劉巖　李雋　王云

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京　100083）

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氣藏儲氣庫注采井井筒監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

劉巖李雋王云

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

摘要儲氣庫注采井井筒監(jiān)測技術(shù)是發(fā)揮儲氣庫保障安全平穩(wěn)供氣、調(diào)峰需求及國家戰(zhàn)略儲備的重要關(guān)鍵技術(shù)之一。針對我國儲氣庫建設(shè)起步較晚，儲氣庫井筒監(jiān)測技術(shù)尚存在的一些不足，分析了國內(nèi)外氣藏儲氣庫井井筒監(jiān)測的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了應(yīng)試驗推廣井下光纖壓力溫度監(jiān)測技術(shù)、使用多種測井方法監(jiān)測注采井油套管腐蝕情況的復(fù)合監(jiān)測技術(shù)、借鑒國內(nèi)外儲氣庫安全運行的成熟經(jīng)驗，研發(fā)并形成適合我國氣藏儲氣庫注采井安全生產(chǎn)的井筒監(jiān)測相關(guān)石油天然氣行業(yè)相關(guān)規(guī)范。

關(guān)鍵詞儲氣庫注采井井筒監(jiān)測技術(shù)安全戰(zhàn)略儲備行業(yè)規(guī)范

修訂回稿日期：2015－10－10

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-12-10網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1736.TE.20151210.1046.002.html。

0　引言

儲氣庫建設(shè)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(shè)起步較晚，20世紀(jì)70年代中國石油大慶油田首次開展了利用氣藏建設(shè)儲氣庫的嘗試，2000年中國石油第一座商業(yè)儲氣庫大張坨氣藏型儲氣庫投入建設(shè)，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(diào)峰能力達(dá)到42.3×108m3。

天然氣地下儲氣庫的作用是保障安全平穩(wěn)供氣、調(diào)峰需求及國家戰(zhàn)略儲備。因此，儲氣庫的安全運行備受關(guān)注。據(jù)英國地質(zhì)勘察局統(tǒng)計，2009年全世界發(fā)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(guān)［3］。為保證儲氣庫的安全注采運行，必須持續(xù)監(jiān)測注采井筒的天然氣生產(chǎn)動態(tài)。國外儲氣庫建設(shè)和運行技術(shù)比較成熟，在儲氣庫井筒監(jiān)測方面也有配套技術(shù)。國內(nèi)氣藏儲氣庫的典型代表大港儲氣庫群已經(jīng)安全運行近10年，井筒監(jiān)測工作也發(fā)揮了重要作用。但工作尚存在一些不足，如監(jiān)測參數(shù)不全現(xiàn)象，對于監(jiān)測到的異常值如何處理沒有明確的規(guī)定，一些監(jiān)測項目的監(jiān)測頻率靠各生產(chǎn)單位在實踐中摸索，目前應(yīng)用的有些監(jiān)測技術(shù)需要甄選與進一步完善、發(fā)展等。

1　監(jiān)測參數(shù)

明確井筒監(jiān)測參數(shù)是監(jiān)測工作的基礎(chǔ)，加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSAZ341對儲氣庫井監(jiān)測參數(shù)做出了詳細(xì)規(guī)定，包括井下安全閥、地面控制系統(tǒng)及緊急截斷閥、井口和套管放空裝置、套管和腐蝕控制系統(tǒng)（表1）。

表1　加拿大標(biāo)準(zhǔn)CSAZ341規(guī)定氣藏型儲氣庫井筒監(jiān)測參數(shù)表

歐洲儲氣庫井筒監(jiān)測項目主要內(nèi)容包括井溫、氣體壓力、油套管泄漏、水泥膠結(jié)質(zhì)量、管截面、井口天然氣動態(tài)和井口設(shè)備等。國內(nèi)已經(jīng)運行近10年的大港氣藏儲氣庫重點對井底壓力溫度、環(huán)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(shè)備等項目進行監(jiān)測。目前這些監(jiān)測參數(shù)基本能滿足生產(chǎn)的需求，但由于沒有明確的規(guī)定，一些封堵老井未對技套壓力進行監(jiān)測，存在技套漏氣不能及時發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險。

2　監(jiān)測技術(shù)

2.1溫度壓力監(jiān)測技術(shù)

溫度壓力是包括儲氣庫井在內(nèi)的所有氣井的重點監(jiān)測參數(shù)，是了解氣井生產(chǎn)動態(tài)的重要指標(biāo)。歐美儲氣庫井多在2 000 m以內(nèi)，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(yīng)用了高精度井溫測量技術(shù)，在氣藏儲氣庫井油套環(huán)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(xù)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(jiān)測氣體的泄露位置。如果測量的溫度梯度在某個位置出現(xiàn)異常，可以通過進一步分析或／和測試來確定泄露位置。國內(nèi)儲氣庫深度大、壓力高，板橋庫群最大井深達(dá)4 700 m，井下壓力溫度測試難度增大，對井下溫度壓力監(jiān)測技術(shù)進行的探索更多。

2.1.1毛細(xì)管壓力監(jiān)測系統(tǒng)

國內(nèi)首座儲氣庫大港儲氣庫應(yīng)用了毛細(xì)管測壓系統(tǒng)，實現(xiàn)對井下壓力的連續(xù)監(jiān)測。該系統(tǒng)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(xì)鋼管、傳壓筒。毛細(xì)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(tǒng)、壓力變送器、計算機、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)組成。

毛細(xì)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(nèi)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(xì)管內(nèi)的氮氣壓力，將信號傳送到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器將壓力數(shù)據(jù)記錄下來，數(shù)據(jù)由計算機處理，根據(jù)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(xì)管裝置測壓范圍0～103 MPa，分辨率0.001 MPa，最小數(shù)據(jù)采集間隔1 s，適用井溫小于300℃［4］。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無電子元件，受溫度影響小，無漂移，但需要精細(xì)管理，如果氮氣吹掃毛細(xì)管不及時，井下液體沿毛細(xì)管上升，將大大影響測試精度。

