專利名稱：一種便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀的應用。
背景技術：
現有保護層界面檢測儀由地面檢測設備和井下檢測傳感器組成。地面檢測設備通過由3-5根單芯鎧裝電纜絞合在一起組成的復合電纜與井下檢測傳感器相連。每根單芯鎧裝電纜分別連接一支固定在中間管上的井下傳感器。現有檢測技術存在三項不足，一是由于造腔井場一般無交流電源，地面檢測設備只能采用普通電流檢測儀表人工檢測紀錄，未能實現計算機自動控制采集。二是在腔體建造過程中，按照工程設計，柴油與鹵水的界面位置隨著腔體的增大需要有數十米的檢測范圍。為滿足檢測范圍的要求，需要在檢測范圍內不同深度位置安裝多只檢測傳感器。當井下檢測傳感器的數量達到4只和4只以上時，組成復合電纜的單芯鎧裝電纜由于數量增多，復合電纜直徑也隨之增大。由于復合電纜安裝的中間管與井壁之間環(huán)空半徑較小，導致較大直徑的復合電纜在下井過程中容易受到損害，因而在實際應用中一般只能使用由3根單芯鎧裝電纜絞合在一起組成的復合電纜和相應的3只井下檢測傳感器相連，限制了更多檢測傳感器的應用。三是井下檢測傳感器數項技術指標尚未能完全滿足井下工作要求，主要是 檢測電路的恒流源電路的恒流值偏小，不利于識別傳感器污染和抗干擾能力較差；檢測傳感器不銹鋼檢測觸點之間的間距較小，雖然有利于提高測量精度，但也在檢測中不利于識別檢測傳感器污染；檢測傳感器較長，雖然具有較大的測量范圍，但也超出了實際工程檢測要求的范圍，同時由于其上檢測點也相應較多，導致實際檢測應用中傳感器污染增大，不利于識別油水界面位置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的一是應用筆記本電腦，通過USB接口與系統(tǒng)的控制采集箱相連并對其提供直流電源，構成便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀。在筆記本電腦對系統(tǒng)的控制采集箱的控制下，在無交流電源的井場實現對井下傳感器狀態(tài)數據的自動采集、 紀錄和分析。二是提供一種組合電纜，該組合電纜由兩組復合電纜并行組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成。每支單芯鎧裝電纜連接1支井下傳感器。每組復合電纜直徑為6毫米，兩組復合電纜并行構成的組合電纜厚度也為6毫米。由于組合電纜厚度較小，可在較小的中間管與井壁的環(huán)空中實現有效的保護，實現了使用6只檢測傳感器安全檢測的目的。三是井下檢測傳感器在檢測電流、檢測長度、檢測精度三項技術性能進行了改進，使檢測系統(tǒng)的檢測性能獲得了提高。本發(fā)明所述的便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀由筆記本電腦、地面控制采集箱、組合電纜、6只井下檢測傳感器組成；筆記本電腦通過USB接口分別與地面控制采集箱內的USB8路繼電器輸出模塊、USB8路模擬信號輸入模塊的連接；USB8路繼電器輸出模塊的繼電器J7、J8與-9V低壓檢測電源、-18V高壓檢測電源構成回路；USB8路模擬信號
3輸入模塊的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊分別于與電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6并聯(lián)，并聯(lián)一端分別與繼電器J1、J2、J3、J4、J5、J6連接，另一端通過組合電纜與位于井下的6只檢測傳感器相連；組合電纜由兩組復合電纜組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成，每組復合電纜直徑為6毫米，兩組復合電纜并行構成的組合電纜厚度為6毫米，組合電纜中的6支單芯鎧裝電纜自下而上分別連接一支固定在中間管上的井下檢測傳感器； 檢測傳感器為長半圓柱形，固定安裝在對應該傳感器檢測深度的中間管外側；每支檢測傳感器內部由6個電流值相同、一端并聯(lián)的恒流源電路組成；所有恒流源電路的并聯(lián)端接一支單芯鎧裝電纜芯線，每個恒流源電路的另一端則分別連接到安裝在檢測傳感器上、相互之間等間距為20厘米的圓形不銹鋼觸點底部；單芯鎧裝電纜芯線通過保護二極管、插頭底座、馬龍頭插頭與組合電纜連接，檢測傳感器長度為1.2米，6個圓形不銹鋼觸點固定在底板上。