(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011575144.1
(22)申请日 2020.12.28
(71)申请人 中油奥博（成都）科技有限公司
地址 611730 四川省成都市高新区天映路
11号
(72)发明人 余刚 梁兴 徐刚 王飞 魏路路
陈娟 安树杰 王熙明 夏淑君
冉曾令 张仁志
(74)专利代理机构 成都方圆聿联专利代理事务
所(普通合伙) 51241
代理人
(51)Int.Cl.
E21B 47/00(2012.01)
E21B 47/06(2012.01)
E21B 47/07(2012.01)
E21B 47/135(2012.01)E21B 47/10(2012.01)
(54)发明名称地下储气库安全运行监测系统及监测方法(57)摘要本发明提供一种地下储气库安全运行监测系统及监测方法，包括在所有注气井、采气井和监测井套管内外和井内注采气管外布设的铠装光缆和准分布式光纤压力传感器，以及部分监测井内布设的井下三分量检波器阵列，金属套管外侧固定有测量 铠装光缆和准分布式光纤压力传感器，放置于井口附近的复合调制解调仪器。本发明综合充分利用实时在线监测所有井下的噪声、温度、压力、应力/应变的变化和微地震事件的分布特征，对实时在线监测的所有参数和信息进行智能化综合分析和评估，对影响储气库安全平稳运行的各种风险或事故进行分级分类，及时发布事故风险的预警信号和信息，确保储气库长
期稳定安全的运行。权利要求书3页 说明书9页 附图7页CN 112593924 A 2021.04.02
C N 112593924
A
1.地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，包括注气井(1)、采气井(2)、监测井(3)、金属套管(4)，金属套管(4)内置有注采气管(5)，金属套管(4)外侧固定有第一测量铠装光缆(6)，井内注采气管(5)外侧固定有第二测量铠装光缆(7)；所述的监测井(3)内布设有带永磁铁吸附或电磁感应吸附的第二测量铠装光缆(7)，或还设有井下的三分量检波器阵列(8)；
金属套管(4)外侧固定有多个第一井下准分布式光纤压力传感器(9)，井内注采气管(5)外侧固定有多个第二井下准分布式光纤压力传感器(10)；
还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器(11)；
所述的复合调制解调仪器(11)包括分布式声波传感DAS、分布式温度传感DTS、分布式光纤应变/应力传感DSS和准分布式光纤压力传感DPS；复合调制解调仪器(11)分别与第一测量铠装光缆(6)和第二测量铠装光缆(7)连接。
2.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述的第一测量铠装光缆(6)和第二测量铠装光缆(7)均为多参数铠装光缆。
3.根据权利要求2所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述第一测量铠装光缆(6)内至少有两根以上的耐高温的单模光纤(21)，将耐高温复合材料通过注塑或挤压成圆柱形且紧密包在单模光纤(21)外，形成应变/应力或震动/噪声的敏感光缆(23)，敏感光缆(23)外再紧密包裹连续不锈钢细管(25)，在每根单模光纤(21)的尾端打结或安装一个消光器件(26)，阻止从单模光纤(21)顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。
4.根据权利要求2所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述第二测量铠装光缆(7)内至少有两根以上的单模光纤(21)、两根以上多模光纤(22)，单模光纤(21)和多模光纤(22)外紧密包裹有内连续不锈钢细管(24)，内连续不锈钢细管(24)内部填充耐高温光纤膏，内连续不锈钢细管(24)外壁紧密套有外连续不锈钢细管(25)，其中两根多模光纤(22)的尾端熔接在一起，熔接处用一个U形件固定并保护起来，在所有单模光纤(21)和剩余的多模光纤(22)的尾端分别打结或安装一个消光器件(26)，阻止从单模光纤(21)的顶端和多模光纤(22)的顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。
5.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行监测系统，其特征在于，所述的第一井下准分布式压力传感器(9)、第二井下准分布式压力传感器(10)，为法泊腔光纤压力传感器，或光栅压力传感器，或压电晶体压力传感器；
多个第一井下准分布式压力传感器(9)依次通过第一测量铠装光缆(6)等间距串联在一起；
多个第二井下准分布式压力传感器(10)依次通过第二测量铠装光缆(7)等间距串联在一起。
