一种盐穴储气库腔体稳定性监测的方法

技术领域

本发明涉及盐穴储气库技术领域，特别涉及一种盐穴储气库腔体稳定性监测的方法。

背景技术

盐穴储气库是将高压天然气重新注入地下溶盐而形成的一种人工气藏。在多周期注采频繁交变应力的条件下，盐穴腔受地下地质构造的复杂性、天然气的易流动性以及水泥环密封性破坏、注采管柱失效、高温高压高流速等各种因素的影响，易发生气体泄漏、井筒损坏等事故，所以，运行储气库存在较大安全风险。

目前针对盐穴腔失稳的四种状态：蠕变、沉降、片帮垮塌和泄露，随着监测技术在国内盐穴储气库使用十余年，现有的监测手段已经可以形成一套适合现场应用并行之有效的监测体系。单井运行参数、地面沉降及带压测腔已经积累了十余年的监测经验和数据，而微地震监测的成功应用预示着新技术已经可以慢慢取代旧技术从而更加完善监测体系。前期对于监测技术也曾考虑过油气化探及停腔稳压等技术，但均由于监测期投入过大而被替代，其中油气化探技术的实施需要在井口周围进行挖掘作业，属于注采期高危作业；而停腔稳压监测需要将已经投入生产的注采井重新注卤排气，监测成本较高。

基于以上问题，亟需一种针对盐穴腔失稳情况提出相应的监测方法，以保证盐穴储气库腔体的长久稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效监测盐穴储气库盐穴腔失稳情况的盐穴储气库腔体稳定性监测的方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种盐穴储气库腔体稳定性监测的方法，一种盐穴储气库腔体稳定性监测的方法，步骤如下：

步骤一、获取盐穴储气库及其所在库区的相关参数并判断是否存在异常，其包括：1)监测单井生产动态是否存在异常，2)监测盐穴腔密封性是否存在异常，3)监测盐穴腔稳定性是否存在异常，4)监测地面沉降是否存在异常；其中，监测盐穴腔密封性是否存在异常通过监测井压力状态监测、示踪剂监测和微地震监测实现；监测盐穴腔稳定性是否存在异常通过对各盐穴腔的腔体形态和体积变化情况及各盐穴腔的拉应力、塑性区评价、线性膨胀系数、蠕变率和体积收缩率这五个稳定性评价指标实现；

步骤二、根据步骤一的监测过程中出现的数据异常，对造成盐穴腔失稳的具体情况进行确认，其具体步骤为：

1)当步骤一中某盐穴腔的生产动态存在异常，则：

①调取最近时间的微地震监测结果，结合生产动态异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在片帮或垮塌两种失稳情况；或，

②调取最近时间的盐穴腔稳定性监测结果，结合生产动态异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在片帮或垮塌两种失稳情况；

2)当步骤二中示踪剂监测到某盐穴腔可能存在泄漏时，则：

①调取该盐穴腔近期的生产动态异常数据，进一步判断盐穴腔当前是否存在泄漏；和/或，

②调取最近时间的微地震监测结果和对应监测井压力状态监测结果，进一步判断盐穴腔当前是否存在泄漏；

3)当步骤一中某盐穴腔的稳定性存在异常，则：

①根据异常数据，判断盐穴腔当前是否存在蠕变或沉降两种失稳情况；和，

②调取最近时间的盐穴腔稳定性监测结果，结合盐穴腔稳定性异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在蠕变或沉降两种失稳情况；

在上述步骤二的情况1)～情况3)中，

若盐穴腔当前不存在蠕变、沉降、片帮和垮塌这四种失稳情况，则调取当前监测数据和历史监测数据建立模拟模型，预判盐穴腔是否存在即将发生对应种类失稳情况的可能；若存在即将出现失稳情况的可能，则调整该盐穴腔的工作参数，包括腔体上限压力、腔体下限压力、注气采速率和采气采速率；

