傳感器的工作壽命受到極大挑戰(zhàn)。此外采用光纖測(cè)量油水界面現(xiàn)場(chǎng)已有應(yīng)用，測(cè)量精度同樣受制于測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)量和分布，且設(shè)備昂貴。目前缺少一種低成本、施工方便且高精度的測(cè)量方案。

因此，如何改變這一現(xiàn)狀并提供一種油水界面檢測(cè)儀及檢測(cè)方法已經(jīng)成為鹽穴造腔領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種水錘激發(fā)裝置。

本實(shí)用新型的目的還在于提供一種包含所述水錘激發(fā)裝置的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀。

本實(shí)用新型的目的又在于提供一種采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀的油水界面檢測(cè)方法。

為達(dá)到上述目的，一方面，本實(shí)用新型提供了一種水錘激發(fā)裝置，該裝置包括放空閥、低壓室、控制閥及高壓室；

其中，所述低壓室的第一端與所述放空閥相連接，該低壓室的第二端與所述控制閥的第一端相連接；該控制閥的第二端與所述高壓室的第一端相連接，該高壓室的第二端設(shè)置有用于與井口相連接的外螺紋；

所述低壓室安裝有用于讀取低壓室內(nèi)壓力的壓力表；

所述高壓室安裝有用于采集壓力信號(hào)的壓力傳感器，及溫度壓力一體式傳感器。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的水錘激發(fā)裝置，優(yōu)選地，所述壓力傳感器為壓電式壓力傳感器。

在使用過(guò)程中，本實(shí)用新型所提供的水錘激發(fā)裝置產(chǎn)生壓力波動(dòng)并同時(shí)采集動(dòng)態(tài)的壓力信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并交由信號(hào)處理及分析系統(tǒng)進(jìn)行后處理。

根據(jù)本實(shí)用新型所提供的水錘激發(fā)裝置，其中，所述壓力傳感器用于測(cè)量環(huán)空中動(dòng)態(tài)的壓力信號(hào)；所述溫度壓力一體式傳感器用于測(cè)量井口的溫度和壓力。

另一方面，本實(shí)用新型還提供了一種鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀，其包括所述水錘激發(fā)裝置、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及計(jì)算機(jī)；

其中，所述水錘激發(fā)裝置經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)電相連；且所述計(jì)算機(jī)安裝有信號(hào)處理及分析系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的檢測(cè)儀，優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備為采樣率可調(diào)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的檢測(cè)儀，優(yōu)選地，所述信號(hào)處理及分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、濾波模塊及分析計(jì)算模塊；

其中，所述濾波模塊為用于采用小波分析和卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的濾波模塊；

所述分析計(jì)算模塊為用于采用接箍法、回音標(biāo)法或聲速法計(jì)算界面深度的分析計(jì)算模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的檢測(cè)儀，其中，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信號(hào)處理及分析系統(tǒng)均為本領(lǐng)域使用的常規(guī)設(shè)備或系統(tǒng)。

本實(shí)用新型所述的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀可以適用于多種不同的方法進(jìn)行油水界面檢測(cè)，為了進(jìn)一步對(duì)本實(shí)用新型的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)用新型還提供了應(yīng)用本實(shí)用新型的檢測(cè)儀對(duì)油水界面進(jìn)行檢測(cè)的方法，所述方法包括以下步驟：

采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到接箍波和界面波；

如果所述接箍波清晰，則采用所述接箍法得到油水界面深度，按照以下步驟操作：首先測(cè)得壓力波經(jīng)過(guò)該套管的平均波速ν，再根據(jù)該平均波速ν、界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間T及最后一個(gè)接箍波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間t1，得到所述油水界面深度L_Interface；

如果所述接箍波無(wú)法辨識(shí)，且井筒中安裝有回音標(biāo)，則采用所述回音標(biāo)法得到油水界面深度，按照以下步驟操作：

首先，采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到回音標(biāo)波；然后測(cè)得井口到回音標(biāo)處的平均波速v；最后根據(jù)該平均波速v、回音標(biāo)波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間t1以及界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間T得到所述油水界面的深度。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，如果所述接箍波無(wú)法辨識(shí)，且井筒中未安裝有回音標(biāo)，則采用所述聲速法得到油水界面深度，按照以下步驟操作：

