专利名称：地下盐穴储气库地表沉降测量装置及测量方法
技术领域：
本发明属于油气资源开发领域，具体地，涉及一种地下盐穴储气库地表沉降测量装置及测量方法。
背景技术：
由于盐岩具有典型的蠕变特性，使得世界范围内已建成的盐穴储气库容积随着运行时间增加而不断减小。盐穴储气库容积的减少一方面降低了盐穴储气库调峰能力，另一方面将会引起盐穴储气库地表沉降，甚至出现塌陷，成为影响盐穴储气库安全的重要因素之一。现阶段对地表沉降量测量的方法主要有地表沉降卫星观测法、静态液位型地表沉降测量法。通过分析和现场使用发现以上方法主要存在以下缺点(I)、地表沉降卫星观测法。虽然该方法测量精度较好、自动化水平高，但是整个系统较为庞大，花费较高，对于盐穴储气库地表沉降这种小范围测量不具备显著优势。 (2)、静态液位型地表沉降测量法。该方法在设计操作过程中，为了通过联测验证其稳定性，在一个区域内应至少埋设三个基准点，从基准点出发布设一至二个等级的高程控制网。首级网用精密水准仪进行观测，次级网用低一级的水准测量，均按一定周期进行观测，并用严密平差方法求得各观测点的高程。因此，使得该系统中构件较多、操作复杂，对于盐穴储气库引起的小面积地表沉降测量的经济性较差。综上所述，以上两种方法在盐穴储气库地表沉降量测量上都存在可以改进和提高的地方，才能更好满足实际生产需要。

发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种地下盐穴储气库地表沉降量测量装置及测量方法，以解决盐穴储气库地表沉降量测量中存在的难题。本发明的技术方案如下地下盐穴储气库地表沉降测量装置，包括盛液筒、盛液筒支架、测量筒、测量筒支架、软管；盛液筒底部有凸出接口，测量筒底部有凸出接口，其特征在于测量筒至少有I个；盛液筒由盛液筒支架支撑，测量筒由测量筒支架支撑；盛液筒上有液位指示器，用于指示盛筒液面变化；测量筒上有刻度，用于指示测量筒液面变化；盛液筒底部的凸出接口和测量筒底部的凸出接口由软管连通。优选地，盛液筒底部凸出接口上安装有流量控制阀，顶部安装有顶盖，盛液筒内部液面上安装有密封浮子。优选地，盛液筒为金属或硬质聚氯乙烯材料制成的容器，盛液筒直径为10 20倍测量筒直径、高度为I. 5 2m ;顶盖为双层结构，带有通气孔；液位指示器为透明材料制成，带有指示液面高度变化的刻度，最小测量精度为0. Icm0优选地，测量筒底部凸出接口上安装有流量控制阀，顶部安装有顶盖，测量筒内部液面上安装有密封浮子。
优选地，测量筒为透明聚氯乙烯材料制成的容器，最小测量精度为0. Icm ;测量筒外直径为10cm、高度为I. 5 2m ;顶盖为双层结构，带有通气孔。优选地，盛液筒支架和测量筒支架均有四条腿，均匀分布；每条腿都具有独立伸缩性，可以通过腿上的螺栓对腿长进行调节；支架腿底部为尖锥状，可以插入地表下20cm。优选地，盛液筒支架上有圆形托盘为金属制成，托盘直径为I. 2倍盛液筒直径、厚度为1cm，托盘中心位置处有直径为5cm的贯穿圆孔，托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为50cm ;测量筒支架上有圆形托盘为金属制成，托盘直径为I. 2倍测量筒直径、厚度为1cm，托盘中心位置处有直径为5cm的贯穿圆孔，托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为50cm，栏杆内侧有橡胶支座，用于固定测量筒。地下盐穴储气库地表沉降测量方法，其特征在于包含以下步骤(I)、根据沉降测量区大小和位置，确定盛液筒位置、测量筒位置和测量筒数量；安装支架并根据地形调整支架高度，将盛液筒、测量筒分别放在支架上并固定好；盛液筒、测量筒底部凸出接口通过托盘圆孔，并关闭流量控制阀门；采用软管将盛液筒和各个测量筒·连接起来；(2)、打开盛液筒顶盖注入含有染色剂的液体，在液面上安装密封浮子，盖上盛液筒顶盖；依次打开盛液筒的流量控制阀门和测量筒的流量控制阀门，使得各个测量筒中都有一定量的液体，确保测量筒内的密封浮子位于液面上；(3)、等液面稳定后，通过调整支架腿上的螺栓调节支架高度使得各个测量筒中液面高度与盛液筒中的液面高度保持一致；静置2小时后再进行支架高度调整，使得液面与地平面水平；(4)、静置2小时后记录下盛液筒和各个测量筒中液面高度初始值；监测液面变化，并记录下液面变化数据。