氣藏儲氣庫注采井井筒監測技術現狀及發展方向

劉巖　李雋　王云

（中國石油勘探開發研究院，北京　100083）

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氣藏儲氣庫注采井井筒監測技術現狀及發展方向

劉巖李雋王云

（中國石油勘探開發研究院，北京100083）

摘要儲氣庫注采井井筒監測技術是發揮儲氣庫保障安全平穩供氣、調峰需求及國家戰略儲備的重要關鍵技術之一。針對我國儲氣庫建設起步較晚，儲氣庫井筒監測技術尚存在的一些不足，分析了國內外氣藏儲氣庫井井筒監測的技術發展與應用現狀，提出了應試驗推廣井下光纖壓力溫度監測技術、使用多種測井方法監測注采井油套管腐蝕情況的復合監測技術、借鑒國內外儲氣庫安全運行的成熟經驗，研發并形成適合我國氣藏儲氣庫注采井安全生產的井筒監測相關石油天然氣行業相關規范。

關鍵詞儲氣庫注采井井筒監測技術安全戰略儲備行業規范

修訂回稿日期：2015－10－10

網絡出版時間：2015-12-10網址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1736.TE.20151210.1046.002.html。

0　引言

儲氣庫建設的歷史已有近100年，1915年加拿大建成首個枯竭氣藏儲氣庫。截至2012年全球共建成約630多座地下儲氣庫，地下儲氣庫總工作氣量為3 530×108m3，約占全球天然氣消費量的11.7%。全球地下儲氣庫總工作氣量的78%分布于氣藏型氣庫［1］。我國儲氣庫建設起步較晚，20世紀70年代中國石油大慶油田首次開展了利用氣藏建設儲氣庫的嘗試，2000年中國石油第一座商業儲氣庫大張坨氣藏型儲氣庫投入建設，截至2011年底，中國石油建成氣藏儲氣庫群3個、鹽穴儲氣庫1座，在建儲氣庫11座，形成工作氣量19.1×108m3［2］。僅2012-2014年中國石油已建成儲氣庫（群）10座，調峰能力達到42.3×108m3。

天然氣地下儲氣庫的作用是保障安全平穩供氣、調峰需求及國家戰略儲備。因此，儲氣庫的安全運行備受關注。據英國地質勘察局統計，2009年全世界發生的儲氣庫100多起安全事故中，60%以上與儲氣庫井井筒完整性相關［3］。為保證儲氣庫的安全注采運行，必須持續監測注采井筒的天然氣生產動態。國外儲氣庫建設和運行技術比較成熟，在儲氣庫井筒監測方面也有配套技術。國內氣藏儲氣庫的典型代表大港儲氣庫群已經安全運行近10年，井筒監測工作也發揮了重要作用。但工作尚存在一些不足，如監測參數不全現象，對于監測到的異常值如何處理沒有明確的規定，一些監測項目的監測頻率靠各生產單位在實踐中摸索，目前應用的有些監測技術需要甄選與進一步完善、發展等。

1　監測參數

明確井筒監測參數是監測工作的基礎，加拿大標準CSAZ341對儲氣庫井監測參數做出了詳細規定，包括井下安全閥、地面控制系統及緊急截斷閥、井口和套管放空裝置、套管和腐蝕控制系統（表1）。

表1　加拿大標準CSAZ341規定氣藏型儲氣庫井筒監測參數表

歐洲儲氣庫井筒監測項目主要內容包括井溫、氣體壓力、油套管泄漏、水泥膠結質量、管截面、井口天然氣動態和井口設備等。國內已經運行近10年的大港氣藏儲氣庫重點對井底壓力溫度、環間壓力、井下安全閥、油管壁厚、套管腐蝕情況、流體組分、流量、井口設備等項目進行監測。目前這些監測參數基本能滿足生產的需求，但由于沒有明確的規定，一些封堵老井未對技套壓力進行監測，存在技套漏氣不能及時發現的風險。