建立井筒溫度場(chǎng)模型、壓力場(chǎng)模型及波速模型，再根據(jù)該井筒溫度場(chǎng)模型、壓力場(chǎng)模型及波速模型分別計(jì)算全井筒的溫度剖面、壓力剖面，進(jìn)而計(jì)算波速剖面；最后根據(jù)所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間T，計(jì)算得到所述油水界面深度L_Interface。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，所述采用鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到接箍波、界面波及回音標(biāo)波包括以下具體步驟：

1)、將所述水錘激發(fā)裝置的控制閥和放空閥完全打開(kāi)，配合井口處的閥門(mén)，排空水錘激發(fā)裝置中的空氣；

2)、關(guān)閉放空閥，完全打開(kāi)井口處的閥門(mén)，關(guān)閉控制閥，此時(shí)水錘激發(fā)裝置中的壓力等于井口套壓；再緩慢開(kāi)啟放空閥，低壓室泄壓，使高壓室和低壓室之間產(chǎn)生一合適壓差，關(guān)閉放空閥；

3)、快速開(kāi)啟并關(guān)閉控制閥，產(chǎn)生壓力波，該壓力波在環(huán)空里的柴油中向井下傳播；壓力傳感器采集由接箍、油水界面及回音標(biāo)反射回來(lái)的壓力信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并交由信號(hào)處理及分析系統(tǒng)進(jìn)行后處理，得到所述接箍波、界面波及回音標(biāo)波。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，步驟2)中所述壓差的大小為3-5MPa。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，步驟3)中所述后處理包括采用小波分析和卡爾曼濾波對(duì)所述壓力信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，所述回音標(biāo)為本領(lǐng)域使用的常規(guī)部件，在本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中，所述回音標(biāo)包括安全閥、套管鞋等。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，采用所述接箍法得到油水界面深度，具體按照以下步驟操作：

首先根據(jù)已知的管柱表確定每一個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的深度，并將最后一個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的深度記為L(zhǎng)；然后確定最后一個(gè)接箍波和倒數(shù)第二個(gè)接箍波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，分別記為t1和t2，以及最后一個(gè)接箍波和倒數(shù)第二個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的接箍之間套管的長(zhǎng)度，記為l，由此通過(guò)下式1計(jì)算得到壓力波經(jīng)過(guò)該套管的平均波速ν：

再確定所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，記為T(mén)，最后根據(jù)所述平均波速ν及最后一個(gè)接箍波到達(dá)傳感器的時(shí)間t1，依據(jù)下式2計(jì)算得到油水界面深度L_Interface：

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v 式2。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，其中，所述接箍波、回音標(biāo)波、界面波都是壓力波，壓力波遇接箍反射回井口的叫做接箍波，壓力波遇回音標(biāo)反射回井口的叫做回音標(biāo)波，壓力波遇油水界面反射回井口的叫做界面波。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，采用所述回音標(biāo)法得到油水界面深度，具體按照以下步驟操作：

首先，采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到回音標(biāo)波；然后確定所述回音標(biāo)波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間t1，再根據(jù)已知的回音標(biāo)的下入深度L通過(guò)下式3計(jì)算得到井口到回音標(biāo)處的平均波速v：

v＝2L/t1 式3；

最后根據(jù)該平均波速v、回音標(biāo)波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間t1以及界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間T，依據(jù)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。

根據(jù)本實(shí)用新型所述的方法，具體地，采用所述聲速法得到油水界面深度，具體按照以下步驟操作：

建立井筒溫度場(chǎng)模型、壓力場(chǎng)模型及波速模型，再根據(jù)該井筒溫度場(chǎng)模型、壓力場(chǎng)模型及波速模型分別計(jì)算全井筒的溫度剖面、壓力剖面，進(jìn)而通過(guò)下式5計(jì)算波速剖面；

最后根據(jù)所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間T，通過(guò)下式6計(jì)算得到所述油水界面深度L_Interface；

L_Interface＝0.5×T×v 式6。

采用本實(shí)用新型提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀及油水界面檢測(cè)方法可準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量井筒中的油水界面深度，且檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需在井筒中下入測(cè)量工具。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型所提供的水錘激發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀的工作原理示意圖。