优选地,注入盛液筒中的液体含有红色、粉红色或蓝色的染色剂。优选地，盛液筒、测量筒的初始液面高度为最大刻度的30% 40%;测量筒的初始液面高度与盛液筒的初始液面高度误差小于10% ;测试过程中，支架和容器与地平面保持水平。本发明适用于盐穴储气库、衰竭油气藏、含水层型、废弃矿洞型等储气库地表沉降量测量，同时也适用于于油气开采引起的地表沉降等测量；该测试装置构造简单，造价低廉，可靠性高；具体实施步骤简洁、易于现场操作、对工人技术水平要求低，有利于现场推广和使用。


图I是地下盐穴储气库地表沉降测量装置示意图；图2是盛液筒结构示意图；图3是测量筒结构示意图；图4是盛液筒支架示意图；图5是测量筒支架示意图；图中1、盛液筒，2、密封浮子，3、盛液筒支架，4、栏杆，5、托盘，6、支架腿，7、螺栓，
8、流量控制阀门，9、凸出接口，10、软管，11、顶盖，12、通气孔，13、液位指示器，14、液体，20、第一测量筒，21、测量筒支架，22、橡胶支座，23、第二测量筒，24、第三测量筒。
具体实施例方式我国某盐穴储气库在造腔过程中，地表出现了沉降，在不同位置处形成了大小不一的水泡子，沉降区范围大约为以盐穴中心地表为圆心的300m圆形区域，圆形区域外基本不受沉降影响。为了对该沉降区域的地表沉降量进行监测，一共选择了三个测量点。如图I所示，地下盐穴储气库地表沉降测量装置，包括盛液筒I、盛液筒支架3、第一测量筒20、第二测量筒23、第三测量筒24、测量筒支架21、软管10 ;盛液筒底部有凸出接口 9，测量筒底部有凸出接口 10。盛液筒放在盛液筒支架上，盛液筒上有液位指示器13，用于指示盛筒液面变化；盛液筒底部的凸出接口和第一测量筒、第二测量筒、第三测量筒底部的凸出接口由软管连通。如图2所示，盛液筒为不锈钢制成的圆柱形容器，容器壁厚为3. 5mm，可以保证盛液筒在整个测量工程中不发生变形；盛液筒直径为I. 5m、高度为2m。顶盖为硬质聚氯乙烯材料制成、双层结构，在下层结构上有通气孔12，用于保持盛液筒内压力与大气压力相同； 液位指示器为透明聚氯乙烯材料制成，带有指示液面高度变化的刻度，刻度从下到上为0和I. 8m，最小测量精度为0. Icm0盛液筒底部凸出接口上安装有流量控制阀8 ;凸出接口长度为5cm，外径为2cm、内径I. 4cm，为金属制成；顶部安装有顶盖11，盛液筒内部液面上安装有密封浮子2。密封浮子为硅胶泡沫制成，主要用于分隔液面和空气，防止液体挥发，密封浮子为圆形，直径为
I.49m、厚度为5cm，可以随着液面升降而自由移动；盛液筒内液体14为清水，带有红色染色齐U，以方便读数。流量控制阀用于控制盛液筒内流体流出；盛液筒内部液面上部的密封浮子用于防止盛液筒内液体蒸发，降低测量误差。如图3所示，测量筒为透明的有机玻璃制成的圆柱形容器，圆柱体高度为2. 0m、直径为10cm，高度刻度从上到下标注为0和I. 8m，最小测量精度为0. Icm0测量筒底部都有凸出接口，凸出接口外径为2cm、内径为I. 4cm、长度为3. 5cm,凸出接口上安装有流量控制阀门。测量筒顶部安装有顶盖，防止测量过程中雨水流入。测量筒内部液面上面安装有密封浮子，密封浮子为硅胶泡沫制成，主要用于分隔液面和空气，防止液体挥发，密封浮子为圆形，直径为9. 9cm、厚度为2cm，可以随着液面升降而自由移动。如图4所示，盛液筒支架3包括栏杆4、托盘5、支架退6、螺栓7。盛液筒支架高度为0. Sm，支架腿底端为圆锥状，可以插入地面20cm;支架有四条腿，均匀分布；每条腿都具有独立伸缩性，通过调整每条腿上的螺栓来调整腿长，使得托盘与地平面水平；盛液筒支架上部带有一个直径为I. Sm的圆形托盘，托盘为铝合金制成，厚度为2cm，托盘中间有直径为5cm的贯穿圆孔用于放置容器的凸出接口 ；托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为50cm，栏杆采用直径为4_钢筋制成，以防止容器滑落。