2　監測技術

2.1溫度壓力監測技術

溫度壓力是包括儲氣庫井在內的所有氣井的重點監測參數，是了解氣井生產動態的重要指標。歐美儲氣庫井多在2 000 m以內，常采用鋼絲繩或電纜定期或不定期測量井底壓力和溫度。歐洲一些儲氣庫還應用了高精度井溫測量技術，在氣藏儲氣庫井油套環空沿井筒安裝一系列的高精度溫度傳感器，這些傳感器連續測量井筒溫度。通過對比測量的溫度梯度與地溫梯度，來檢查、監測氣體的泄露位置。如果測量的溫度梯度在某個位置出現異常，可以通過進一步分析或／和測試來確定泄露位置。國內儲氣庫深度大、壓力高，板橋庫群最大井深達4 700 m，井下壓力溫度測試難度增大，對井下溫度壓力監測技術進行的探索更多。

2.1.1毛細管壓力監測系統

國內首座儲氣庫大港儲氣庫應用了毛細管測壓系統，實現對井下壓力的連續監測。該系統分為井下和地面兩部分，井下部分包括井口穿越器、過電纜封隔器穿越器、毛細鋼管、傳壓筒。毛細管地面部分由氮氣源、氮氣增壓泵、空氣壓縮機、安全吹掃系統、壓力變送器、計算機、數據采集控制系統組成。

毛細管測壓裝置是把傳壓筒下到井下，井下測壓點處的壓力作用在傳壓筒內的氣柱上，氣體將壓力傳遞至井口，壓力變送器測得地面一端毛細管內的氮氣壓力，將信號傳送到數據采集器，數據采集器將壓力數據記錄下來，數據由計算機處理，根據測壓深度和井筒溫度完成由井口氮氣壓力向井下測點壓力的計算。

毛細管裝置測壓范圍0～103 MPa，分辨率0.001 MPa，最小數據采集間隔1 s，適用井溫小于300℃［4］。該系統結構簡單，無電子元件，受溫度影響小，無漂移，但需要精細管理，如果氮氣吹掃毛細管不及時，井下液體沿毛細管上升，將大大影響測試精度。

2.1.2永久電纜壓力溫度監測系統

永久式壓力溫度監測系統［5］主要由井下和地面兩部分組成。井下部分由電子壓力計、特殊電纜和電纜保護器組成。井下部分隨生產管柱一起下入井中，通過壓力計中高精度的傳感器感應井下的壓力和溫度，并將經過處理的壓力、溫度信號經電纜傳送到地面。地面部分主要包括井口密封器和數據采集系統。只要不起出生產管柱，整套系統可以長期連續工作。從2013年起大港儲氣庫、華北儲氣庫、相國寺儲氣庫等開始使用永久式井下壓力溫度監測系統。

2.1.3電子壓力溫度計

對于沒有安裝永久測壓系統的注采井，需要時采用普通電子壓力計測壓，目前壓力計主要應用國外產品，通常鋼絲繩下入，有各種型號的壓力計可供選擇，基本能滿足測試要求。

2.2油套管受損、腐蝕監測技術

國外儲氣庫運行時間長，重視對油套管受損、傷害和腐蝕情況的監測，標準CSAZ341中規定儲氣庫注采井投產5年內應進行套管測井檢查，并給出了井口最高允許注入壓力、腐蝕增長率的計算方法。國外儲氣庫油套管檢測多聯合使用多種測井方法。常用的測井方法包括多臂井徑儀、電磁探傷技術、高精度井筒溫度剖面監測技術和微地震監測技術。

2.2.1多臂井徑技術

該技術常用于檢測油管壁厚，如加拿大標準規定當流量高于臨界沖蝕流量時每年檢測油管壁厚。多臂井徑儀還可探測套管不同方位上的形變，但無法提供管外腐蝕信息，多臂井徑儀是評價管內徑的成熟技術，各國儲氣庫普遍應用該技術。

2.2.2電磁探傷技術

該技術應用電磁感應原理檢測油套管的腐蝕、變形和損壞等情況，可過油管測試，簡化了測試工序，但精確解釋存在困難，目前主要用于套管普查檢測。國內儲氣庫由于運營時間比較短，還未大面積進入管柱腐蝕、破損檢測階段，目前只有大港儲氣庫在2012-2013年對全部注采井進行了油管、套管腐蝕情況檢測，采用的是俄羅斯的電磁探傷技術服務，但應用表明該技術的定量解釋還有待提高。

