CN115900883B - 稳态频率扫描式储气库气液界面监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测***及方法，其***包括：稳态电压发射装置用于按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；电流检测装置用于获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；信号传输装置用于获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；地面主机设于地面上，用于根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度；本发明解决传统电信号测距受储气库复杂阻抗环境影响较大的难题，同时实现储气库带压作业下的无线测距与无线传输。
Description
技术领域
本发明涉及盐穴储气库技术领域，具体是涉及一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测***及方法。
背景技术
盐穴储气库是通过向盐穴腔体中注入卤水或淡水等液体进行溶解形成气腔的储气库。在盐穴储气库的建造与使用期间，通过向腔体中钻入中间管与中心管的套管结构，控制气体液体进出。此过程中，需要不断监测控制腔体中气体与液体界面的高度，如液位高度控制不当，会导致盐穴顶部溶解，破坏其几何形状，削弱其保持压力的能力。同时，在储气库建成后投入使用后，要求严格密封，会在中心管上使用永久封隔器，该装置会导致线缆无法进入储气库中，使得有线测量方法难以使用。
而常规的无线测量方案中，采用的声信号与光信号易受到储气库内高温高压气体与波动较大的油液界面影响；而电信号测距的方法，采用恒流源产生电压信号的方法，存在由于井下阻抗构成复杂导致的恒流输出困难等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种井下多级中继通信***及方法，解决传统电信号测距受储气库复杂阻抗环境影响较大的难题，同时实现储气库带压作业下的无线测距与无线传输。
第一方面，提供一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，与所述套管结构连接，所述套管结构包括均用于连通地面与盐穴储气库的中间管及中心管，中心管设于中间管的空腔中；包括：
稳态电压发射装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，用于按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
电流检测装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，与所述稳态电压发射装置通信连接，用于获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
信号传输装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，与所述稳态电压发射装置及所述电流检测装置通信连接，用于获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；以及，
地面主机，用于设于地面上，与所述信号传输装置通信连接，用于根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述稳态电压发射装置、所述电流检测装置及所述信号传输装置用于位于中心管的同一位置，且位于盐穴储气库的气液界面的上方。
根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述稳态电压发射装置、所述电流检测装置及所述信号传输装置均设为与中心管匹配的管道状结构。
第二方面，提供一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，应用于如上述所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，包括以下步骤：
稳态电压发射装置按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
电流检测装置获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
信号传输装置获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；
地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
根据第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码步骤，包括以下步骤：
将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码为如下公式：
其中，连续的稳态多频交流电信号的频率为
；对应的连续的电流强度信号为/>
。
根据第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
选取编码后的电信号中电流强度信号的最大电流值对应的频率值；
根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
根据第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
根据所述最大电流值
对应的频率值/>
；
获取盐穴储气库的气液界面距井口高度H的计算公式如下：
其中，
为真空中光的传播速度，/>
为盐穴储气库中气体的相对磁导率；/>
为盐穴储气库中气体的相对电导率。
与现有技术相比，本发明提供的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，采用的所述稳态电压发射装置、所述电流检测装置及所述信号传输装置及地面主机，结构简单，阻抗构成简单，利用储气库中由电感与电容构成的简单阻抗结构，使用多频交流电信号在多相态阻抗环境的储气库中实现频率扫描，识别储气库谐振点从而获取盐穴储气库的气液界面距井口高度，解决传统电信号测距受储气库复杂阻抗环境影响较大的难题，同时实现储气库带压作业下的无线测距与无线传输。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法的流程示意图；
附图标号：
1、地面主机；2、中间管；3、中心管；4、稳态电压发射装置；5、电流检测装置；6、信号传输装置；7、盐穴储气库；8、气液界面；9、储气库液体。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
