储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统及方法

1.本发明涉及石油污染区的环境监测技术领域，特别是一种储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统及方法。


背景技术：

2.石油类产品是当前危害范围最为广泛的lnapls类物质，我国早期建设的加油站随着罐体、管线的老化逐渐出现渗漏问题，已成为土壤及地下水污染最为严重的污染源头。
3.当前对储油设施进行渗漏监测的方法主要有传感器监测、储罐自动计量、液位监测、真空压力监测、双层底板监测等。传感器监测系统通过安装在罐区监控井、集油槽或油罐双层间隙中的液体或气体传感器对储油罐泄漏的油气进行监测，该方法通常只能在油气泄漏到一定程度时进行预警，实时性较差。储罐自动计量技术、液位监测技术、真空压力监测技术和双层底板监测等均通过改造储油罐，在灌内增加监控设备进行监测，能够对储油罐进行实时监测，却仍然存在无法定位漏点的缺陷。现有的储油设施监测技术为了能够实现实时监测的目的，必须对储油设施或罐体进行改造，使之适应技术要求，甚至需要完全更换与之适应的罐体，因此成本非常高，并未大规模推广开来，而且无法定位渗漏区域，对于微渗漏情况检测灵敏度不高。
4.电阻率层析技术是一种多装置多极距的组合测量方法，依靠计算机自动化处理，此地球物理方法对地下介质变化敏感，可以实时获得关于地下介质属性的连续信息，实现储油设施渗漏的实时监测，并能三维分析油污染区演化过程。井间电阻率层析技术是将电极系以探针的形式布设在井中，极大地减少了地面干扰，从而提高地下电阻率数据准确度。
5.申请号为201810737744.x、名称为“储油区地下渗漏实时监测方法”的发明专利申请中，其实时监测步骤包括在储油区四周外延(1-3)米处建立监测区域，将整个环形监测区域划分为等面积大小的、单行列分布的n个矩形子区域；在n个矩形子区域的顶点共设置(2n+2)个电阻率探针；进行电阻率测量时，每一探针的电极依次供电，相邻探针的所有电极同时进行电位测量，经反演成像后获取探针间电阻率分布；进行初始电阻率测量以获取各探针间电阻率背景值，将各时刻电阻率与背景值作比i1，由i1可确定区域内渗漏位置及油类物质的扩散方向。
6.此在先申请专利虽实现了石油污染区实时监测，但也存在一定的缺陷：一是没有采用多通道并行采集方式，采集效率不高，数据实时性较差；二是采用二极采集装置，数据量较少，空间分辨率较低，监测精度较差，不能很好地满足实时监测储油设施微小渗漏的需求。
7.鉴于此，需要发展能够提高监测效率和精度的实时监测装置，为石油污染区泄露污染监测提供技术支持。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种储油区多通道并行
采集井间三维电阻率监测系统及方法，其采集效率高，能够更好地实现渗漏实时监测，监测精度高，可以对储油区发生的微小渗漏进行精准识别，实现了石油污染区渗漏远程原位监测。
9.本发明的技术方案是：一种储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统，包括电源、主机，其中，还包括多通道并行采集装置、四极am-bn采集装置和数据终端，电源、主机、多通道并行采集装置、四极am-bn采集装置依次连接；
10.多通道并行采集装置包括多通道电极转换箱，多通道电极转换箱内设有数个电位通道插座，电位通道插座的数量与探针的数量相同，每个电位通道插座内设置二十四个电位通道，每个通道内均对应的设有继电器和电流通道开关，继电器的一端与电阻率探针上对应的电极连接，继电器的另一端与采集模块连接；
11.所述四极am-bn采集装置包括数根电阻率探针，电阻率探针分别位于并行采集井内；
12.四极am-bn采集装置还包括供电电极a、供电电极b、测量电极m和测量电极n，其中供电电极a和测量电极m位于同一个电阻率探针上，供电电极b和测量电极n位于另一个电阻率探针上，供电电极a和测量电极m之间、与供电电极b和测量电极n之间呈等距分布，am＝bn＝na，其中a为探针电极极距，n＝1,2,3，
