[發明專利]地下儲氣庫安全運行監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 202011575144.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112593924A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 余剛;梁興;徐剛;王飛;魏路路;陳娟;安樹杰;王熙明;夏淑君;冉曾令;張仁志
• 申請（專利權）人: 中油奧博（成都）科技有限公司
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/06;E21B47/07;E21B47/135;E21B47/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，包括注氣井(1)、采氣井(2)、監測井(3)、金屬套管(4)，金屬套管(4)內置有注采氣管(5)，金屬套管(4)外側固定有第一測量鎧裝光纜(6)，井內注采氣管(5)外側固定有第二測量鎧裝光纜(7)；所述的監測井(3)內布設有帶永磁鐵吸附或電磁感應吸附的第二測量鎧裝光纜(7)，或還設有井下的三分量檢波器陣列(8)；

金屬套管(4)外側固定有多個第一井下準分布式光纖壓力傳感器(9)，井內注采氣管(5)外側固定有多個第二井下準分布式光纖壓力傳感器(10)；

還包括放置于井口附近的復合調制解調儀器(11)；

所述的復合調制解調儀器(11)包括分布式聲波傳感DAS、分布式溫度傳感DTS、分布式光纖應變/應力傳感DSS和準分布式光纖壓力傳感DPS；復合調制解調儀器(11)分別與第一測量鎧裝光纜(6)和第二測量鎧裝光纜(7)連接。

2.根據權利要求1所述的地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，所述的第一測量鎧裝光纜(6)和第二測量鎧裝光纜(7)均為多參數鎧裝光纜。

3.根據權利要求2所述的地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，所述第一測量鎧裝光纜(6)內至少有兩根以上的耐高溫的單模光纖(21)，將耐高溫復合材料通過注塑或擠壓成圓柱形且緊密包在單模光纖(21)外，形成應變/應力或震動/噪聲的敏感光纜(23)，敏感光纜(23)外再緊密包裹連續不銹鋼細管(25)，在每根單模光纖(21)的尾端打結或安裝一個消光器件(26)，阻止從單模光纖(21)頂端入射的激光從尾端反射回光纖頂端。

4.根據權利要求2所述的地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，所述第二測量鎧裝光纜(7)內至少有兩根以上的單模光纖(21)、兩根以上多模光纖(22)，單模光纖(21)和多模光纖(22)外緊密包裹有內連續不銹鋼細管(24)，內連續不銹鋼細管(24)內部填充耐高溫光纖膏，內連續不銹鋼細管(24)外壁緊密套有外連續不銹鋼細管(25)，其中兩根多模光纖(22)的尾端熔接在一起，熔接處用一個U形件固定并保護起來，在所有單模光纖(21)和剩余的多模光纖(22)的尾端分別打結或安裝一個消光器件(26)，阻止從單模光纖(21)的頂端和多模光纖(22)的頂端入射的激光從尾端反射回光纖頂端。

5.根據權利要求1所述的地下儲氣庫安全運行監測系統，其特征在于，所述的第一井下準分布式壓力傳感器(9)、第二井下準分布式壓力傳感器(10)，為法泊腔光纖壓力傳感器，或光柵壓力傳感器，或壓電晶體壓力傳感器；

多個第一井下準分布式壓力傳感器(9)依次通過第一測量鎧裝光纜(6)等間距串聯在一起；

多個第二井下準分布式壓力傳感器(10)依次通過第二測量鎧裝光纜(7)等間距串聯在一起。

6.根據權利要求1所述的地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，還包括第一環形金屬卡子(12)，所述的第一環形金屬卡子(12)安裝固定在金屬套管(4)靴處。

7.根據權利要求1所述的地下儲氣庫安全運行長期動態監測，其特征在于，還包括第二環形金屬卡子(13)，所述的第二環形金屬卡子(13)等間距安裝固定在井內注采氣管(5)外側。

8.根據權利要求1所述的地下儲氣庫安全運行長期監測系統，其特征在于，所述的三分量檢波器陣列(8)是三分量電磁檢波器、三分量壓電檢波器、三分量加速度檢波器、三分量MEMS檢波器、三分量光纖檢波器中的一種。

9.根據權利要求1到7任一項所述的地下儲氣庫安全運行監測系統的監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)、在新完鉆的注氣井(1)、采氣井(2)和部分監測井(3)中，把金屬套管(4)和第一測量鎧裝光纜(6)同步緩慢的下入完鉆的井孔里；

(b)、在井口把所述的第一環形金屬卡子(12)安裝在兩根金屬套管(4)的連接處，固定并保護第一測量鎧裝光纜(6)在下套管過程中不會旋轉移動和/或被損壞；

(c)、用高壓泵車向注氣井(1)、采氣井(2)和監測井(3)的井底泵入水泥漿，使水泥漿從井底沿金屬套管(4)外壁和鉆孔之間的環空區返回到井口，水泥漿固結后，把金屬套管(4)、第一測量鎧裝光纜(6)和地層巖石永久性的固定在一起；

(d)、把注采氣管(5)和第二測量鎧裝光纜(7)同步緩慢的下入固井完井后的金屬套管(4)井內；

(e)、在井口把所述的第二環形金屬卡子(13)按照相同的間距安裝在注采氣管(5)上，固定并保護第二測量鎧裝光纜(7)在下井內注采氣管(5)的安裝過程中不被損壞以及使第二測量鎧裝光纜(7)與連續油管之間具有良好的聲學信號耦合；