6.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，还包括第一环形金属卡子(12)，所述的第一环形金属卡子(12)安装固定在金属套管(4)靴处。
7.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期动态监测，其特征在于，还包括第二环形金属卡子(13)，所述的第二环形金属卡子(13)等间距安装固定在井内注采气管(5)外侧。
8.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述的三分量检波器阵列(8)是三分量电磁检波器、三分量压电检波器、三分量加速度检波器、三分量
MEMS检波器、三分量光纤检波器中的一种。
9.根据权利要求1到7任一项所述的地下储气库安全运行监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、在新完钻的注气井(1)、采气井(2)和部分监测井(3)中，把金属套管(4)和第一测量铠装光缆(6)同步缓慢的下入完钻的井孔里；
(b)、在井口把所述的第一环形金属卡子(12)安装在两根金属套管(4)的连接处，固定并保护第一测量铠装光缆(6)在下套管过程中不会旋转移动和/或被损坏；
(c)、用高压泵车向注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(4)外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(4)、第一测量铠装光缆(6)和地层岩石永久性的固定在一起；
(d)、把注采气管(5)和第二测量铠装光缆(7)同步缓慢的下入固井完井后的金属套管
(4)井内；
(e)、在井口把所述的第二环形金属卡子(13)按照相同的间距安装在注采气管(5)上，固定并保护第二测量铠装光缆(7)在下井内注采气管(5)的安装过程中不被损坏以及使第二测量铠装光缆(7)与连续油管之间具有良好的声学信号耦合；
(f)、在井口处把第一测量铠装光缆(6)内的单模光纤(21)或敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端，把第一测量铠装光缆(6)内的单根多模光纤(22)或两根尾端已进行U字形熔接的多模光
纤(22)连接到复合调制解调仪器(11)的DTS信号输入端，单端输入或双端输入；
(g)、在井口处把第二测量铠装光缆(7)内的单模光纤(21)或敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端，把第二测量铠装光缆(7)内的单根多模光纤(22)或两根尾端已进行U字形熔接的多模光纤(22)连接到复合调制解调仪器(11)的DTS信号输入端，单端输入或双端输入；
(h)、在井口处把第一测量铠装光缆(6)内的敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器
(11)的DSS信号输入端；
(i)、在井口处把第一铠装光电复合缆(6)、第二铠装光电复合缆(7)内连接第一井下准分布式光纤压力传感器(9)和第二井下准分布式光纤压力传感器(10)的光纤分别连接到复合调制解调仪器(11)的DPS信号输入端；
(j)、在部分监测井(3)中靠近储气层位的深度上，安放井下三分量检波器阵列(8)，将井下三分量检波器阵列(8)上的每一级三分量检波器紧密的推靠到金属套管(4)内壁或井壁上去，在井口附近把连接井下三分量检波器阵列的铠装光电复合缆连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端；
(k)、在储气库正常生产运行即注气或采气期间，通过放置在井口旁边的复合调制解调仪器(11)连续监测和测量金属套管(4)外侧第一测量铠装光缆(6)和井内注采气管(5)外侧第二测量铠装光缆(7)内的DAS和DT
S信号，同时连续监测和测量金属套管(4)外和井内注采气管(5)外侧串联的第一井下准分布式压力传感器(9)、第二井下准分布式压力传感器(10)压力信号；
(l)在储气库正常生产运行即注气或采气期间，通过放置在井口旁边的复合调制解调仪器(11)连续监测和测量金属套管(4)外侧第一测量铠装光缆(6)内敏感光缆(23)输出的
DSS信号，
(m)、对复合调制解调仪器(11)连续测量的DAS信号、DTS信号、DSS信号和DPS信号进行调制解调，将DAS数据、DTS数据、DSS数据和DPS数据转换成所有监测井的全井段噪声强弱、温度高低、应力/应变和每个压力传感器位置的压力的变化分布数据；
(n)、对复合调制解调仪器(11)连续测量的所有监测井的DAS信号进行调制解调，将DAS 数据转换成监测井记录到的地下微地震数据，实时处理部分监测井中的三分量检波器阵列记录的微地震数据；
