鹽穴儲氣庫注采運行過程中的腔體形狀檢測

楊海軍，李建君，王曉剛，何 俊，井 崗，閆鳳林

（中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫管理處，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

聲納檢測技術是鹽穴儲氣庫造腔和注采氣過程中常用的一種形狀檢測技術。由于鹽穴的蠕變特性，完腔后每隔一定年限要對鹽穴儲氣庫進行聲納檢測，以盡早發(fā)現井下故障，保證鹽穴儲氣庫的安全，另外也可以根據檢測的結果對目前的注采運行方案進行優(yōu)化。由于國內一直不具備高壓氣腔聲納測量的相關設備和施工經驗，而且高壓氣腔的聲納檢測具有很高的風險，多年來一直沒有實行對注采運行中的腔體進行聲納檢測。高壓氣腔測量必須滿足三個條件：一是必須要有合適的高壓防噴設備，二是必須要有經驗豐富的作業(yè)隊伍和測量工程師，三是現場必須滿足施工條件，任何一項不滿足要求，都可能導致測量失敗，甚至漏氣事故，嚴重的情況會發(fā)生井噴。西氣東輸在經過長期的精心準備之后，決定對兩口運行六年老腔進行聲納檢測，施工精心安排，有序進行，并取得成功。

1 聲納測井技術在儲氣庫的應用簡介

鹽穴聲納測井技術的原理：沿采鹽井井筒下放聲納測量井下儀器，井下儀器的聲納探頭進入鹽穴腔體后，在某一深度進行360°水平旋轉，同時按設定的角度間隔向鹽穴腔體壁發(fā)射聲脈沖，檢測回波信號，信號經井下儀器的連接電纜傳回地面中心處理機，得到某一深度上的腔體水平剖面圖，在鹽穴腔體內不斷改變檢測深度，則可獲得腔體不同深度上的水平剖面圖；對于鹽穴腔體的頂部、底部和異常部分，使用傾斜測量功能，可得到不同傾斜角度下的測量距離。兩種原始檢測數據經中心處理機軟件處理后，最終可得到整個腔體的體積和三維形態(tài)圖像。典型的聲納三維檢測形狀（見圖1）。

圖1 典型的聲納三維檢測形狀

由于溶腔排鹵井聲納測井作業(yè)時，造腔內管已起出，并且井口壓力、造腔外管內的壓力及腔體壓力已經被充分釋放，故測井作業(yè)時可以直接利用測井車中絞車牽引測井電纜，利用天地滑輪組合將測井儀器緩慢吊裝至井口對零，在進行聲納測井作業(yè)前，通過前期一系列的儀器入井前狀態(tài)檢查，并選好聲納測量探頭及探頭頻率，入井后嚴密監(jiān)測地面控制系統(tǒng)屏幕上顯示的溫度、壓力、管柱磁性號、儀器傾斜角度和電纜下井深度等相關測量基礎數據，最終實現聲納測井目的。

然而，在高壓氣腔中進行聲納檢測作業(yè)時，為了滿足井下測井儀器的要求，必須保證腔體內有一定壓力，一般腔內壓力保持在10 MPa 以上，越高越好。因此，在注采氣井井內進行聲納測井作業(yè)時，必須要帶壓作業(yè)，需要在井口安裝防噴裝置。

2 測量作業(yè)程序

2.1 作業(yè)前準備

作業(yè)前準備主要包括防噴管準備、測井儀器準備和井場準備三個方面。防噴管的密封性的好壞，直接影響注采氣井的帶壓測量作業(yè)的安全。所以在選擇防噴管時，要考慮儀器尺寸、井下工況，高壓氣腔測井對防噴管的耐壓等級、密封性能有嚴格的要求。防噴管一般由注脂密封裝置、防噴管具、捕捉器、BOP（即封井器）組成，配套的有天、地滑輪、起吊夾板、手壓泵、注脂軟管、林肯泵（注脂泵）、氣泵等（見圖2）。

圖2 井口防噴裝置總裝圖

防噴管的準備：需要綜合考慮測井儀器與防噴管的連接、儀器的外徑和長度、腔體壓力、防噴管與井口連接等，主要包含以下幾點：

（1）防噴管設備耐壓等級滿足要求；（2）防噴管要進行試壓，穩(wěn)壓時間必須達到要求；（3）測腔時井口油、套安裝適合的壓力表；（4）具備靜密封條件；（5）施工前對井口壓力表按照高精度計量儀表有關標準進行標定和試驗；（6）測腔期間井口及防噴管不刺不漏，確保資料準確錄取。

井場的準備：作業(yè)現場入口處應懸掛安全標志牌，明確逃生路線和緊急集合點。作業(yè)區(qū)域應設置警戒帶，不允許任何不相關車輛或人員通過。電纜兩側2 m 以外應設置警示隔離帶，嚴禁作業(yè)過程中人員跨越電纜、從電纜下通過及停留?，F場使用的各種電器開關、導線必須與用電設備的功率相匹配，達到防爆要求。所有車輛、電器設備安全接地。井口地面安全閥、井下安全閥全部打開，并打到手動控制狀態(tài)，不能因停電等原因自動關閉，因為自動關閉會切斷電纜，測井儀器就會掉到井里。地下的陰極保護關閉，防止測井時干擾測井信號。