主要附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、放空閥；2、低壓室；3、控制閥；4、高壓室；5、壓力表；6、壓力傳感器；7、溫度壓力一體式傳感器；

8、水錘激發(fā)裝置；9、套管；10、柴油；11、油水界面；12、中間管；13、鹽穴；14、鹵水；15、中心管；

16、數(shù)據(jù)采集設(shè)備；17、信號(hào)處理及分析系統(tǒng)；18、計(jì)算機(jī)；19、數(shù)據(jù)采集模塊；20、濾波模塊；21、分析計(jì)算模塊。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施例及說(shuō)明書(shū)附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施過(guò)程和產(chǎn)生的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)，不作為對(duì)本案可實(shí)施范圍的限定。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種水錘激發(fā)裝置8，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，從圖1中可以看出，該裝置包括放空閥1、低壓室2、控制閥3及高壓室4；

其中，所述低壓室2的第一端與所述放空閥1相連接，該低壓室2的第二端與所述控制閥3的第一端相連接；該控制閥3的第二端與所述高壓室4的第一端相連接，該高壓室4的第二端設(shè)置有用于與井口相連接的外螺紋；

所述低壓室2安裝有壓力表5；

所述高壓室4安裝有壓力傳感器6及溫度壓力一體式傳感器7。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其工作原理示意圖如圖3所示；從圖2中可以看出，該檢測(cè)儀包括實(shí)施例1提供的水錘激發(fā)裝置8、數(shù)據(jù)采集設(shè)備16及計(jì)算機(jī)18；

其中，所述水錘激發(fā)裝置8經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備16與所述計(jì)算機(jī)18相連；且所述計(jì)算機(jī)18安裝有信號(hào)處理及分析系統(tǒng)17；

所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備16為采樣率可調(diào)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；

所述信號(hào)處理及分析系統(tǒng)17包括數(shù)據(jù)采集模塊19、濾波模塊20及分析計(jì)算模塊21；

其中，所述濾波模塊20為用于采用小波分析和卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的濾波模塊，所述分析計(jì)算模塊21為用于采用接箍法、回音標(biāo)法或聲速法計(jì)算界面深度的分析計(jì)算模塊。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔過(guò)程中的油水界面檢測(cè)方法，其是采用實(shí)施例2所提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟：

步驟(1)、采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到反射回來(lái)的壓力信號(hào)；

1)、將所述水錘激發(fā)裝置的控制閥和放空閥完全打開(kāi)，配合井口處的閥門(mén)(圖中未標(biāo)注)，排空水錘激發(fā)裝置中的空氣；

2)、關(guān)閉放空閥，完全打開(kāi)井口處的閥門(mén)，關(guān)閉控制閥，此時(shí)水錘激發(fā)裝置中的壓力等于井口套壓；再緩慢開(kāi)啟放空閥，低壓室泄壓，使高壓室和低壓室之間產(chǎn)生一個(gè)3MPa的壓差，關(guān)閉放空閥；

3)、快速開(kāi)啟并關(guān)閉控制閥，產(chǎn)生壓力波，該壓力波在環(huán)空里的柴油中向井下傳播；壓力傳感器采集由套管接箍、油水界面11反射回來(lái)的壓力信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并交由信號(hào)處理及分析系統(tǒng)進(jìn)行后處理，得到所述接箍波和界面波；

步驟(2)、觀察到所述接箍波清晰，則首先根據(jù)已知的管柱表確定每一個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的深度，并將最后一個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的深度記為L(zhǎng)＝600m；然后確定最后一個(gè)接箍波和倒數(shù)第二個(gè)接箍波到達(dá)傳感器的時(shí)間，分別記為t1＝1s和t2＝0.984s，以及最后一個(gè)接箍波和倒數(shù)第二個(gè)接箍波所對(duì)應(yīng)的接箍之間套管的長(zhǎng)度，記為l＝9.6m，由此根據(jù)下式計(jì)算得到壓力波經(jīng)過(guò)該套管的平均波速ν＝1200m/s：

再確定所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，記為T(mén)＝1.2s，最后根據(jù)所述平均波速ν及最后一個(gè)接箍波到達(dá)傳感器的時(shí)間t1通過(guò)下式計(jì)算得到界面深度L_Interface＝720m；