檢測傳感器上不銹鋼觸點與裸眼井段之間為被測介質。被測介質類型取決于柴油注入深度，被測介質或是為絕緣體的柴油，或是為導體的鹵水(鹽水)。進行井下油水界面數據采集時，地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，首先接通USB8路繼電器輸出模塊的J8，選擇-9V低壓檢測電源，然后分別接通Jl、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，將分別經過與 USB8路模擬信號輸入模塊的VII、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊并聯(lián)的電阻Rl、R2、R3、R4、 R5、R6，分別接通-9V低壓檢測電源負端至第1只到第6只檢測傳感器的檢測電流通道。第 1只到第6只檢測傳感器從下到上排列。電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6為電流-電壓轉換電阻，將流過其上的電流信號轉換為電壓信號，分別作為VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6的電壓輸入信號。檢測電源正端接大地。檢測過程中，當檢測傳感器上的不銹鋼觸點與裸眼井段 (大地)之間被測介質為柴油或氮氣時，對應該不銹鋼觸點的傳感器內部恒流源電路無電流通過；當不銹鋼觸點與裸眼井段(大地)之間被測介質為鹵水(鹽水)時，對應該不銹鋼觸點的傳感器內部恒流源電路有電流通過。筆記本電腦通過從USB8路模擬信號輸入模塊的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊采集的電壓信號分別換算為電流信號再相加，該電流之和除以傳感器內恒流源電路的恒流值，可得到一個整數值，該整數值即為所有傳感器內導通的恒流源電路總數。再將導通的恒流源電路總數乘以不銹鋼觸點之間的間距，加上傳感器安裝時傳感器底部不銹鋼觸點對應的深度值，即可獲得油水界面高度值，實現油水界面的測量。然后地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，接通USB8路繼電器輸出模塊的J7， 選擇-18V高壓檢測電源，然后分別接通Jl、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，重復上述檢測過程。 由于檢測傳感器采用恒流源電路，-9V低壓檢測結果與-18V高壓檢測結果應當一致。當二者不一致時，可判斷出檢測傳感器表面存在鹽膜污染，筆記本電腦的檢測軟件可對污染導致的誤差進行校正。


圖1為使用便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀檢測油水界面示意圖。圖2為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀檢測傳感器剖視圖及電路
原理圖。圖3為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀電原理框圖。圖4為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀電路原理圖。