如图5所示，测量筒支架21包括栏杆4、橡胶支座22、托盘5、支架退6、螺栓7。测量筒架高度为0. Sm，支架腿底端为圆锥状，可以插入地面20cm;支架有四条腿，均匀分布；每条腿都具有独立伸缩性，通过调整每条腿上的螺栓来调整腿长，使得托盘与地平面水平；测量筒支架上部带有一个直径为12cm的圆形托盘，托盘为铝合金制成，厚度为2cm，托盘中间有直径为5cm的贯穿圆孔用于放置容器的凸出接口 ；托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为50cm，栏杆采用直径为4_钢筋制成，以防止容器滑落。测量筒支架的支架内侧带有4个橡胶支座用于固定测量筒。图I所示的地下盐穴储气库地表沉降测量方法实施过程如下(I)、根据该盐穴储气库沉降区面积，将盛液筒放置在距离盐穴地表沉降中心点400m位置处，该位置受盐穴地表沉降量影响较小，基本上可以认为不受影响；放置盛液筒支架，调整支架腿的长度，使得托盘与地平面水平；将盛液筒放置在支架上；盛液筒底部凸出接口通过圆形托盘底部的贯穿圆孔，关闭流量控制阀门，在凸出接口上安装聚氯乙烯材料的软管，并保证软管连接的可靠性；第一测量筒安装位置选在距离盐穴地表沉降中心300m位置处；放置第一测量筒支架，调整支架腿的长度，使得托盘与地平面水平；将第一测量筒放置在支架上；第一测量筒底部凸出接口通过圆形托盘底部的贯穿圆孔，关闭流量控制阀门，在凸出接口上安装聚氯乙烯材料的软管，并保证软管连接的可靠性；同理，依次在距离盐穴地表沉降中心IOOm位置处和盐穴地表沉降中心安装第二和第三测量筒；采用聚氯乙烯材料的软管将盛液筒和各个测量筒连接起来； (2)、打开盛液筒顶盖注入带有红色染色剂的水至液位指示器0. Sm位置处，盖上顶盖；依次打开盛液筒、第一、第二、第三测量筒底部的流量控制阀门；(3)、静置12小时后，通过调整盛液筒和测量筒支架上螺栓来调节支架腿长度使得各个测量筒液面高度与盛液筒液面高度误差在10%以内，并保证液面与地平面水平；(4)、液面水平度调节完成后，静置2小时，记录下盛液筒和各个测量筒中液面高度初始值；根据工程经验每一周记录一次液面变化数据，记录55个周。记录结果显示盛液筒和三个测量筒中液面高度初始值分别为0. 786m、0. 784m、
0.782m、0. 788m，盛液筒和三个测量筒的初始液面高度误差均在10%以内。55周后主盛液筒和三个子测量筒中液面高度分别为0. 785m、0. 793m、0. 799m、0. 818m，可以计算得到盛液筒液面降低值为1mm，第一、第二、第三测量筒液面分别升高了 9mm、17mm和30mm。通过将盛液筒液面降低值分别与第一、第二、第三测量筒液面的升高值进行加和，即可得到第一、第二、第三测量点地表沉降量分别为10mm、18mm、31mm。本发明适用于盐穴储气库、衰竭油气藏、含水层型、废弃矿洞型等储气库地表沉降量测量，同时也适用于于油气开采引起的地表沉降等测量。
权利要求
1.地下盐穴储气库地表沉降测量装置，包括盛液筒、盛液筒支架、测量筒、测量筒支架、软管；盛液筒底部有凸出接口，测量筒底部有凸出接口，其特征在于测量筒至少有I个；盛液筒由盛液筒支架支撑，测量筒由测量筒支架支撑；盛液筒上有液位指示器，用于指示盛筒液面变化；测量筒上有刻度，用于指示测量筒液面变化；盛液筒底部的凸出接口和测量筒底部的凸出接口由软管连通。
2.根据权利要求I所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于盛液筒底部凸出接口上安装有流量控制阀，顶部安装有顶盖，盛液筒内部液面上安装有密封浮子。
3.根据权利要求1-2所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于盛液筒为金属或硬质聚氯乙烯材料制成的容器，盛液筒直径为10 20倍测量筒直径、高度为I.5 2m ;顶盖为双层结构，带有通气孔；液位指示器为透明材料制成，带有指示液面高度变化的刻度，最小测量精度为0. Icm0