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供了一種鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔過(guò)程中的油水界面檢測(cè)方法，其是采用實(shí)施例2所提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟：

步驟(1)、采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到反射回來(lái)的壓力信號(hào)；

1)、將所述水錘激發(fā)裝置的控制閥和放空閥完全打開(kāi)，排空水錘激發(fā)裝置中的空氣；

2)、關(guān)閉放空閥，完全打開(kāi)井口處的閥門(mén)，關(guān)閉控制閥，此時(shí)水錘激發(fā)裝置中的壓力等于井口套壓；再緩慢開(kāi)啟放空閥，低壓室泄壓，使高壓室和低壓室之間產(chǎn)生一個(gè)3MPa的壓差，關(guān)閉放空閥；

3)、快速開(kāi)啟并關(guān)閉控制閥，產(chǎn)生壓力波，該壓力波在環(huán)空里的柴油中向井下傳播；壓力傳感器采集由套管接箍、回音標(biāo)及油水界面反射回來(lái)的壓力信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并交由信號(hào)處理及分析系統(tǒng)進(jìn)行后處理，得到所述接箍波、回音標(biāo)波和界面波；

觀察所述接箍波無(wú)法辨識(shí)，且因井筒中安裝有回音標(biāo)，則采用所述回音標(biāo)法得到油水界面深度，按照以下步驟操作：

步驟(2)、確定所述回音標(biāo)波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，記為t1＝1s，確定所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，記為T(mén)＝1.2s，根據(jù)已知的回音標(biāo)下深L＝600m計(jì)算井口到回音標(biāo)處的平均波速v＝2L/t1＝1200m/s，進(jìn)而根據(jù)下式計(jì)算界面深度L_Interface＝720m；

L_Interface＝L+0.5(T-t1)×v。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供了一種鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔過(guò)程中的油水界面檢測(cè)方法，其是采用實(shí)施例2所提供的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟：

步驟(1)、采用所述鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)造腔用油水界面檢測(cè)儀得到反射回來(lái)的壓力信號(hào)；

1)、將所述水錘激發(fā)裝置的控制閥和放空閥完全打開(kāi)，排空水錘激發(fā)裝置中的空氣；

2)、關(guān)閉放空閥，關(guān)閉控制閥，此時(shí)水錘激發(fā)裝置中的壓力等于井口套壓；再緩慢開(kāi)啟放空閥，低壓室泄壓，使高壓室和低壓室之間產(chǎn)生一個(gè)3MPa的壓差，關(guān)閉放空閥；

3)、快速開(kāi)啟并關(guān)閉控制閥，產(chǎn)生壓力波，該壓力波在環(huán)空里的柴油中向井下傳播；壓力傳感器采集由套管接箍、油水界面反射回來(lái)的壓力信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)，并交由信號(hào)處理及分析系統(tǒng)進(jìn)行后處理，得到所述接箍波、界面波；

觀察所述接箍波無(wú)法辨識(shí)，且因井筒中未安裝有回音標(biāo)，則采用所述回音標(biāo)法得到油水界面深度，按照以下步驟操作：

步驟(2)、確定所述界面波到達(dá)壓力傳感器的時(shí)間，記為T(mén)＝1.471s，柴油密度為800kg/m³，地溫梯度為3℃/100m，井口溫度20℃，井口壓力為6MPa，按照如下方法(步驟a-f)迭代計(jì)算：

a、設(shè)初始油水界面深度為1000m；

b、根據(jù)地溫梯度和柴油密度計(jì)算柴油液柱中點(diǎn)的溫度值(35℃)和壓力值(9.924MPa)；

c、根據(jù)溫度和壓力數(shù)據(jù)通過(guò)下式計(jì)算柴油波速v＝1351.7m/s；

d、根據(jù)L_Interface＝0.5×T×v計(jì)算新的油水界面深度，該深度為994.18m；

e、比較新油水界面深度及初始油水界面深度，若偏差大于0.001，則令初始油水界面深度為994.18m，返回步驟a，再次計(jì)算，直至偏差小于0.001；

f、最終計(jì)算界面深度為994.29m。