一种闭式井下换热系统隔离壁内外温度监测方法与流程

本发明涉及温度测量，尤其涉及一种闭式井下换热系统隔离壁内外温度监测方法。

背景技术：

1、闭式井下换热系统通常通过设置于井筒内的隔离壁，将换热介质与井下地层、围岩或井筒流体隔离，使换热介质在封闭通道内循环换热，从而实现取热不取水的地热开发方式。在该类系统运行过程中，隔离壁内侧的换热介质温度以及隔离壁外侧的地层围岩温度，直接关系到换热效率、隔离壁热负荷状态以及系统长期运行安全性。因此，准确获取隔离壁内外两侧温度及其温差，是评价闭式井下换热系统换热状态的重要基础。

2、现有井下温度监测方式多采用单点测温、单侧测温或在井筒内布置独立测温元件的方式，通常只能获得换热介质侧温度或井下环境温度，难以在同一测温点位同步获取隔离壁内侧和外侧的对应温度数据。由于内外两侧温度缺乏对应关系，无法准确反映隔离壁两侧真实温差，进而影响对隔离壁传热状态和换热效果的判断。

3、同时，现有测温传感器多以后装、外贴或临时固定方式设置于井下结构表面，在高温、高压、潮湿、振动及流体冲刷环境下，传感器容易出现松动、位移或接触不稳定，导致测温数据漂移或失真。对于闭式井下换热系统而言，如果测温结构与隔离壁缺乏一体化布置，还可能削弱隔离壁局部结构完整性，影响长期监测可靠性。

4、此外，井下传感器信号线缆需要穿过或沿隔离壁布设，若缺少适用于隔离壁的密封式布线结构，容易在穿线位置形成泄漏通道，破坏闭式换热系统的密封性。井下长距离传输还面临电磁干扰、信号衰减及数据稳定性不足等问题，使地面监控终端难以及时、准确获得多测点温度数据。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种闭式井下换热系统隔离壁内外温度监测方法，通过在闭式井下换热系统的隔离壁上形成嵌入式测温安装结构，并在同一测温点位的隔离壁内侧和外侧对应设置内侧测温传感器和外侧测温传感器，使换热介质温度和地层围岩温度能够在同一位置关系下同步采集；通过在内外侧测温传感器之间设置隔热隔离件，可降低两侧测温过程中的热传导串扰，通过密封式布线通道及耐压密封结构引出信号线缆，能够在实现井下温度信号传输的同时保持闭式换热系统的密封完整性，地面监控终端进一步根据内外温度数据生成包含内外温差的监测结果，并在满足预警条件时输出预警信息，从而提高闭式井下换热系统传热状态判断和运行安全监测的可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种闭式井下换热系统隔离壁内外温度监测方法，包括：

3、在闭式井下换热系统的隔离壁预制或安装阶段，在所述隔离壁上设置至少一个测温点位，并在所述测温点位形成与所述隔离壁结合的嵌入式测温安装结构；

4、在同一测温点位的隔离壁内侧和隔离壁外侧分别对应设置内侧测温传感器和外侧测温传感器，使所述内侧测温传感器采集换热介质温度，所述外侧测温传感器采集地层围岩温度，并在所述内侧测温传感器和所述外侧测温传感器之间设置隔热隔离件；