(f)、在井口處把第一測量鎧裝光纜(6)內的單模光纖(21)或敏感光纜(23)連接到復合調制解調儀器(11)的DAS信號輸入端，把第一測量鎧裝光纜(6)內的單根多模光纖(22)或兩根尾端已進行U字形熔接的多模光纖(22)連接到復合調制解調儀器(11)的DTS信號輸入端，單端輸入或雙端輸入；

(g)、在井口處把第二測量鎧裝光纜(7)內的單模光纖(21)或敏感光纜(23)連接到復合調制解調儀器(11)的DAS信號輸入端，把第二測量鎧裝光纜(7)內的單根多模光纖(22)或兩根尾端已進行U字形熔接的多模光纖(22)連接到復合調制解調儀器(11)的DTS信號輸入端，單端輸入或雙端輸入；

(h)、在井口處把第一測量鎧裝光纜(6)內的敏感光纜(23)連接到復合調制解調儀器(11)的DSS信號輸入端；

(i)、在井口處把第一鎧裝光電復合纜(6)、第二鎧裝光電復合纜(7)內連接第一井下準分布式光纖壓力傳感器(9)和第二井下準分布式光纖壓力傳感器(10)的光纖分別連接到復合調制解調儀器(11)的DPS信號輸入端；

(j)、在部分監測井(3)中靠近儲氣層位的深度上，安放井下三分量檢波器陣列(8)，將井下三分量檢波器陣列(8)上的每一級三分量檢波器緊密的推靠到金屬套管(4)內壁或井壁上去，在井口附近把連接井下三分量檢波器陣列的鎧裝光電復合纜連接到復合調制解調儀器(11)的DAS信號輸入端；

(k)、在儲氣庫正常生產運行即注氣或采氣期間，通過放置在井口旁邊的復合調制解調儀器(11)連續監測和測量金屬套管(4)外側第一測量鎧裝光纜(6)和井內注采氣管(5)外側第二測量鎧裝光纜(7)內的DAS和DTS信號，同時連續監測和測量金屬套管(4)外和井內注采氣管(5)外側串聯的第一井下準分布式壓力傳感器(9)、第二井下準分布式壓力傳感器(10)壓力信號；

(l)在儲氣庫正常生產運行即注氣或采氣期間，通過放置在井口旁邊的復合調制解調儀器(11)連續監測和測量金屬套管(4)外側第一測量鎧裝光纜(6)內敏感光纜(23)輸出的DSS信號，

(m)、對復合調制解調儀器(11)連續測量的DAS信號、DTS信號、DSS信號和DPS信號進行調制解調，將DAS數據、DTS數據、DSS數據和DPS數據轉換成所有監測井的全井段噪聲強弱、溫度高低、應力/應變和每個壓力傳感器位置的壓力的變化分布數據；

(n)、對復合調制解調儀器(11)連續測量的所有監測井的DAS信號進行調制解調，將DAS數據轉換成監測井記錄到的地下微地震數據，實時處理部分監測井中的三分量檢波器陣列記錄的微地震數據；

(o)、根據監測和測量到的注氣井(1)和采氣井(2)的井下噪聲、溫度和壓力數據，利用多參數綜合反演方法計算出井下每個注氣井段和采氣井段的氣體流量及其變化，從而實現對儲氣庫注氣和采氣的生產過程及其注入采出變化量的長期實時動態監測；

(p)、根據監測和測量到的注氣井(1)、采氣井(2)和監測井(3)外套管的全井段地下應力(應變)數據，實時在線分析發現可能出現套損的部位或井段，及時采取套損部位的修復或堵漏措施，防止出現儲氣庫地下高壓天然氣沿注氣井(1)、采氣井(2)或監測井(3)發生套損的井壁向地面泄露的重大安全隱患或事故；

(q)、根據在注氣井(1)、采氣井(2)和監測井(3)中的第一測量鎧裝光纜(6)或第二測量鎧裝光纜(7)或井中三分量檢波器陣列實時監測記錄到的地下微地震事件的能量大小和隨時間變化的空間分布規律，在線實時判別儲氣庫正常注氣和采氣作業時是否誘發激活了地下大小斷層，儲氣庫的密封蓋層上是否有被高壓天然氣誘發激活的小斷層，被激活的小斷層是否會破壞儲氣庫密封蓋層的完整性，是否會出現地下高壓天然氣沿密封蓋層上被激活的小斷層向地面泄露的重大安全隱患或事故；

(r)、綜合充分利用儲氣庫所有注氣井(1)、采氣井(2)和監測井(3)、套管(4)內外和井內注采氣管(5)外布設的第一測量鎧裝光纜(6)、第二測量鎧裝光纜(7)以及部分監測井內布設的井下三分量檢波器陣列，實時在線監測所有井下的噪聲、溫度、壓力、應力/應變的變化和儲氣庫地下的微地震事件的分布特征，對實時在線監測的所有參數和信息進行智能化綜合分析和評估，對影響儲氣庫安全平穩運行的各種潛在風險或事故進行分級分類，及時發布潛在事故風險的預警信號和信息，確保儲氣庫長期穩定安全的運行。