具體實施例方式圖1為鹽穴儲氣庫建腔過程中使用便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀檢測油水界面示意圖。圖中，通過中心管11連續(xù)向鹽層注水，溶解鹽層，再將含鹽的鹵水通過中心管11與中間管10的環(huán)空連續(xù)排出至地面，達到在鹽層中造腔的目的。為了控制鹽層中溶解鹽層形成的腔體形狀，需在中間管11與井壁12的環(huán)空內注入作為阻溶劑的柴油到達鹽層內的預定深度。該深度下的鹽層可溶解，該深度以上的鹽層則不會溶解，由此在鹽層中形成造腔設計中預定形狀的腔體。為了將柴油注入到預定深度位置，必需在預定深度位置中間管10外壁上安裝界面檢測傳感器9，檢測注入柴油是否到達預定深度，以便及時調整，保證安全造腔。便攜式計算機控制采集油水界面檢測儀由筆記本電腦、地面控制采集箱和6只井下檢測傳感器組成，通過組合電纜8相連。組合電纜由兩組復合電纜組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成。組合電纜中的6支單芯鎧裝電纜自下而上分別連接一支固定在中間管上的井下檢測傳感器。圖2為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀檢測傳感器剖視圖及電路原理圖。檢測傳感器9由樹脂基復合材料底板、鑲嵌固化在其上表面的6個不銹鋼觸點構成，由連接不銹鋼觸點2的內部總線4通過保護二極管7與插頭底座5連接。單芯鎧裝電纜通過與插頭底座相連的馬龍頭插座6與檢測傳感器相連。圖中不銹鋼觸點2圓桿部、電纜連接件底座均鑲嵌固化在本檢測傳感器樹脂基復合材料底板1上；6個恒流源電路3、傳感器內部總線和所有器件間連接導線均由和底板同類的樹脂基復合材料所填埋覆蓋。電路上6個恒流源電路一端接其對應的不銹鋼觸點，另一端均與傳感器內部總線相連。當不銹鋼觸點為柴油所覆蓋，無電流從大地流入恒流源電路；當不銹鋼觸點為鹵水所覆蓋，電流從大地流入恒流源電路。圖3為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀電原理框圖。由筆記本電腦、地面控制采集箱、組合電纜、6只井下檢測傳感器組成，筆記本電腦通過USB接口與地面控制采集箱相連。地面控制采集箱內設有USB8路繼電器輸出模塊、USB8路模擬信號輸入模塊、-9V低壓檢測電源、-18V高壓檢測電源。地面控制采集箱和位于井下的6只檢測傳感器通過由組合電纜相連。圖4為本便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀電路原理圖。由筆記本電腦、地面控制采集箱、組合電纜、6只井下檢測傳感器組成，筆記本電腦通過USB接口與地面控制采集箱相連。地面控制采集箱內設有USB8路繼電器輸出模塊、USB8路模擬信號輸入模塊、-9V低壓檢測電源、-18V高壓檢測電源。USB8路繼電器輸出模塊在計算機控制下用于選擇-9V、-18V測量電源以及選通選定的檢測傳感器。USB8路模擬信號輸入模塊在計算機控制下用于采集檢測的傳感器電流信號。地面控制采集箱和位于井下的6只檢測傳感器通過由組合電纜相連。組合電纜由兩組復合電纜并聯(lián)組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成。兩組復合電纜中的6支單芯鎧裝電纜自下而上分別連接一支固定在中間管上的井下傳感器。檢測傳感器由樹脂基絕緣材料制造，長半圓柱形，固定安裝在對應該傳感器檢測深度的中間管外側。每支檢測傳感器內部由6個恒流值均為10mA、一端并聯(lián)的恒流源電路組成。6個恒流源電路的并聯(lián)端(內部總線)接一支單芯鎧裝電纜芯線，每個恒流源電路的另一端則分別連接到鑲嵌固化在檢測傳感器上、相互之間間距為20厘米的圓形不銹鋼觸點底部。檢測傳感器長度為1. 2米。應用筆記本電腦，通過USB接口與系統(tǒng)的控制采集箱相連并對其提供直流電源， 構成便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀。在筆記本電腦對系統(tǒng)的控制采集箱的控制下，在無交流電源的井場實現了對井下傳感器檢測數據的自動采集、紀錄和分析。該組合電纜由兩組復合電纜并行組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成。每支單芯鎧裝電纜連接1支井下傳感器。每組復合電纜直徑為6毫米，兩組復合電纜并行構成的組合電纜厚度也為6毫米。由于組合電纜厚度較小，可在較小的中間管與井壁的環(huán)空中實現有效的保護，實現了使用6只檢測傳感器達到在較大檢測深度范圍內實施油水界面檢測的目的。該型檢測傳感器的恒流源檢測電路的恒流值為10mA，具有較強的抗干擾能力。