若盐穴腔当前确实存在蠕变、沉降和片帮和垮塌这四种失稳情况，且则调整该盐穴腔的工作参数，包括腔体上限压力、腔体下限压力、注气采速率和采气采速率；

若盐穴腔当前存在泄漏情况，则根据泄漏情况选择修井或弃井。

进一步地，在步骤一中监测单井生产动态是否存在异常的方法为：对注采井的井口压力、井底温度和井口流量进行实时采集，同时对监测井的井口压力和井底温度进行实时采集，并进行如下判断：

1)注采井在注气期间，若盐穴腔压力逐渐上升、温度逐渐上升、盐穴腔库存气量逐渐上升，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

2)注采井在采气期间，若盐穴腔压力逐渐下降、温度逐渐下降、盐穴腔库存气量逐渐减少，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

3)注采井在注气后的停井期，若盐穴腔压力逐渐下降至平衡点、温度逐渐恢复至地层温度、盐穴腔库存气量不变，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

4)注采井在采气后的停井期，若盐穴腔压力逐渐上升至平衡点、温度逐渐恢复至地层温度、盐穴腔库存气量不变，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

5)监测井在任意状态，若井口压力值和井底温度值均基本维持不变状态，则监测井状态判断为正常；反之，则监测井状态判断为异常；

6)利用体状态方程：

在上述情况1)～情况6)中，当任一情况判断为异常，则该盐穴腔的生产动态存在异常。

进一步地，示踪剂监测每年至少一次，微地震监测每年至少一次。

进一步地，在步骤一中，监测盐穴腔密封性是否存在异常的方法为：

监测井压力状态监测：实时采集监测井的井口压力和井筒环空压力；若井口压力值和井筒环空压力值均基本维持不变状态，则监测井状态判断为正常；反之，监测井状态判断为异常；

示踪剂监测：定期在注采井注气过程中同时向盐穴腔中注入示踪气体，待1个月后采用大气采样器对全库区的进行多点位空气样本采集；然后利用气相色谱傅立叶变换静电场轨道阱质谱联用仪、多气氛热脱附炉和超高分辨质谱仪对多个空气样本进行分离和分析，得到各空气样本中示踪气体的浓度，通过对检测出示踪气体的空气样本进行反向追踪，确定可能存在示踪气体泄漏的盐穴腔位置；其中，示踪气体在各盐穴中的注入量为：在每25×10

微地震监测：定期对库区进行微地震监测，通过采集井下声音数据，分析井下断层是否出现活化，或盐穴腔是否出现垮塌。

进一步地，在步骤一中，监测盐穴腔稳定性是否存在异常的方法为：定期采用带压声呐测井方法测得各盐穴腔的腔体形态和体积，并进行如下判断：

1)当盐穴腔的当前腔体形态与上一次测得的腔体形态进行比对时，当前腔体形态出现局部结构缺失或局部结构拱起情况时，判断该盐穴腔的腔体形态为异常；

2)当盐穴腔的当前内腔体积与之前测得的内腔体积比较，其年平均变化率≥1％，则判断该盐穴腔的内腔体积为异常；

3)将各盐穴腔对应的带压声呐监测得到的数据、以及库区的地层参数、岩石力学试验参数、地应力测试数据、建造运行历史数据、力学参数校核数据、盐穴腔几何参数和盐穴腔运行参数，代入至abaqus和/或Flac3D软件中，得到拉应力、塑性区评价、线性膨胀系数、蠕变率和体积收缩率这五个稳定性评价指标结果；通过将所得结果与设定合格阈值进行比较，若任一稳定性评价指标结果不在合格阈值内，则判断该盐穴腔的稳定性为异常；

在上述情况1)～情况3)中，当任一情况判断为异常，则该盐穴腔的稳定性存在异常。

进一步地，监测盐穴腔稳定性监测每三年至少一次。

进一步地，在步骤一中，监测地面沉降是否存在异常的方法为：定期采用水准法或合成孔径雷达法对库区地面沉降情况进行监测，得到库区当年地面沉降量，包括垂直方向上的沉降量和水平方向上的沉降量，自测量起始时间至当年的地面沉降总量，包括地面垂直沉降总量和地面水平沉降总量，及年地面平均沉降速率，包括年地面垂直平均沉降速率和年地面水平平均沉降速率，并进行如下判断：