……
23。
13.本发明中，所述主机包括采集模块和数据无线传输模块，采集模块包括用于放大信号的运算放大电路、用于对信号进行分离和降噪处理的带通滤波器、由电位调整电路组成的预调理电路、以及用于将模拟信号转换为数字信号的数模转换电路。
14.所述电阻率探针包括内管、电极片和套管，内管的底端焊接固定有贯入用的锥状不锈钢头部，内管的外侧设有套管，内管和套管之间且沿内管的轴向均匀间隔设置数个电极片，电极片分别通过导线与对应的继电器连接，本实施例中每个电阻率探针上均设有二十四个电极片，内管和套管之间的间隙内还填充有环氧树脂。
15.所述四极am-bn采集装置包括四个电阻率探针。
16.本发明还包括一种利用上述储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统对电阻率进行监测的方法，其中，包括以下步骤：
17.s1.电源向主机供电，主机的采集模块发送控制指令，通过多通道并行采集装置控制电阻率探针上电极的通断，管理探针上各电极的工作状态；
18.s2.利用多通道并行采集装置进行电位值的采集：
19.s2.1供电电极a和测量电极m位于1号电阻率探针上，供电电极b和测量电极n位于2号电阻率探针上,此时多通道电极转换箱内的24i个电极通道全部开启；
20.s2.1.1固定供电电极a和测量电极m，供电电极a位于1号电阻率探针顶部的电极片，此时am＝a，将供电电极b和测量电极n从上至下依次移动，移动过程中，保持供电电极b和测量电极n之间与供电电极a和测量电极m之间始终等间距，bn＝a,在移动过程中分别采集测量电极n和测量电极m的电位值，从而得到两测量电极之间的电位差；
21.s2.1.2将供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间扩大一倍电极距，此时am＝bn＝2a，此时供电电极a仍然位于1号探电阻率针最顶部的电极片处,固定供电电极a和测量电极m，将供电电极b和测量电极n从上至下依次移动，并在移动过程中分别采集测量电极n和测量电极m的电位差；
22.s2.1.3继续扩大供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的电极距，并重复上述数据采集过程，直至供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的距离达到最大，此时am＝bn＝23a,上述过程中，保持供电电极a始终处于1号电阻率探针顶部的电极片处；
23.s2.1.4当am＝bn＝23a时，改变供电电极a的位置，使供电电极a沿1号电阻率探针向下移动一个电极距后，保持供电电极a的位置不变，重复步骤s2.1.1至s2.1.3；
24.当am＝bn＝22a时，再次改变供电电极a的位置，使供电电极a沿1号电阻率探针依次向下运动，保持供电电极a的位置不变，重复步骤s2.1.1至s2.1.3，直至am＝bn＝a，完成2号电阻率探针的电位值采集；
25.s2.1.5将供电电极b和测量电极n依次转移至3号电阻率探针、4号电阻率探针，重复步骤s2.1.1至s2.1.4，依次完成3号电阻率探针和4号电阻率探针的数据测量和采集；
26.s2.2将供电电极a和测量电极m转移至2号电阻率探针，此时开启2号电阻率探针至4号电阻率探针的七十二个电位通道，使供电电极b和测量电极n依次位于3号电阻率探针、4号电阻率探针上，重复步骤s2.1；
27.s2.3将供电电极a和测量电极m依次转移至3号电阻率探针，此时供电电极b和测量电极b位于4号电阻率探针上，开启3号电阻率探针和4号电阻率探针的四十八个电位通道，重复步骤s2.1；
28.s3采集模块将通过测量电极检测到的电位值信号进行运算放大、降噪、数模转换，完成电阻率数据的采集，数据经由无线传输模块发送至数据终端，进行反演处理和渗漏分析实现石油污染区远程原位监测。
29.本发明的有益效果是：