該型檢測傳感器檢測長度為1米，檢測長度適中，可充分滿足井下單點檢測范圍的要求。該型檢測傳感器兩個不銹鋼檢測點之間的間距為20cm，實現了在滿足測量精度的要求下，每只檢測傳感器僅需6個不銹鋼檢測點及相應的恒流源檢測電路，簡化了傳感器加工工藝，提高了傳感器工作可靠性。檢測電源(-9V低壓檢測電源、-18V高壓檢測電源)，降低了檢測過程中電解反應的影響，降低了傳感器測量功耗，提高了傳感器工作壽命。在中間管下井開始階段，將6只檢測傳感器根據檢測設計深度要求安裝在相應的中間管立柱上，將組合電纜的兩組復合電纜的6根單芯鎧裝電纜與6只檢測傳感器分別相連。在下井的過程中，使用固定卡子將組合電纜固定在每根下井的立柱上。由于組合電纜外鎧皮與中間管相連，中間管與大地相連，而大地是檢測電流回路的一部分，中間管也成為大地檢測回路的一部分。檢測傳感器和組合電纜下井完成后，在地面將組合電纜與處于地面的控制采集箱相連，筆記本電腦與地面控制采集箱相連。在天然氣鹽穴儲氣庫造腔工程開工后，中間管與套管之間環(huán)空巳注入油柴油。當需要檢測柴油與鹵水的分界面時，地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，首先接通USB8路繼電器輸出模塊的J8，選擇-9V低壓檢測電源，然后分別接通J1、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，將經過與USB8路模擬信號輸入模塊的 VI1-VI6模塊并聯(lián)的電阻R1-R6，分別接通-9V低壓檢測電源負端至第1只到第6只檢測傳感器的檢測電流通道。第1只到第6只檢測傳感器從下到上排列。電阻R1-R6為電流-電壓轉換電阻，將流過其上的電流信號轉換為電壓信號，分別作為VI1-VI6的電壓輸入信號。 檢測電源正端接大地，檢測過程中，當檢測傳感器上的不銹鋼觸點與裸眼井段13 (大地)之間被測介質為柴油時，對應該不銹鋼觸點的傳感器內部恒流源電路無電流通過；當不銹鋼觸點與裸眼井段(大地)之間被測介質為鹵水(鹽水)時，對應該不銹鋼觸點的傳感器內部恒流源電路有電流通過。筆記本電腦通過從USB8路模擬信號輸入模塊的VI1-VI6模塊采集的電壓信號分別換算為電流信號再相加，該電流之和除以傳感器內恒流源電路的恒流值，可得到一個整數值，該整數值即為所有傳感器內導通的恒流源電路個數。再將導通的恒流源電路個數乘以不銹鋼觸點之間的間距，加上傳感器安裝時傳感器底部不銹鋼觸點對應的深度值，即可獲得油水界面高度值，實現油水界面的測量。然后地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，接通USB8路繼電器輸出模塊的J7，選擇-18V高壓檢測電源，然后分別接通 J1、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，重復上述檢測過程。由于檢測傳感器采用恒流源電路，-9V低壓檢測結果與-18V高壓檢測結果應當一致。當二者不一致時，可判斷出檢測傳感器表面存
6在鹽膜污染，筆記本電腦的檢測軟件可對污染導致的誤差進行校正。
權利要求
1. 一種便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀的應用，其特征在于本檢測儀由筆記本電腦、地面控制采集箱、組合電纜、6只井下檢測傳感器組成；筆記本電腦通過USB接口分別與地面控制采集箱內的USB8路繼電器輸出模塊、USB8路模擬信號輸入模塊的連接； USB8路繼電器輸出模塊的繼電器J7、J8與-9V低壓檢測電源、-18V高壓檢測電源構成回路；USB8路模擬信號輸入模塊的VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊分別于與電阻R1、R2、R3、 