2.1.2永久電纜壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)

永久式壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)［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(chǎn)管柱一起下入井中，通過壓力計中高精度的傳感器感應(yīng)井下的壓力和溫度，并將經(jīng)過處理的壓力、溫度信號經(jīng)電纜傳送到地面。地面部分主要包括井口密封器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。只要不起出生產(chǎn)管柱，整套系統(tǒng)可以長期連續(xù)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(jiān)測系統(tǒng)。

2.1.3電子壓力溫度計

對于沒有安裝永久測壓系統(tǒng)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(yīng)用國外產(chǎn)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(jiān)測技術(shù)

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(jiān)測，標(biāo)準(zhǔn)CSAZ341中規(guī)定儲氣庫注采井投產(chǎn)5年內(nèi)應(yīng)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(lián)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(shù)、高精度井筒溫度剖面監(jiān)測技術(shù)和微地震監(jiān)測技術(shù)。

2.2.1多臂井徑技術(shù)

該技術(shù)常用于檢測油管壁厚，如加拿大標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)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(nèi)徑的成熟技術(shù)，各國儲氣庫普遍應(yīng)用該技術(shù)。

2.2.2電磁探傷技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用電磁感應(yīng)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(nèi)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(shù)服務(wù)，但應(yīng)用表明該技術(shù)的定量解釋還有待提高。

2.2.3高精度井筒溫度剖面監(jiān)測技術(shù)

該技術(shù)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(jiān)測井筒溫度變化，井筒溫度數(shù)據(jù)經(jīng)電纜傳至地面。該技術(shù)可用于監(jiān)測套管泄漏、測量井底溫度。德國巴伐利亞儲氣庫應(yīng)用了井筒溫度剖面監(jiān)測技術(shù)［6］。

2.2.4微地震監(jiān)測技術(shù)

微地震監(jiān)測斷層、蓋層及套管完整性是一項較新的技術(shù)。該技術(shù)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(chǎn)生或誘導(dǎo)的微小地震波，用電纜或GPS系統(tǒng)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(shù)［7］。加拿大儲氣庫用于氣井套管及蓋層完整性監(jiān)測。國內(nèi)呼圖壁儲氣庫應(yīng)用該技術(shù)監(jiān)測套管、斷層及蓋層的完整性情況，使用的是國外技術(shù)和服務(wù)［8］。

3　注采井井筒監(jiān)測技術(shù)發(fā)展方向

3.1注采井壓力溫度監(jiān)測技術(shù)

國內(nèi)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(jiān)測系統(tǒng)具有長期穩(wěn)定性，永久式光纖壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)可以滿足這一要求。永久式光纖壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)由光纖傳感器、傳輸光纖和地面解調(diào)3部分組成。井口激光器發(fā)出的激光通過光纖到達(dá)井下光纖傳感器，傳感器把壓力溫度變化轉(zhuǎn)為波長變化信息并調(diào)至在反射光譜上，通過地面解調(diào)裝置檢測分析反射光譜波長變化，實現(xiàn)壓力溫度測量。

光纖傳感器優(yōu)越性主要有：長期漂移小，可用來作長期可靠的連續(xù)在線監(jiān)測；可應(yīng)用到極高溫度環(huán)境；方便井下安置；復(fù)用能力強，可實現(xiàn)對一線多點、兩維點陣或空間分布的連續(xù)監(jiān)測。

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

3.2注采井油套管復(fù)合監(jiān)測技術(shù)

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(fā)生，必須及時檢測油套管的狀況，確保井筒安全。目前國內(nèi)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(yīng)用表明該方法存在精確定量解釋困難。聯(lián)合使用多種測井方法監(jiān)測油套管在歐洲儲氣庫生產(chǎn)中常見，國內(nèi)可借鑒應(yīng)用。將電磁探傷、井溫噪聲測井、多臂井徑儀等測井方法復(fù)合使用，可大大提高油套管檢測解釋的精度。

3.3研發(fā)注采井井筒監(jiān)測相關(guān)石油天然氣行業(yè)規(guī)范

目前國內(nèi)氣藏儲氣庫井還沒有專門的管理規(guī)范來指導(dǎo)井筒監(jiān)測工作，因此存在監(jiān)測參數(shù)不全面、監(jiān)測頻率不合理、處理措施不得當(dāng)?shù)那闆r。實際上，大港儲氣庫已經(jīng)安全運行10年以上，在井筒監(jiān)測方面也積累了很多有益的經(jīng)驗，應(yīng)總結(jié)、借鑒國內(nèi)外儲氣庫運行的成熟經(jīng)驗，研發(fā)并形成適合我國氣藏儲氣庫注采井安全生產(chǎn)的井筒監(jiān)測相關(guān)石油天然氣行業(yè)規(guī)范，以指導(dǎo)儲氣的建設(shè)與安全、平穩(wěn)運行。

4　結(jié)論

氣藏儲氣庫井筒監(jiān)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(tǒng)和井口設(shè)備等；由于長期不動管柱的要求，溫度壓力監(jiān)測將向永久監(jiān)測技術(shù)方向發(fā)展；油套管的腐蝕損壞監(jiān)測傾向于聯(lián)合使用多種測井方法，以增加解釋精度；國內(nèi)還需盡快出臺儲氣庫井筒監(jiān)測的相關(guān)規(guī)范以更好指導(dǎo)儲氣庫安全生產(chǎn)。

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（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(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-1132（2016）01-0035-03