1)若地面垂直沉降总量≥250mm或地面水平降总量≥150mm，则判断为地面沉降异常；

2)若库区的年地面平均沉降速率连续三年出现：年地面水平平均沉降速率≥15mm/年或年地面垂直平均沉降速率≥20mm/年，则判断为地面沉降异常；

在上述情况1)和情况2)中，当任一情况判断为异常，则地面沉降存在异常。

进一步地，地面沉降监测每年至少一次。

与现有技术相比，该盐穴储气库腔体稳定性监测的方法实现了盐穴储气库稳定性监测体系的整体评价，明确了盐穴腔稳定性监测过程中所需实施的各种监测手段并表明了综合方法的组成，有效监测盐穴腔蠕变、沉降、片帮、垮塌和泄露等情况，确保及时发生问题，保证盐穴腔的安全使用和库区工作人员的作业安全。

附图说明

图1为本发明的盐穴储气库腔体稳定性监测的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

具体地，在本实施例中，盐穴腔库区设有多个单井单腔型盐穴腔，其具体储存物质为天然气、氢气等能源气体；各盐穴腔只有一个与地面连通的通道，通道为直井或定向井；每个盐穴腔的有效体积约为5～100万方，腔体直径为60～80m，腔顶距盐顶距离为25～35m，其腔顶距生产套管鞋距离为10～15m。

如图1所示，该盐穴储气库腔体稳定性监测的方法，其具体监测方法如下：

步骤一、获取盐穴储气库及其所在库区的相关参数并判断是否存在异常；

1、单井生产动态监测：

对注采井的井口压力、井底温度和井口流量进行实时采集，同时对监测井的井口压力和井底温度进行实时采集，并进行如下判断：

1)注采井在注气期间，若盐穴腔压力逐渐上升、温度逐渐上升、盐穴腔库存气量逐渐上升，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

2)注采井在采气期间，若盐穴腔压力逐渐下降、温度逐渐下降、盐穴腔库存气量逐渐减少，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

3)注采井在注气后的停井期，若盐穴腔压力逐渐下降至平衡点、温度逐渐恢复至地层温度、盐穴腔库存气量不变，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

4)注采井在采气后的停井期，若盐穴腔压力逐渐上升至平衡点、温度逐渐恢复至地层温度、盐穴腔库存气量不变，则注采井生产状态判断为正常；反之，注采井生产状态判断为异常；

5)监测井在任意状态，若井口压力值和井底温度值均保持基本不变状态(如设定变化率始终保持在0.5％以内)，则监测井状态判断为正常；反之，监测井状态判断为异常；

6)利用体状态方程：

在上述情况1)～情况6)中，当任一情况判断为异常，则该盐穴腔的生产动态存在异常。

2、盐穴腔密封性监测：

2-1、监测井压力状态监测：

实时采集监测井的井口压力和井筒环空压力；若井口压力值和井筒环空压力值均保持基本不变状态(如设定变化率始终保持在0.5％以内)，则监测井状态判断为正常；反之，监测井状态判断为异常。

2-2、示踪剂监测：

定期(如每年一次)在注采井注气过程中同时向盐穴腔中注入示踪气体(SF6)，待1个月后采用大气采样器对全库区的进行多点位空气样本采集；然后利用气相色谱傅立叶变换静电场轨道阱质谱联用仪、多气氛热脱附炉和超高分辨质谱仪对多个空气样本进行分离和分析，得到各空气样本中示踪气体(SF6)的浓度，通过对检测出示踪气体的空气样本进行反向追踪，确定可能存在示踪气体泄漏的盐穴腔位置；其中，示踪气体在各盐穴中的注入量为：在每25×10