30.(1)本发明采用多通道并行采集井间电阻率方法，采集效率高，能够更好地实现渗漏实时监测，实现了石油污染区渗漏远程原位监测；
31.(2)本发明可以选择任何一个或多个通道有效或无效，少量电极异常对整体数据质量影响不大，提高监测的准确度；
32.(3)本发明采用四极am-bn采集装置，能够更好地契合三维井间电阻率层析“透视对孔”的立体观测要求，减弱电流通道的影响，监测精度高，可以对储油区发生的微小渗漏进行精准识别；
33.(4)本发明不需要对储油设施或罐体进行改造，可以节省加油站渗漏监测成本。
附图说明
34.图1是该系统的结构示意图；
35.图2是多通道并行采集装置的工作原理图；
36.图3是电阻率探针的结构示意图；
37.图4是四极am-bn采集装置的结构示意图；
38.图5是监测方法的流程图。
39.图中：1电源；2主机；3多通道电机转换箱；4电阻率探针；5数据终端；6储油区；7污染羽；11电路通道开关；12继电器；13内管；14电极片；15套管
具体实施方式
40.为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
41.在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
42.如图1至图4所示，本发明所述的储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统包括电源1、主机2、多通道并行采集装置3、多级am-bn采集装置和数据终端5，其中电源1、主机2、多通道并行采集装置、四极am-bn采集装置依次连接。电源1由12v、60ah的大功率锂电池构成，采用专用连接线与主机2连接。
43.主机2包括采集模块和数据无线传输模块，如图2所示，采集模块包括可编程运算放大电路、带通滤波器、由电位调整电路组成的预调理电路、以及数模转换电路,其中运算放大电路用于放大信号，带通滤波器用于对信号进行分离和降噪处理，数模转换电路用于将模拟信号转换为数字信号，完成电位数据的采集。无线传输模块由主机外接512m无线电鞭状天线构成，将采集到的储油区电阻率数据发送到数据终端5。数据终端6接受无线传输模块放的电阻率数据，并做反演处理成像，进行储油设施渗漏分析。
44.多通道并行采集装置包括多通道电极转换箱3，多通道电极转换箱3内设有数个电位通道插座，电位通道插座的数量与探针的数量相同。每个电位通道插座内设置二十四个电位通道，电位通道的数量与每个探针上电极片的数量相同。电位通道插座可以驳接一条二十四级电缆，本实施例中，多通道电极转换箱3内设有四个电位通道插座。每个通道内均对应的设有继电器12和电流通道开关11，继电器12的一端与电阻率探针上对应的电极连接，继电器12的另一端与采集模块连接。通过继电器12和电流通道开关11控制对应电极的状态。工作过程中，通过继电器12和电流通道开关11，可以选择任何一个或多个通道有效或无效，最多可以实现九十六个通道同时采集，实现了电阻率数值的并行采集。
45.如图3所示，四极am-bn采集装置包括四根电阻率探针4，四根电阻率探针4分别位于并行采集井内。电阻率探针包括内管13、电极片14和套管15，内管13的底端焊接固定有贯入用的锥状不锈钢头部，内管13的外侧设有套管15，内管13和套管15之间且沿内管13的轴向均匀间隔设置数个电极片14，电极片14分别通过导线与对应的继电器12连接，本实施例中每个电阻率探针4上均设有二十四个电极片14。内管13和套管15之间的间隙内还填充有环氧树脂，通过环氧树脂对内管13和套管15起到了固定作用。
46.如图4所示，四极am-bn采集装置包括供电电极a、供电电极b、测量电极m和测量电极n，其中供电电极a和测量电极m位于同一个电阻率探针上，供电电极b和测量电极n位于另一个电阻率探针上，将两个供电电极分别设置在两根电阻率探针上，可以减弱电流通道影响。供电电极a和测量电极m之间、与供电电极b和测量电极n之间呈等距分布，即am＝bn＝na，其中a为探针电极极距，也就是相邻两电极片之间的距离，n＝1,2,3，
……