(o)、根据监测和测量到的注气井(1)和采气井(2)的井下噪声、温度和压力数据，利用多参数综合反演方法计算出井下每个注气井段和采气井段的气体流量及其变化，从而实现对储气库注气和采气的生产过程及其注入采出变化量的长期实时动态监测；
(p)、根据监测和测量到的注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)外套管的全井段地下应力(应变)数据，实时
在线分析发现可能出现套损的部位或井段，及时采取套损部位的修复或堵漏措施，防止出现储气库地下高压天然气沿注气井(1)、采气井(2)或监测井(3)发生套损的井壁向地面泄露的重大安全隐患或事故；
(q)、根据在注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)中的第一测量铠装光缆(6)或第二测量铠装光缆(7)或井中三分量检波器阵列实时监测记录到的地下微地震事件的能量大小和随时间变化的空间分布规律，在线实时判别储气库正常注气和采气作业时是否诱发激活了地下大小断层，储气库的密封盖层上是否有被高压天然气诱发激活的小断层，被激活的小断层是否会破坏储气库密封盖层的完整性，是否会出现地下高压天然气沿密封盖层上被激活的小断层向地面泄露的重大安全隐患或事故；
(r)、综合充分利用储气库所有注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)、套管(4)内外和井内注采气管(5)外布设的第一测量铠装光缆(6)、第二测量铠装光缆(7)以及部分监测井内布设的井下三分量检波器阵列，实时在线监测所有井下的噪声、温度、压力、应力/应变的变化和储气库地下的微地震事件的分布特征，对实时在线监测的所有参数和信息进行智能化综合分析和评估，对影响储气库安全平稳运行的各种潜在风险或事故进行分级分类，及时发布潜在事故风险的预警信号和信息，确保储气库长期稳定安全的运行。
地下储气库安全运行监测系统及监测方法技术领域
[0001]本发明属于测井技术领域，具体涉及一种地下储气库安全运行监测系统及监测方法。
背景技术
[0002]地下储气库是用于储存天然气的地质构造和配套设施。主要功能是用气调峰和安全供气、战略储备、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等。城市燃气市场需求随季节和昼夜波动较大，仅依靠输气管网系统均衡输气对流量小范围调节，难以解决用气大幅度波动的矛盾。采用地下储气库将用气低峰时输气系统中富余的气量储存起来，在用气高峰时采出以补充管道供气量不足，解决用气调峰问题。当出现气源中断、输气系统停输时，可用地下储气库作为气源保证连续供气，起到调峰和安全供气双重作用。地下储气库深度范围一般为250～2000m，全世界大部分含水层储气库、枯竭油气藏储气库的深度不超过1000m。地下储气库注气、采气、增压等工艺技术参数根据具体工程项目要求确定。地下储气库的主要组成部分包括地下储气层、注采井、与输气干线相连的地面天然气处理、加压、输配、计量、自控等主要工程设施及供水、供电、通讯等辅助设施
[0003]按不同用途地下储气库通常分为气源储气库、基地型储气库、调峰型储气库和储存型储气库等4种类型。按建设储气库的不同地质构造通常分为枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿穴储气库等4类。
[0004]气源储气库：位于气源或输气干线首站附近，用于调节气源供气能力的储气库。由于远离天然气消费中心，技术经济指标不合理，其实际应用数量较少。
[0005]基地型储气库：位于用气市场附近，主要用来调节和缓解大型天然气消费中心天然气需求量的季
节性不均匀性的市场储气库。一般为枯竭油气藏储气库和含水层储气库，储气容量较大，工作气量为50～100d的峰值日采气量。
[0006]调峰型储气库：提供昼夜、小时等高峰用气调峰和输气系统事故期间短期应急供
气的市场储气库。一般为盐穴或废旧矿穴储气库(也有枯竭油气藏储气库)，采气速度高，
容量相对较小，工作气量为10～30d的峰值日采气量。
[0007]储存型储气库：用作战略储备和备用气源的市场储气库，多为主要依靠进口天然气的国家所需。
[0008]枯竭油气藏储气库：建于枯竭油气田中的地下储气库。多数建于枯竭气藏，少数建于含伴生气的枯竭油藏。枯竭气藏的采气程度达到70％最为合适；枯竭油藏的含水率达到90％时，储层既有含水层特征，又有油藏特征，最适于作储气库。这种储气库内残留有少量油气，其运行较简单；原有部分气(油)井、工艺设备等经检查、维修之后可供利用，只需新建部分设施，投资较小，应用最普遍。
[0009]含水层储气库：建于含水层的储气库。储气原理是将气体注入含水地层，将岩石孔隙空间中的水挤压下移到构造边缘而储气。该储气库一般构造完整，钻井完井可一次到位；但气水界面较难控制，成本较高。在没有枯竭油气田的地区，可以考虑利用含水层建造储气
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