参见图1所示，本发明实施例提供一种储气库气液界面8监测***，与所述套管结构连接，所述套管结构包括均用于连通地面与盐穴储气库7的中间管2及中心管3，中心管3设于中间管2的空腔中；包括：
稳态电压发射装置4，用于设于中心管3上、且设于中间管2的空腔中，用于按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
电流检测装置5，用于设于中心管3上、且设于中间管2的空腔中，与所述稳态电压发射装置4通信连接，用于获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库7中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
信号传输装置6，用于设于中心管3上、且设于中间管2的空腔中，与所述稳态电压发射装置4及所述电流检测装置5通信连接，用于获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；以及，
地面主机1，用于设于地面上，与所述信号传输装置6通信连接，用于根据编码后的电信号获取盐穴储气库7的气液界面8距井口高度。
具体的，本实施例中，盐穴储气库7是通过向盐穴腔体中注入卤水或淡水等液体进行溶解形成气腔的储气库；在盐穴储气库7的建造与使用期间，通过向腔体中钻入中间管2与中心管3的套管结构，控制气体液体进出。此过程中，需要不断监测控制腔体中气体与液体界面的高度，如液位高度控制不当，会导致盐穴顶部溶解，破坏其几何形状，削弱其保持压力的能力。而现在常规的无线检测方法，采用的声信号与光信号易受到储气库内高温高压气体与波动较大的油液界面影响；而电信号测距的方法，采用恒流源产生电压信号的方法，存在由于井下阻抗构成复杂导致的恒流输出困难等问题。
因此，为了解决上述问题，本发明的一种储气库气液界面8监测***，采用的所述稳态电压发射装置4、所述电流检测装置5及所述信号传输装置6及地面主机1，结构简单，阻抗构成简单，利用储气库中由电感与电容构成的简单阻抗结构，使用多频交流电信号在多相态阻抗环境的储气库中实现频率扫描，识别储气库谐振点从而获取盐穴储气库7的气液界面8距井口高度，解决传统电信号测距受储气库复杂阻抗环境影响较大的难题，同时实现储气库带压作业下的无线测距与无线传输。
需要说明的是，所述盐穴储气库7位于地下，通过注入卤水等液体溶解盐腔获得空腔，用于储存天然气等气体。
所述中间管2为连续管道，用于连通地面与盐穴储气库7，用于排出或注入所述盐穴储气库7储存气体。
所述中心管3为连续管道，用于连通地面与盐穴储气库7，位于中间管2中，上端与地面连接，下端没入所述盐穴储气库7内储气库液体9中，用于排出或注入所述盐穴储气库7内液体。
所述稳态电压发射装置4采用线圈驱动的方式，通过在线圈上施加交流变化的电信号从而在管道上产生变化的电流信号；通过中心管3-中间管2/地层-中心管3形成回流。
地面主机1通过读取地层与井口之间的电位差，获取信号传输装置6发出的频率-电流信号强度组，并进行计算获取气液界面8距井口高度。
计算获取气液界面8距井口高度H的计算过程如下：
选取编码后的电信号中电流强度信号的最大电流值对应的频率值；
根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度；
根据所述最大电流值
对应的频率值/>
；
获取盐穴储气库的气液界面距井口高度H的计算公式如下：
其中，
为真空中光的传播速度，/>
为盐穴储气库中气体的相对磁导率；/>
为盐穴储气库中气体的相对电导率。
可选地，所述稳态电压发射装置4、所述电流检测装置5及所述信号传输装置6用于位于中心管3的同一位置，且位于盐穴储气库7的气液界面8的上方。
可选地，所述稳态电压发射装置4、所述电流检测装置5及所述信号传输装置6均设为与中心管3匹配的管道状结构。
具体的，本实施例中，稳态电压发射装置4、电流检测装置5、信号传输装置6采用集成设计为接入式管道状装置，直接与中心管3连接、并下入盐穴储气库7内部，所述稳态电压发射装置4、所述电流检测装置5及所述信号传输装置6所处的位置位于储气库顶部与气液界面8所能达到最大高度之间。
参见图2所示，本发明实施例提供了一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，应用于如上述所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，包括以下步骤：
S100，稳态电压发射装置按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
S200，电流检测装置获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
S300，信号传输装置获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；
S400，地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
具体的，本实施例中，利用储气库中由电感与电容构成的简单阻抗结构，使用多频交流电信号在多相态阻抗环境的储气库中实现频率扫描，识别储气库谐振点从而获取盐穴储气库的气液界面距井口高度，解决传统电信号测距受储气库复杂阻抗环境影响较大的难题，同时实现储气库带压作业下的无线测距与无线传输。
需要说明的是，稳态多频交流电信号选用正弦电信号，该类型交流信号谐波成分简单，易于分析采集，连续的稳态多频交流电信号满足如下公式：
式中，
可为10 Hz-1000 Hz，n可为10-20；具体取值取决于盐穴储气库深度，稳态电压发射装置工作能力等参数。
同时，S200中，由于选用正弦信号作为稳态多频交流电信号，该类型信号在储气库中的管道-地层-卤水电通路中产生的电流信号也为正弦交流信号，但与电压信号存在相位差，相位差大小取决于储气库深度、中间管与中心管尺寸等参数；采集到的正弦电流进行傅里叶分析，得到其在对应频率处强度作为电流强度信号中的对应数值；
也可以说是，连续的电流强度信号为：稳态多频交流电信号产生电流强度信号的有效值或峰值等能衡量电流强度信号的物理量。
可选的，所述S300，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码步骤，包括以下步骤：
将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码为如下公式：
其中，连续的稳态多频交流电信号的频率为
；对应的连续的电流强度信号为/>
。
具体的，本实施例中，信号传输装置将频率-电流信号强度数据编码后，通过管道-地层-卤水-管道的电信号环流将数据传输到地面。
可选的，所述S400，地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