23。工作过程中，对供电电极a和供电电极b供电，采集测量电极m和测量电极n之间的电位差值。
47.本发明还包括一种利用上述储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统对电阻率进行监测的方法，该方法包括以下步骤。
48.第一步，电源1向主机2供电，主机2的采集模块发送控制指令，通过多通道并行采
集装置控制电阻率探针4上电极的通断，管理探针上各电极的工作状态。
49.第二步，利用多通道并行采集装置进行电位值的采集。
50.设系统中设置有i个数量的探针，探针分别位于各并行采集井中，其中i不小于4，本实施例中，i＝4。
51.采集过程中，供电电极a和测量电极m位于1号探针上，供电电极b和测量电极n位于2号探针上。此时多通道电极转换箱3内的九十六个电极通道全部开启。首先，固定供电电极a和测量电极m，供电电极a位于1号探针顶部的电极片，此时am＝a，将供电电极b和测量电极n从上至下依次移动，并在移动过程中分别采集测量电极n和测量电极m的电位值，从而得到两测量电极之间的电位差。移动过程中，保持供电电极b和测量电极n之间与供电电极a和测量电极m之间始终等间距，即bn＝a。
52.接下来，将供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间扩大一倍电极距，此时am＝bn＝2a，固定供电电极a和测量电极m，此时供电电极a仍然位于1号探针最顶部的电极片处。将供电电极b和测量电极n从上至下依次移动，并在移动过程中分别采集测量电极n和测量电极m的电位值，从而得到两测量电极之间的电位差。然后，继续扩大供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的电极距，并重复上述数据采集过程，直至供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的距离达到最大，此时am＝bn＝23a。上述过程中，保持供电电极a的位置不变，即始终处于1号探针顶部的电极片处。
53.再接下来，改变供电电极a的位置，使供电电极a沿1号探针向下移动一个电极距，并保持供电电极a的位置不变。当供电电极a和测量电极m之间为一个电极距时，固定供电电极a和测量电极m，此时am＝bn＝a，将供电电极b和测量电极n从上至下依次移动，并在移动过程中分别采集测量电极n和测量电极m的电位值，从而得到两测量电极之间的电位差。然后，逐渐扩大供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的电极距，并重复上述步骤，采集测量电极n和测量电极m的电位差值。
54.当供电电极a和测量电极m之间、以及供电电极b和测量电极n之间的电极距达到最大时，再次改变供电电极a的位置，使供电电极a沿1号探针依次向下运动，并重复上述测量过程中，在上述动作过程中，通过采集模块对测量电极n和测量电极m的电位值信号进行处理和采集。
55.按照上述步骤完成2号探针的电位值采集后，将供电电极b和测量电极n依次转移至3号探针和4号探针，并重复上述测量过程。
56.按照上述步骤依次完成3号探针和4号探针的数据测量和采集后，将供电电极a和测量电极m转移至2号探针，此时开启2号探针、3号探针和4号探针的72个电位通道，使供电电极b和测量电极n依次位于3号探针和4号探针上，重复上述测量过程。
57.最后将供电电极a和测量电极m转移至3号探针，开启3号探针和4号探针的48个电位通道，此时供电电极b和测量电极b位于4号探针上，重复上述测量过程，实现了井间区域三维全方位电位值的测量和采集。
58.第三步，采集模块将通过测量电极检测到的电位值信号进行运算放大、降噪、数模转换等处理后，完成电阻率数据的采集。数据经由无线传输模块发送至数据终端5，进行反演处理和渗漏分析实现石油污染区远程原位监测。
59.以上对本发明所提供的储油区多通道并行采集井间三维电阻率监测系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。