Способ исследования геометрических параметров каверны подземного хранилища газа Российский патент 2018 года по МПК G01N29/00 E21B47/00 

Изобретение относится к подземным хранилищам газа (ПХГ) и может быть применено для определения формы и размеров каверны ПХГ, в том числе с установленной в ней насосно-компрессорной трубой (НКТ), с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора.

Известен способ того же назначения, заключающийся в лоцировании ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных и наклонных плоскостях на различных глубинах каверны, заполненной рабочей жидкостью, и последующем измерении времен распространения зондирующими импульсами двойного расстояния от стенок каверны до приемо-передающего электроакустического преобразователя звуколокатора, по которым определяют геометрические размеры и форму каверны /Патент США №5767401, кл. 73/152.54 (Е21В 47/00), 1998; Патент Франции №2723783, кл. G01C 7/06, 1995/.

Любой из известных способов, например, последний, может быть принят за прототип.

Недостатком прототипа является невозможность исследования каверны ПХГ с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора непосредственно через НКТ.

Техническим результатом, получаемым от применения изобретения, является устранение недостатка прототипа, т.е. получение возможности исследования каверны ПХГ через НКТ.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе исследования каверны подземного хранилища газа с установленной в ней насосно-компрессорной трубой с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора, заключающемся в лоцировании ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных и наклонных плоскостях на различных глубинах каверны, заполненной рабочей жидкостью, и последующем измерении времен распространения зондирующими импульсами двойного расстояния от стенок каверны до приемо-передающего электроакустического преобразователя звуколокатора, по которым определяют геометрические размеры и форму каверны, лоцирование каверны в горизонтальных плоскостях проводят через насосно-компрессорную трубу, а в наклонных плоскостях - при выходе преобразователя звуколокатора из трубы, при этом при лоцировании каверны в горизонтальных плоскостях длительность зондирующих импульсов задается не превышающей двух периодов несущей частоты F=C/2d, а амплитуда собственных колебаний электроакустического преобразователя - меньшей амплитуды зондирующих импульсов, где С - скорость продольных колебаний в материале трубы, d - толщина стенки трубы.

Несущая частота зондирующего импульса задается равной F=250-600 кГц.

В качестве электроакустического преобразователя используют преобразователь из композитной керамики.

При выходе преобразователя звуколокатора из трубы проводят дополнительное лоцирование каверны в горизонтальных плоскостях.

При лоцировании ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных плоскостях одновременно измеряют скорость звука на лоцированной глубине каверны, а при лоцировании в наклонных плоскостях скорость звука по направлению лоцирования определяют аналитически по результатам измерения скорости звука в горизонтальных плоскостях.

Изобретение поясняется чертежом (Фиг. 1), на котором представлена схема реализации способа.

Способ реализуется в каверне 1 ПХГ с установленной в ней НКТ 2.

В каверну 1 через НКТ 2 опускается ультразвуковой сканирующий звуколокатор 3, содержащий, как в прототипе, вращающуюся часть 4 и поворотную часть 5. Вращающаяся часть 4 соединяется со штангой 6 звуколокатора через шарнир 7, а поворотная часть 5 с вращающейся частью 4 соединяются через шарнир 8.

На поворотной части 5 с двух сторон установлены приемо-передающие ультразвуковые преобразователи 9, 10.

Внутри поворотной части 5, сообщающейся с рабочей жидкостью каверны 1, расположены передающий и приемный ультразвуковые преобразователи 11, 12.

Преобразователи 11, 12 расположены на известном расстоянии друг от друга примерно на одном уровне с преобразователями 9, 10.

Звуколокатор включает в себя также перестраиваемый по частоте звуковой генератор, блок обработки информации, управляемые двигатели для вращения части 4 и поворота части 5, блоки управления и позиционирования. Все эти блоки на чертеже не показаны и выполнены по аналогии с прототипом.

Реализация способа основана на том, что частота F радиального резонанса НКТ равна F=C/2d, где С - скорость продольных колебаний в материале трубы (стали); d - толщина стенки трубы [журнал «Каротажник», №4 - 2009, с. 98-108].