S410，选取编码后的电信号中电流强度信号的最大电流值对应的频率值；
S420，根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
可选的，所述S420，根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
根据所述最大电流值
对应的频率值/>
；
获取盐穴储气库的气液界面距井口高度H的计算公式如下：
其中，
为真空中光的传播速度，/>
为盐穴储气库中气体的相对磁导率；/>
为盐穴储气库中气体的相对电导率。
具体的，本实施例中，对于稳态多频交流电信号组中某一频率
，其对应电信号
作为基准信号，U代表的是信号的意思，E代表的是正弦信号的幅值，t字母代表时间，其在储气库中由中心管-中间管-地层-卤水-中心管构成的回路中产生的电流强度计算如下：
中心管电阻R为：
中心管与地层之间的电感L为：
中心管与地层之间的电容C为：
某一频率
对应的等效阻抗为：/>
某一频率
对应的电流强度为：
其中，
为稳态多频交流电信号的幅值；/>
为管道电阻率，S为管道截面积；/>
为盐穴储气库中气体的相对磁导率；/>
为空气磁导率；/>
为盐穴储气库外径；/>
为中心管外径；/>
为盐穴储气库中气体的相对电导率；/>
为空气电导率；j为复数单位；H为盐穴储气库的气液界面距井口高度。
通过
的计算公式，获取该计算公式的无阻尼自然频率/>
为：
即当稳态多频交流电信号的频率为
，电流强度信号达到最大值/>
；
因此，对于本实施例中稳态多频交流电信号中正弦信号频率
越接近上述频率
，其电流强度会发生突然升高，达到最大值/>
；因此根据/>
可计算得到盐穴储气库的气液界面距井口高度H为/>
。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序（例如声音播放功能、图像播放功能等）；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（例如音频数据、视频数据等）。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（SmartMedia Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，与套管结构连接，所述套管结构包括均用于连通地面与盐穴储气库的中间管及中心管，中心管设于中间管的空腔中；其特征在于，包括：
稳态电压发射装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，用于按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
电流检测装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，与所述稳态电压发射装置通信连接，用于获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
信号传输装置，用于设于中心管上、且设于中间管的空腔中，与所述稳态电压发射装置及所述电流检测装置通信连接，用于获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；以及，
地面主机，用于设于地面上，与所述信号传输装置通信连接，用于根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度；
地面主机，用于选取编码后的电信号中电流强度信号的最大电流值对应的频率值；
根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
2.如权利要求1所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，其特征在于，所述稳态电压发射装置、所述电流检测装置及所述信号传输装置用于位于中心管的同一位置，且位于盐穴储气库的气液界面的上方。
3.如权利要求1所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，其特征在于，所述稳态电压发射装置、所述电流检测装置及所述信号传输装置均设为与中心管匹配的管道状结构。
4.一种稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，应用于如上述权利要求1-3任一项所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测***，其特征在于，包括以下步骤：
稳态电压发射装置按照预设间隔时间发送连续的稳态多频交流电信号；
电流检测装置获取所述稳态多频交流电信号在盐穴储气库中对应产生的连续的电流强度信号并发送；
信号传输装置获取连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号，将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码并发送；
地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
5.如权利要求4所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，其特征在于，所述将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码步骤，包括以下步骤：
将连续的稳态多频交流电信号与连续的电流强度信号进行一一对应编码为如下公式：
其中，连续的稳态多频交流电信号的频率为
；对应的连续的电流强度信号为/>
。
6.如权利要求4所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，其特征在于，所述地面主机根据编码后的电信号获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
选取编码后的电信号中电流强度信号的最大电流值对应的频率值；
根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度。
7.如权利要求6所述的稳态频率扫描式储气库气液界面监测方法，其特征在于，所述根据所述最大电流值对应的频率值，获取盐穴储气库的气液界面距井口高度步骤，包括以下步骤：
根据所述最大电流值
对应的频率值/>
；
获取盐穴储气库的气液界面距井口高度H的计算公式如下：
其中，
为真空中光的传播速度，/>
为盐穴储气库中气体的相对磁导率；/>
为盐穴储气库中气体的相对电导率。/>
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