測井儀器的準備：氣腔測量建議使用新電纜，但必須下1～2 次井；根據井口最高壓力確定加重桿規(guī)格重力與總長度；制作電纜頭。準備現場資料錄取所用電子計算機及其輔助設備，并安裝和備份好操作軟件。電纜車電纜與聲納測量儀器馬龍頭連接后，檢查信號傳輸通道和絕緣。電纜車電纜與聲納測量儀器連接后，在井口通電逐項檢查井下功能和地面數據采集、接收、記錄和控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，重點檢查絞車的深度系統(tǒng)、張力系統(tǒng)以及剎車系統(tǒng)，靈敏度應符合作業(yè)要求。

2.2 測量作業(yè)程序

2.2.1 防噴管的安裝 首先，確認主閥和頂部閥門處于關閉狀態(tài)。在拆卸法蘭或護帽之前，卸掉護帽和頂部閥門間的壓力（打開針閥或球閥）。拆卸法蘭，安裝轉接法蘭時需要更換金屬密封圈，上緊對置的法蘭螺栓來確保法蘭不是傾斜的。如果可能使用扭矩扳手，并加載適當的扭矩。將耐壓護帽連接到BOP 上。打開耐壓護帽閥門釋放空氣，在上緊油壬連接到法蘭、適配器、采氣樹連接等等之前，上提連接頭并檢查連接的插銷已經完全插好。然后再上緊油壬連接，并使用鉤扳手輕輕敲緊。

2.2.2 防噴管井口充壓 防噴管安裝完畢，注脂泵開始啟動。防噴管和防噴器的連接正常。通過軟管連接給防噴管充壓，旁通軟管一邊連接到防噴管1/2＇＇NPT 的連接頭，另一邊連接到井口的旁通管，確保旁通軟管兩端使用安全環(huán)固定，并且軟管兩端都裝有壓力表。壓力平衡后，穩(wěn)壓一定時間，確保防噴管沒有刺漏。如果防噴管內儀器具有壓力和溫度傳感器，記錄下的溫度—壓力曲線證明壓力是穩(wěn)定的。然后打開總閥和頂部閥門。確保主閥始終打開，同時保證彈簧蓄能器閥桿打開。

2.2.3 儀器下井 由于套管鞋可能懸空，絞車操作工在井下儀器接近、進出套管鞋位置時，應慢速提放，嚴密監(jiān)視電纜張力顯示值，觀察井下儀器運行情況，避免井下儀器出現掛卡致使電纜拉斷。一旦發(fā)現遇阻，立即停止下放并迅速上提，防止井內工具被卡。

按照設計要求進行上提測腔、下放測腔或定點測腔，地面儀器實時記錄。工具下至設計深度后，絞車工剎死電纜滾筒，技術員用手壓泵控制電纜靜密封使其處于密封狀態(tài)，起、下及測腔過程中若發(fā)現密封失控，發(fā)現人員應迅速操作地面液壓裝置關閉電纜防噴器（BOP）。

2.2.4 腔體聲納檢測 儀器下入腔內后，測量分腔頂、主體、腔底和脖頸四部分進行，測量模式分水平測量和傾斜測量，開始測量之前先要進行聲速分布測量，這一步必須準確測量，后續(xù)的測量都是以此為基礎的。腔體主體部分主要進行水平測量，在發(fā)現復雜的形狀時使用傾斜測量；腔頂和腔底的測量必須結合水平和傾斜測量兩種模式才能完成。為了弄清腔頂和腔底的真實形狀，測量的垂直步長和周向角度盡可能選得小些，在進行腔底測量時，要注意腔底剩余鹵水形成的鏡面反射，在進行腔底測量之前要先進行氣水界面測量，確定氣水界面后，將儀器探頭放到界面以下進行腔底測量，這樣才能保證測量結果的真實性。最后一步進行脖頸的測量。由于長期注采運行過程中的冷凝水容易對脖頸再次溶蝕，形成溝壑，這些溝壑會卡住電纜，因此在上提下放過程中要特別小心。脖頸的測量需要使用水平測量和螺旋測量兩種模式，以便更好地反映脖頸形狀。

2.2.5 儀器出井 電纜工具上提到防噴管內之后，手壓泵升壓到抱緊電纜。井口操作員將安全帶掛在差速器的安全繩上，井口周圍禁止站人，在確認壓力泄完后用勾扳手打開井口變扣接頭上部連接油壬，并將油壬母口向上托起掛于上部變徑臺階上，使油壬公母扣分離，告知吊車操作員，吊車的拉力比總重略多上提，防止防噴管突然跳出。安裝底部護帽，從絞車釋放足夠的電纜，拆除地滑輪，在防噴器處拴好2 根8 m 牽引繩，撤離井口。兩名操作員工分別站在吊臂兩側安全區(qū)域拉好牽引繩，另外兩名操作人員在安全區(qū)域捋順扶好與防噴管相連的各類液壓及控制管線及繃繩，隊長指揮吊車慢慢提升，防噴管串脫離井口后吊至地面工具架上。技術員在確認液壓管線泄壓后，由操作工打開連接油壬或快速接頭依次拆卸各種液壓控制管線、氣壓管線、注脂密封控制頭、防噴管、捕捉器等。