2-3、微地震监测：

定期(如每年一次)对库区进行微地震监测，通过采集井下声音数据，分析井下断层是否出现活化，或盐穴腔是否出现垮塌。

3、盐穴腔稳定性监测：

定期(每3年)采用带压声呐测井方法测得各盐穴腔的腔体形态和体积，并进行如下判断：

1)当盐穴腔的当前腔体形态与上一次测得的腔体形态进行比对时，当前腔体形态出现局部结构缺失或局部结构拱起情况时，判断该盐穴腔的腔体形态为异常；

2)当盐穴腔的当前内腔体积与之前测得的内腔体积比较，其年平均变化率≥1％，则判断该盐穴腔的内腔体积为异常；

3)将各盐穴腔对应的带压声呐监测得到的数据、以及库区的地层参数、岩石力学试验参数、地应力测试数据、建造运行历史数据、力学参数校核数据、盐穴腔几何参数和盐穴腔运行参数，代入至abaqus和/或Flac3D软件中，得到拉应力、塑性区评价、线性膨胀系数、蠕变率和体积收缩率这五个稳定性评价指标结果；通过将所得结果与设定合格阈值进行比较，若任一稳定性评价指标结果不在合格阈值内，则判断该盐穴腔的稳定性为异常；

在上述情况1)～情况3)中，当任一情况判断为异常，则该盐穴腔的稳定性存在异常。

4、地面沉降监测：

每年采用水准法或合成孔径雷达法对库区地面沉降情况进行监测，得到库区当年地面沉降量(包括垂直方向上的沉降量，即垂直沉降量和水平方向上的沉降量，即水平沉降量)、自测量起始时间至当年的地面沉降总量(包括地面垂直沉降总量和地面水平沉降总量)、及年地面平均沉降速率(包括年地面垂直平均沉降速率和年地面水平平均沉降速率)，并进行如下判断：

1)若地面垂直沉降总量≥250mm或地面水平降总量≥150mm，则判断为地面沉降异常；

2)若库区的年地面平均沉降速率连续三年出现：年地面水平平均沉降速率≥15mm/年或年地面垂直平均沉降速率≥20mm/年，则判断为地面沉降异常；

在上述情况1)和情况2)中，当任一情况判断为异常，则地面沉降存在异常；

步骤二、根据步骤一的监测过程中出现的数据异常，对造成盐穴腔失稳的具体情况进行确认：

1)当步骤一中某盐穴腔的生产动态存在异常，则：

①调取最近时间的微地震监测结果，结合生产动态异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在片帮或垮塌两种失稳情况；或，

②调取最近时间的盐穴腔稳定性监测结果，结合生产动态异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在片帮或垮塌两种失稳情况；2)当步骤二中示踪剂监测到某盐穴腔可能存在泄漏时，则：

①调取该盐穴腔近期的生产动态异常数据，进一步判断盐穴腔当前是否存在泄漏；和/或，

②调取最近时间的微地震监测结果和对应监测井压力状态监测结果，进一步判断盐穴腔当前是否存在泄漏；

3)当步骤三中某盐穴腔的稳定性存在异常，则：

①根据异常数据，判断盐穴腔当前是否存在蠕变或沉降两种失稳情况；和，

②调取最近时间的盐穴腔稳定性监测结果，结合盐穴腔稳定性异常数据共同判断盐穴腔当前是否存在蠕变或沉降两种失稳情况；

在上述步骤二的情况1)～情况3)中，

若盐穴腔当前不存在蠕变、沉降、片帮和垮塌这四种失稳情况，则调取当前监测数据和历史监测数据建立模拟模型，预判盐穴腔是否存在即将发生对应种类失稳情况的可能；若存在即将出现失稳情况的可能，则调整该盐穴腔的工作参数，包括腔体上限压力、腔体下限压力、注气采速率和采气采速率；

若盐穴腔当前确实存在蠕变、沉降和片帮和垮塌这四种失稳情况，且则调整该盐穴腔的工作参数，包括腔体上限压力、腔体下限压力、注气采速率和采气采速率；

若盐穴腔当前存在泄漏情况，则根据泄漏情况选择修井或弃井。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。