2.2.3高精度井筒溫度剖面監測技術

該技術是將一系列高精度溫度傳感器隨油管下入井下，傳感器實時監測井筒溫度變化，井筒溫度數據經電纜傳至地面。該技術可用于監測套管泄漏、測量井底溫度。德國巴伐利亞儲氣庫應用了井筒溫度剖面監測技術［6］。

2.2.4微地震監測技術

微地震監測斷層、蓋層及套管完整性是一項較新的技術。該技術利用井中和地面布置的一系列檢波器，接收斷層、蓋層移動或者套管破損所產生或誘導的微小地震波，用電纜或GPS系統將地震波信號傳至解釋中心，軟件反演這些微地震波求取斷層位移或套管破損位置、大小等參數［7］。加拿大儲氣庫用于氣井套管及蓋層完整性監測。國內呼圖壁儲氣庫應用該技術監測套管、斷層及蓋層的完整性情況，使用的是國外技術和服務［8］。

3　注采井井筒監測技術發展方向

3.1注采井壓力溫度監測技術

國內儲氣庫原則上要求30年不動管柱，這就要求井下壓力溫度監測系統具有長期穩定性，永久式光纖壓力溫度監測系統可以滿足這一要求。永久式光纖壓力溫度監測系統由光纖傳感器、傳輸光纖和地面解調3部分組成。井口激光器發出的激光通過光纖到達井下光纖傳感器，傳感器把壓力溫度變化轉為波長變化信息并調至在反射光譜上，通過地面解調裝置檢測分析反射光譜波長變化，實現壓力溫度測量。

光纖傳感器優越性主要有：長期漂移小，可用來作長期可靠的連續在線監測；可應用到極高溫度環境；方便井下安置；復用能力強，可實現對一線多點、兩維點陣或空間分布的連續監測。

BruneiShell、Statoil、Conoco、歐美石油公司等都有成功應用。我國的大慶油田2009年在一口油井中也有成功應用。國內多個儲氣庫正在研究該技術的可行性，相國寺儲氣庫計劃在2015年安裝應用。

3.2注采井油套管復合監測技術

儲氣庫井油套管長期處在交變載荷作用下，其完整性受到威脅；特別是在含酸性氣體情況下，管柱的腐蝕破壞也可能發生，必須及時檢測油套管的狀況，確保井筒安全。目前國內儲氣庫主要采用電磁探傷對油套管的腐蝕等破壞情況進行檢測，但應用表明該方法存在精確定量解釋困難。聯合使用多種測井方法監測油套管在歐洲儲氣庫生產中常見，國內可借鑒應用。將電磁探傷、井溫噪聲測井、多臂井徑儀等測井方法復合使用，可大大提高油套管檢測解釋的精度。

3.3研發注采井井筒監測相關石油天然氣行業規范

目前國內氣藏儲氣庫井還沒有專門的管理規范來指導井筒監測工作，因此存在監測參數不全面、監測頻率不合理、處理措施不得當的情況。實際上，大港儲氣庫已經安全運行10年以上，在井筒監測方面也積累了很多有益的經驗，應總結、借鑒國內外儲氣庫運行的成熟經驗，研發并形成適合我國氣藏儲氣庫注采井安全生產的井筒監測相關石油天然氣行業規范，以指導儲氣的建設與安全、平穩運行。

4　結論

氣藏儲氣庫井筒監測項目主要包括溫度壓力、油套管腐蝕及損壞情況、安全控制系統和井口設備等；由于長期不動管柱的要求，溫度壓力監測將向永久監測技術方向發展；油套管的腐蝕損壞監測傾向于聯合使用多種測井方法，以增加解釋精度；國內還需盡快出臺儲氣庫井筒監測的相關規范以更好指導儲氣庫安全生產。

參考文獻

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［7］胡慶春，孟米.基于大井距油氣田的微地震壓裂監測技術研究［J］.天然氣技術與經濟，2011，5（4）：18-21.

［8］付建偉.油氣井永久性光纖傳感器的應用及其進展［J］.地球物理學進展，2004，19（3）：515-523.

（編輯：李臻）

作者簡介：劉巖（1968－），女，高級工程師，從事采氣工程研究工作。E-mail：liuyan1968@petrochina.com.cn。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.010

文獻標識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0035-03