Обычно толщина стенки трубы равна 5-12 мм, поэтому F=250÷600 кГц. Чтобы проводить измерения одним преобразователем через НКТ с различными толщинами d стенок необходимо возбуждать акустический импульс, имеющий ширину частотного спектра близкую к F. Такую ширину частотного спектра излучения можно достигнуть в акустическом импульсе, например, с несущей частотой 400 кГц и длительностью 1,5-2,0 периода.

Кроме того, амплитуда собственных колебаний электроакустического преобразователя должна быть гораздо меньше амплитуды сигнала ревебрации, чтобы имелась возможность приема отраженного от стенки каверны зондирующего сигнала вне импульса, отраженного от стенки трубы.

Этим условиям удовлетворяют электроакустические преобразователи, активные элементы которых выполнены из композитной керамики, например метаниобат свинцовой.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно подбирают частоту и амплитуду зондирующих импульсов, удовлетворяющих заявленным в формуле изобретения условиям.

В этом случае зондирование каверны 1 ПХГ будет проводиться через НКТ 2 в так называемых окнах прозрачности НКТ 2 по частоте ультразвука.

На каждом уровне лоцирования в горизонтальной плоскости одновременно измеряют скорость звука в жидкости с помощью преобразователей 11, 12 (стрелками показано направление распространения ультразвуковых импульсов в горизонтальных и наклонных плоскостях).

При выходе поворотной части 5 из НКТ 2 проводится лоцирование данной части каверны в наклонных плоскостях. При этом скорость звука в жидкости определяется аналитически по результатам измерения скоростей звука в горизонтальных плоскостях.

Лоцирование купольной части каверны проводится в горизонтальных плоскостях через НКТ 2 и уточняется при лоцировании в наклонных плоскостях.

Таким образом, достигается поставленный технический результат.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам для контроля формы и размеров подземных хранилищ газа. Способ исследования геометрических параметров каверны подземного хранилища газа с установленной в ней насосно-компрессорной трубой с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора заключается в облучении ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных и наклонных плоскостях на различных глубинах каверны, заполненной рабочей жидкостью, и последующем измерении времен распространения зондирующими импульсами двойного расстояния от стенок каверны до приемо-передающего электроакустического преобразователя звуколокатора, по которым определяют геометрические размеры и форму каверны. Лоцирование каверны в горизонтальных плоскостях проводят через насосно-компрессорную трубу, а в наклонных плоскостях - при выходе преобразователя звуколокатора из трубы, при этом при лоцировании каверны в горизонтальных плоскостях длительность зондирующих импульсов задается не превышающей двух периодов несущей частоты F=C/2d, а амплитуда собственных колебаний электроакустического преобразователя - меньшей амплитуды зондирующих импульсов, где С - скорость продольных колебаний в материале трубы, d - толщина стенки трубы. Технический результат – обеспечение возможности исследования каверны через насосно-компрессорные трубы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ исследования геометрических параметров каверны подземного хранилища газа с установленной в ней насосно-компрессорной трубой с помощью ультразвукового сканирующего звуколокатора, заключающийся в лоцировании ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных и наклонных плоскостях на различных глубинах каверны, заполненной рабочей жидкостью, и последующем измерении времен распространения зондирующими импульсами двойного расстояния от стенок каверны до приемо-передающего электроакустического преобразователя звуколокатора, по которым определяют геометрические размеры и форму каверны, отличающийся тем, что лоцирование каверны в горизонтальных плоскостях проводят через насосно-компрессорную трубу, а в наклонных плоскостях - при выходе преобразователя звуколокатора из трубы, при этом при лоцировании каверны в горизонтальных плоскостях длительность зондирующих импульсов задается не превышающей двух периодов несущей частоты F=C/2d, а амплитуда собственных колебаний электроакустического преобразователя - меньшей амплитуды зондирующих импульсов, где С - скорость продольных колебаний в материале трубы, d - толщина стенки трубы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что несущая частота зондирующего импульса задается равной F=250-600 кГц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электроакустического преобразователя используют преобразователь из композитной керамики.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выходе преобразователя звуколокатора из трубы проводят дополнительное лоцирование каверны в горизонтальных плоскостях.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при лоцировании ультразвуковыми зондирующими импульсами стенок исследуемой каверны в горизонтальных плоскостях, одновременно измеряют скорость звука на лоцированной высоте каверны, а при лоцировании в наклонных плоскостях скорость звука по направлению лоцирования определяется аналитически по результатам измерения скорости звука в горизонтальных плоскостях.