устройство для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины

Формула изобретения

1. Устройство для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины, содержащее автоматизированную измерительную систему определения параметров рассолов, включающую измерительный блок с датчиком температуры и расходомер, устанавливаемый вместе с измерительным блоком на рассолопроводе, отличающееся тем, что в измерительном блоке дополнительно установлены датчики давления и относительной электрической проводимости, измеряющие технологические параметры в автоматизированном режиме, при этом датчики температуры, давления и относительной электрической проводимости подключены к соответствующим входам передающего преобразователя измерительного блока, выход которого через кабельную связь и блок кабельной связи соединен с соответствующим входом многоканального приемного преобразователя блока сбора информации, устройство снабжено ультразвуковыми датчиками, установленными на рассолопроводе и соединенными высокочастотной кабельной линией связи с входом расходомера, подключенного выходом к входу многоканального приемного преобразователя упомянутого блока сбора информации, при этом выход блока сбора информации подключен к персональному компьютеру.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при создании группы подземных резервуаров в растворимых солях к входу приемного преобразователя блока сбора информации посредством дополнительных блоков кабельной связи подключены дополнительные измерительные блоки, устанавливаемые вместе с ультразвуковыми датчиками, соединенными с соответствующими расходомерами, на рассолопроводах соответствующих технологических скважин создаваемых резервуаров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическому контролю процесса создания подземных резервуаров, сооружаемых в растворимых осадочных горных породах геотехнологическим методом через буровые скважины, и может быть использовано при строительстве подземных хранилищ для хранения жидких и газообразных углеводородов, а также при подземном захоронении промышленных и радиоактивных отходов небольшой активности.

Известно устройство для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях, включающее набор стандартных измерительных средств (манометры, термометры, денсиметры, расходомеры для воды и рассола), устанавливаемых на устье технологической скважины на линиях подачи воды и рассолопроводе.

Недостатками данного устройства являются:

- периодические визуальные измерения параметров рассола (давление, температура, плотность) во времени (3-4 раза в сутки);

- большая погрешность в определении концентрации рассола по табличным данным плотности при различных температурах;

- высокая вероятность внесения ошибки в результаты расчета текущего геометрического объема подземной выработки из-за получения недостаточной информации об изменении концентрации рассола во времени в процессе строительства подземного резервуара.

Известны устройства (А.с. СССР №1755157A1, МКИ G 01 N 27/02; Патент RU №1681643, МКИ G 01 N 27/00, 1995) с дистанционным измерением параметров океанических и термальных вод (удельной электропроводности, температуры и давления), используемые в океанологических исследованиях в режиме зондирования морей и океанов и по эксплуатационным скважинам.

Основным недостатком таких устройств является узкий диапазон измерения концентрации до 40 г/л солевых растворов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для контроля процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины, содержащее измерительные средства для определения параметров рассолов, включающие измерительный блок с датчиком температуры и плотномер, расходомер, устанавливаемый вместе с измерительным блоком на рассолопроводе (Патент RU 2118606 С1, МПК 7 В 65 G 5/00, опубл. 10.09.1998).

Недостатками данного устройства являются: измерение отдельных технологических параметров, не связанных между собой единой системой сбора и обработки данных, невозможность проведения измерений в автоматизированном режиме в реальном масштабе времени, достаточно высокая погрешность в определении концентрации рассола.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения контроля и управления процессом создания подземных резервуаров в растворимых формациях.

Технический результат осуществления этой задачи заключается в расширении контролируемых технологических параметров в процессе создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины, обеспечении оперативного влияния на процесс создания подземных резервуаров по разработанному технологическому регламенту. При этом повышается точность определения концентрации рассола, массы вымытой соли, нарастающего геометрического объема подземной выработки в реальном масштабе времени.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины, содержащее измерительную систему определения параметров рассола, включающую измерительный блок с датчиком температуры и расходомер, устанавливаемый вместе с измерительным блоком на рассолопроводе. В отличие от известного устройства (прототипа), в измерительном блоке дополнительно установлены датчики давления и относительной электрической проводимости, измеряющие технологические параметры в автоматизированном режиме. Датчики температуры, давления и относительной электрической проводимости подключены к соответствующим входам передающего преобразователя измерительного блока, выход которого через кабельную связь и блок кабельной связи соединен с соответствующим входом многоканального приемного преобразователя блока сбора информации. Устройство также снабжено ультразвуковыми датчиками, установленными на рассолопроводе и соединенными высокочастотной кабельной линией связи с входом расходомера, подключенного выходом к входу многоканального приемного преобразователя упомянутого блока сбора информации, при этом выход блока сбора информации подключен к персональному компьютеру.

Другое отличие устройства заключается в том, что при создании группы подземных резервуаров в растворимых солях к входу приемного преобразователя блока сбора информации посредством дополнительных блоков кабельной связи подключены дополнительные измерительные блоки, устанавливаемые вместе с ультразвуковыми датчиками, соединенными с соответствующими расходомерами, на рассолопроводах соответствующих технологических скважин создаваемых резервуаров.

На чертеже представлена схема устройства для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины.

В соответствии с этой схемой пласт каменной соли вскрывается технологической скважиной 1, обсаженной и зацементированной до поверхности земли обсадной колонной труб 2. В скважину 1 спущены внешняя 3 и центральная 4 подвесные колонны труб. Мониторинг посредством заявляемого устройства осуществляется в процессе создания подземной выработки 5 путем подачи воды в межтрубное пространство внешней 3 и центральной 4 подвесных колонн труб с вытеснением образующегося рассола по центральной колонне труб 4 на поверхность земли. Отобранный из подземной выработки 5 рассол направляется затем в отстойник для рассола 6.