4.根据权利要求1-3所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于测量筒底部凸出接口上安装有流量控制阀，顶部安装有顶盖，测量筒内部液面上安装有密封浮子。
5.根据权利要求1-4所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于测量筒为透明聚氯乙烯材料制成的容器，最小测量精度为0. Icm ;测量筒外直径为10cm、高度为I.5 2m ;顶盖为双层结构，带有通气孔。
6.根据权利要求1-5所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于盛液筒支架和测量筒支架均有四条腿，均匀分布；每条腿都具有独立伸缩性，可以通过腿上的螺栓对腿长进行调节；支架腿底部为尖锥状，可以插入地表下20cm。
7.根据权利要求1-6所述的地下盐穴储气库地表沉降测量装置，其特征在于盛液筒支架上有圆形托盘为金属制成，托盘直径为I. 2倍盛液筒直径、厚度为1cm，托盘中心位置处有直径为5cm的贯穿圆孔，托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为.50cm ;测量筒支架上有圆形托盘为金属制成，托盘直径为I. 2倍测量筒直径、厚度为1cm，托盘中心位置处有直径为5cm的贯穿圆孔，托盘高度方向上有栏杆，栏杆与托盘边缘连接，栏杆高度为50cm，栏杆内侧有橡胶支座，用于固定测量筒。
8.地下盐穴储气库地表沉降测量方法，采用权利要求1-7所述的测量装置，其特征在于包含以下步骤 (1)、根据沉降测量区大小和位置，确定盛液筒位置、测量筒位置和测量筒数量；安装支架并根据地形调整支架高度，将盛液筒、测量筒分别放在支架上并固定好；盛液筒、测量筒底部凸出接口通过托盘圆孔，并关闭流量控制阀门；采用软管将盛液筒和各个测量筒连接起来； (2)、打开盛液筒顶盖注入含有染色剂的液体，在液面上安装密封浮子，盖上盛液筒顶盖；依次打开盛液筒的流量控制阀门和测量筒的流量控制阀门，使得各个测量筒中都有一定量的液体，确保测量筒内的密封浮子位于液面上； (3)、等液面稳定后，通过调整支架腿上的螺栓调节支架高度使得各个测量筒中液面高度与盛液筒中的液面高度保持一致；静置2小时后再进行支架高度调整，使得液面与地平面水平； (4)、静置2小时后记录下盛液筒和各个测量筒中液面高度初始值；监测液面变化，并记录下液面变化数据。
9.根据权利要求8所述的地下盐穴储气库地表沉降测量方法，其特征在于注入盛液筒中的液体含有红色、粉红色或蓝色的染色剂。
10.根据权利要求8-9所述的地下盐穴储气库地表沉降测量方法，其特征在于盛液筒、测量筒的初始液面高度为最大刻度的30% 40% ;测量筒的初始液面高度与盛液筒的初始液面高度误差小于10% ;测试过程中，支架和容器与地平面保持水平。
全文摘要
本发明属于油气资源开发领域，具体地，涉及一种地下盐穴储气库地表沉降测量装置及测量方法。测量装置包括盛液筒、盛液筒支架、测量筒、测量筒支架、软管；盛液筒底部有凸出接口，测量筒底部有凸出接口，其特征在于盛液筒由盛液筒支架支撑，测量筒由测量筒支架支撑；盛液筒上有液位指示器，用于指示盛筒液面变化；测量筒上有刻度，用于指示测量筒液面变化；盛液筒底部的凸出接口和测量筒底部的凸出接口由软管连通。测量方法实施过程包括步骤安装盛液筒、测量筒；注入液体；调整液面水平度；沉降量测量。本发明构造简单，造价低廉，可靠性高，有利于现场推广和使用；本发明也适用于衰竭油气藏、含水层型、废弃矿洞型等储气库地表沉降量测量。
文档编号G01C5/04GK102721407SQ20121023297
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者姜婷婷, 杨秀娟, 王同涛, 闫怡飞, 闫相祯 申请人:中国石油大学(华东)