5、在所述隔离壁内设置密封式布线通道，将所述内侧测温传感器和所述外侧测温传感器的信号线缆经所述密封式布线通道引出，并对所述密封式布线通道进行耐压密封；

6、通过井下信号采集单元同步采集各测温点位的内侧温度信号和外侧温度信号，并经井下至地面传输链路发送至地面监控终端；

7、由所述地面监控终端对内侧温度数据和外侧温度数据进行处理，确定各测温点位的隔离壁内外温差，并生成包括所述内侧温度数据、外侧温度数据和隔离壁内外温差的监测结果；

8、当所述内侧温度数据、所述外侧温度数据或隔离壁内外温差满足预警条件时，输出预警信息。

9、在上述技术方案中，优选地，在所述测温点位形成与所述隔离壁结合的嵌入式测温安装结构包括：

10、在所述隔离壁的测温点位处开设测温安装槽；

11、在所述测温安装槽内预埋隔热定位基座；

12、使所述隔热定位基座与所述隔离壁一体成型或固定结合，以通过所述隔热定位基座在同一测温点位对应定位所述内侧测温传感器、所述外侧测温传感器和所述隔热隔离件。

13、在上述技术方案中，优选地，所述测温点位沿所述隔离壁的轴向间隔设置，并在同一轴向位置沿所述隔离壁的周向设置多个；

14、在各测温点位分别设置一组内外成对测温单元，以获取所述隔离壁在轴向和周向上的内侧温度数据和外侧温度数据，并确定所述隔离壁在轴向和周向上的内外温差分布。

15、在上述技术方案中，优选地，所述测温点位沿所述隔离壁轴向每隔0.5m设置一个测温截面，并在每个测温截面沿周向均匀设置四组测温点位；

16、所述地面监控终端根据各测温点位对应的内侧温度数据、外侧温度数据和隔离壁内外温差，生成所述隔离壁的轴向和/或周向温度场分布数据。

17、在上述技术方案中，优选地，所述内侧测温传感器和所述外侧测温传感器均采用高温型铂电阻传感器，测温精度不低于±0.1℃，工作温度范围为-40℃～350℃；

18、所述内侧测温传感器和所述外侧测温传感器分别通过弹性压紧基座保持贴合状态，使所述内侧测温传感器贴合所述隔离壁的换热介质侧壁面，并使所述外侧测温传感器贴合所述隔离壁的地层围岩侧壁面。

19、在上述技术方案中，优选地，所述隔热隔离件采用低导热材料制成，并设置于同一测温点位的内侧测温传感器和外侧测温传感器之间；

20、所述低导热材料包括聚四氟乙烯材料，以降低所述隔离壁内外侧测温信号之间的热传导干扰。

21、在上述技术方案中，优选地，所述密封式布线通道包括预埋于所述隔离壁内部的穿线管，所述穿线管预埋并与所述隔离壁结合为一体；

22、对所述密封式布线通道进行耐压密封包括：在所述穿线管内设置多级密封胶圈，并在所述穿线管端部设置耐压封堵头和密封灌封层，使所述密封式布线通道的耐压密封等级不低于20mpa。

23、在上述技术方案中，优选地，通过井下信号采集单元同步采集各测温点位的内侧温度信号和外侧温度信号包括：

24、对所述内侧温度信号和所述外侧温度信号进行信号放大、模数转换和抗干扰编码，并为编码后的温度数据附加测温点位标识；

25、所述井下信号采集单元采用防爆耐高温封装结构。

26、在上述技术方案中，优选地，经井下至地面传输链路发送至地面监控终端包括：

27、通过铠装屏蔽传输线缆将所述井下信号采集单元输出的编码后的温度数据传输至所述地面监控终端；

28、所述铠装屏蔽传输线缆包括不锈钢铠装层和电磁屏蔽层，并支持不小于2000m的井下至地面传输距离。

29、在上述技术方案中，优选地，所述地面监控终端对内侧温度数据和外侧温度数据进行处理包括：

30、对所述内侧温度数据和外侧温度数据进行校准、滤波、显示和历史存储；

31、根据同一测温点位的内侧温度数据和外侧温度数据计算隔离壁内外温差，并根据所述隔离壁内外温差、隔离壁厚度和隔离壁导热参数确定热流密度；

32、在包括多个测温点位时，根据各测温点位对应的位置生成隔离壁温度场分布曲线；

33、当所述内侧温度数据、外侧温度数据、隔离壁内外温差或热流密度满足对应预设预警条件时，输出包含异常测温点位位置和超限参数的预警信息。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、（1）将测温结构预设于闭式井下换热系统的隔离壁中，并形成与隔离壁结合的嵌入式测温安装结构，使测温传感器不再依赖后期外贴或临时固定方式安装，可提高传感器安装位置的稳定性，降低井下高温、高压、流体扰动和振动环境导致的松动、移位风险，保证长期监测数据的可靠性。

36、（2）通过在同一测温点位的隔离壁内侧和隔离壁外侧对应设置内侧测温传感器和外侧测温传感器，使换热介质温度与地层围岩温度能够形成一一对应的采集关系，能够直接获得隔离壁同一位置处的内外温差，为判断隔离壁传热状态、换热效率和热负荷变化提供更准确的数据基础。

37、（3）通过在内侧测温传感器和外侧测温传感器之间设置隔热隔离件，使隔离壁内外两侧测温信号之间的热传导串扰被降低，从而更能分别反映换热介质侧和地层围岩侧的实际温度状态，提高内外温差计算和后续热状态分析的准确性。

38、（4）通过在隔离壁内设置密封式布线通道，并对其进行耐压密封，使传感器信号线缆能够在不破坏闭式换热系统密封完整性的情况下引出，可降低穿线位置形成泄漏通道的风险，适应井下高压环境，有利于维持闭式井下换热系统长期稳定运行。

39、（5）通过井下信号采集单元对内侧温度信号和外侧温度信号进行同步采集，并经井下至地面传输链路发送至地面监控终端，使多测点温度数据能够被连续、稳定地传输和分析，根据内外温度数据生成包括内外温差的监测结果，并在满足预警条件时输出预警信息，从而提高系统异常识别能力和运行安全监测水平。