R4、R5、R6并聯(lián)，并聯(lián)一端分別與繼電器J1、J2、J3、J4、J5、J6連接，另一端通過組合電纜與位于井下的6只檢測傳感器相連；組合電纜由兩組復合電纜組成，每組復合電纜由3支單芯鎧裝電纜絞合在一起組成，每組復合電纜直徑為6毫米，兩組復合電纜并行構成的組合電纜厚度為6毫米，組合電纜中的6支單芯鎧裝電纜自下而上分別連接一支固定在中間管上的井下檢測傳感器；檢測傳感器為長半圓柱形，固定安裝在對應該傳感器檢測深度的中間管外側；每支檢測傳感器內部由6個電流值相同、一端并聯(lián)的恒流源電路組成；所有恒流源電路的并聯(lián)端接一支單芯鎧裝電纜芯線，每個恒流源電路的另一端則分別連接到安裝在檢測傳感器上、相互之間等間距為20厘米的圓形不銹鋼觸點底部；單芯鎧裝電纜芯線通過保護二極管、插頭底座、馬龍頭插頭與組合電纜連接，檢測傳感器長度為1.2米，6個圓形不銹鋼觸點固定在底板上；檢測傳感器上不銹鋼觸點與裸眼井段之間為被測介質；被測介質類型取決于柴油注入深度，被測介質或是為絕緣體的柴油，或是為導體的鹵水；進行井下油水界面數據采集時， 地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，首先接通USB8路繼電器輸出模塊的J8，選擇-9V 低壓檢測電源，然后分別接通Jl、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，VII、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊，并聯(lián)的電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，接通-9V低壓檢測電源負端至第1只到第6只檢測傳感器的檢測電流通道；第1只到第6只檢測傳感器從下到上排列；電阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6 為電流-電壓轉換電阻，將流過其上的電流信號轉換為電壓信號，分別作為VII、VI2、VI3、 VI4.VI5.VI6的電壓輸入信號；檢測電源正端接大地；檢測過程中，當檢測傳感器上的不銹鋼觸點與裸眼井段之間被測介質為柴油或氮氣時，對應該不銹鋼觸點的檢測傳感器內部恒流源電路無電流通過；當不銹鋼觸點與裸眼井段之間被測介質為鹵水時，對應該不銹鋼觸點的檢測傳感器內部恒流源電路有電流通過；筆記本電腦通過從USB8路模擬信號輸入模塊的VII、VI2、VI3、VI4、VI5、VI6模塊采集的電壓信號分別換算為電流信號再相加，該電流之和除以檢測傳感器內恒流源電路的恒流值，可得到一個整數值，該整數值即為所有傳感器內導通的恒流源電路總數；再將導通的恒流源電路總數乘以不銹鋼觸點之間的間距， 加上檢測傳感器安裝時檢測傳感器底部不銹鋼觸點對應的深度值，即可獲得油水界面高度值，實現油水界面的測量；然后地面控制采集箱在筆記本電腦的控制下，接通USB8路繼電器輸出模塊的J7，選擇-18V高壓檢測電源，然后分別接通Jl、J2、J3、J4、J5、J6繼電器，重復上述檢測過程；由于檢測傳感器采用恒流源電路，-9V低壓檢測結果與-18V高壓檢測結果應當一致；當二者不一致時，可判斷出檢測傳感器表面存在鹽膜污染，筆記本電腦的檢測軟件可對污染導致的誤差進行校正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式計算機控制采集井下油水界面檢測儀的應用；首先接通USB8路繼電器輸出模塊的J8，接通J1-J6繼電器，VI1-VI6模塊，并聯(lián)的電阻R1-R6，接通-9V負端與檢測傳感器的檢測電流通道；檢測傳感器從下到上排列；將流過電阻的電流信號轉換為電壓信號；當被測介質為柴油或氮氣時，恒流源電路無電流通過；當被測介質為鹵水時，恒流源電路有電流通過；將電壓信號換算為電流信號相加，電流之和除以恒流值，再乘以不銹鋼觸點之間的間距，加上不銹鋼觸點對應的深度值，得油水界面高度值；選擇-18V高壓檢測電源，重復上述檢測過程；當二者不一致時，檢測傳感器表面存在鹽膜污染，可對污染導致的誤差進行校正。
文檔編號E21B47/047GK102477862SQ20101056611
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年11月23日
發(fā)明者史輝, 吳國明, 屈丹安, 屈平, 巴金紅, 徐寶財, 李建君, 李萍, 李龍, 楊松, 楊海軍, 段沖, 田中蘭, 申瑞臣, 袁光杰, 袁坤, 路立君 申請人:中國石油天然氣股份有限公司