На измерительном участке рассолопровода 7 установлены ультразвуковые датчики 8, подсоединенные к входу расходомера (УЗР) 9 посредством высокочастотной кабельной линии связи 10 вместе с блоком датчиков 11 температуры, давления и относительной электрической проводимости рассола, выходы которых подсоединены к соответствующим входам передающего преобразователя измерительного блока (ИБ) 12. Выход измерительного блока (ИБ) 12 через кабельную связь 13 и блок кабельной связи (БКС) 14 соединен с соответствующим входом многоканального приемного преобразователя блока сбора информации (БСИ) 15, другой вход которого подключен через кабельную сеть 16 к выходу расходомера 9. Выход (БСИ) 15 через интерфейс (RS-232) 17 подсоединен к персональному компьютеру (ПК) 18. К системному блоку (ПК) 18 подключен принтер 19 для документирования полученной информации.

При создании группы подземных резервуаров 5 в растворимых солях к входу многофункционального приемного преобразователя блока сбора информации и управления 15 посредством блоков кабельной связи 13 (БКС-1, БКС-n) подключено соответствующее число измерительных блоков 12, устанавливаемых вместе с ультразвуковыми датчиками 8 расходомера 9 на рассолопроводах 7 каждой технологической скважины создаваемых подземных резервуаров 5.

Устройство работает следующим образом.

Гидрофизические параметры рассола от датчиков 11 в измерительном блоке (ИБ) 12 преобразуются в пропорциональные электрические сигналы, которые поступают в многофункциональный передающий преобразователь измерительного блока 12, где они преобразуются в эквивалентные двоичные коды. Эти коды записываются в выходные регистры измерительных каналов датчиков 11 и транслируются в узел связи измерительного блока 12, в котором они преобразуются в последовательный двоичный фазоманипулированный код (ФМК). С выхода измерительного блока 12 информация в виде ФМК передается по двухжильной линии кабельной связи 13 в (БКС) 14 на расстояние до 2500 м. По этой же линии связи из (БКС) 14 в измерительный блок 12 подается переменное питающее напряжение (400 Гц). В блоке (БКС) 14 информация преобразуется в последовательный двоичный код и в формате интерфейса 17 (RS-232) с его выхода поступает на один из входов многоканального блока сбора информации (БСИ) 15, рассчитанного на обслуживание до пяти каналов связи одновременно. При помощи расходомера 9 измеряется скорость потока в рассолопроводе 7 и рассчитываются текущие усредненные объемные расходы рассола, а также нарастающие объемы выработки 5. Расходомер 9 выполняет автоматический контроль исправности, наличия нештатных ситуаций, вывод измерительной и диагностической информации по кабельной сети 16 через интерфейс RS-485 в БСИ 15.

Выход многоканального блока сбора информации (БСИ) 15 соединен с персональным компьютером (ПК) 18 через двунаправленный стык в стандарте интерфейса 17 (RS-232). По запросу (ПК) 18 блок (БСИ) 15 выдает сформированный им информационный кадр, включающий в себя измеренную и служебную информацию о текущих значениях расхода, давления, температуры и относительной электрической проводимости рассола.

Блок (БСИ) 15 предназначен для приема, обработки и индикации принимаемой информации в десятичном, шестнадцатеричном кодах или единицах физических величин, вывода на графический регистратор текущих значений измеряемых параметров в аналоговой форме по двум каналам одновременно. Все функции по приему, преобразованию и выводу информации с блока (БСИ) 15 выполняются в соответствии с разработанной программой.

Для обеспечения работы автоматизированной системы устройства разработан комплекс программ. При помощи программы сбора данных идет обмен информацией между блоком (БСИ) 15 и ПК 18. Программа выполняет прием кодов текущих значений параметров рассола в реальном масштабе времени через асинхронный интерфейс RS-232. На основании полученных данных программой формируются файлы измеренных и расчетных параметров, которые с заданной дискретностью заносятся в память (ПК) 18. Отображение поступающей и расчетной информации на экране монитора (ПК) 18 осуществляется в табличной форме. В режиме постобработки программа формирует отчетные документы в табличной и графической формах для вывода через принтер 19 на бумажный носитель.

Пример конкретного выполнения предлагаемого устройства.

Устройство для мониторинга процесса создания подземных резервуаров в растворимых солях через буровые скважины апробировано на Новомосковском рассолопромысле НАК "Азот" при создании подземной выработки №17 Т. Подземная выработка расположена на глубине 850 м. В процессе работы измерительная система устройства установлена на рассолопроводе 7 диаметром 219 мм, соединяющем скважину 1 выработки №17 Т с отстойником для рассола 6. После очистки рассол по рассолопроводу 7 направлялся на переработку химзаводу. Устройство эксплуатировалось в течение 4-х месяцев при непрерывной работе. В процессе создания подземной выработки 5 измерялись температура, давление, расход и относительная электрическая проводимость рассола в его потоке. После обработки данных рассчитывалась концентрация рассола, масса вымытой соли и текущий объем подземной выработки 5 за прошедший период времени.

Одновременно из рассолопровода 7 отбирались пробы рассола. В химической лаборатории определялись солевой состав и среднесуточная концентрация рассола. По результатам сравнения концентраций рассола, полученных при помощи заявляемого устройства и путем анализа отбираемых проб, производимого в химической лаборатории, выявленная погрешность измерений не превышает 0,5-1%, что подтверждает высокую эффективность и надежность устройства.