3 帶壓聲納測井故障處理

高壓氣腔的聲納檢測具有很高的風險，在測量之前，一定要先編寫應急預案，在實際測量過程中可能遇到的突發(fā)情況有：測井儀器遇阻、遇卡，電纜損壞和注脂頭或注脂溢流管漏氣。

3.1 儀器下入遇阻、遇卡

儀器遇阻事故跡象：在通井、施工過程中，儀器在井筒內運行，絞車操作人員按照規(guī)定的速度下放上提電纜，在下放過程中，如發(fā)現在某一深度張力數值突然減小，停車，反復上提、下放均不能通過，則判斷為井下工具串遇阻。

處理辦法：緩慢下放電纜的同時觀察張力數值變化，到達遇阻深度時，張力數值如不再變化，停車上提至顯示正常張力，然后反復緩慢下放，若張力回復正常，則此處管柱內可能存在臺階或軟性堵塞物，說明儀器可正常通過，通過后，反復上提下放多次，進行驗證，驗證無誤后，繼續(xù)作業(yè)。如始終無法通過遇阻點，則更換較小直徑的工具串再次下井驗證，停車來回起下多次進行解阻，如仍無法通過，說明管柱內可能存在硬性堵塞物，解阻過程中，不可使用導錐，必須使用下置式通井規(guī)，下放速度不能超過80 m/min。

儀器遇卡事故跡象：由于套管鞋處不垂直，采氣時產生的冷凝水傾斜流入鹽穴脖頸，使得脖頸處被溶出溝槽，下井過程中電纜容易滑入這些溝槽，這使得在儀器出井時，電纜容易被這些溝槽卡住。在上提過程中，如發(fā)現在某一深度張力數值突然增大，停車，反復下放、上提均不能通過，則判斷為井下儀器遇卡。

處理方法：慢慢上提電纜，同時觀察張力數值變化，到達遇卡深度時，張力數值如不再變大顯示正常張力，說明儀器正常通過，如張力數值到此深度繼續(xù)增大，說明儀器仍被卡住，這時從BOP 的注入接口使用高壓泵注入淡水來溶蝕以上形成的溝槽，使其變大而是電纜解卡，這個過程比較費時，每注水一定時間要上下活動一次儀器。

3.2 測井過程中電纜損壞

當電纜中的一股或者幾股電纜線發(fā)生損壞，導致無法將儀器拉出腔體，在這樣的情況下，電纜會在注脂頭下面的防噴管里纏繞成一個球體。如果當電纜通過注脂頭時發(fā)現少了一股或者幾股纜線，則可以推斷井下發(fā)生了損壞。而且，纜繩的拉力在相當程度上增加，這種情況出現則可以斷定井下發(fā)生了電纜損壞的情況。

處理辦法：關閉防噴管，釋放防噴管張力，松開纜繩直到損壞處，小心提放防噴管，與松開的纜繩一起放倒在測腔操作現場，修理防噴器頭處的纜繩。將注脂頭各個部件裝到防噴器上，并同時穿過完好的測井電纜。拉出足夠長的繩索用來穿過測井車的電纜頭與絞車上完好的電纜相連。在地面上放置繩索時關閉手泵和防噴器。測量拉出井口和截斷的電纜長度，用作后面的深度計量。拆開注脂頭，重新組裝防噴管于防噴器上，打開防噴器，在深度測量器中，輸入測量過的纜繩長度（截斷的和取出井口的長度）。操作絞車，將測井儀器放入防噴管中。關閉頂閥和總閥。松開防噴器的纜繩，開啟手壓泵。移除帶測井儀器的防噴管，更新測井電纜。

3.3 測井過程中注脂頭或注脂溢流管漏氣

注脂溢流管有輕微的爆鳴聲很正常，特別是在儀器出井手壓泵啟動后。

當電纜下井或出井時發(fā)現阻流管中的密封膜破壞的處理方法：升高注脂泵一定壓力，如果沒有效果，絞車操作員必須降低絞車速度來重新形成密封膜。

4 結論

聲納測腔是鹽穴儲氣庫注采運行過程中行之有效的監(jiān)控手段，可以準確反映井下腔體的形狀、體積、井下溫度、壓力等參數，為分析巖鹽蠕變特征對腔體形狀、體積變化的影響提供了基礎數據。本次測量精心組織、周密計劃、一次成功，為今后國內鹽穴儲氣庫高壓氣腔聲納檢測積累了經驗，給地下鹽穴儲氣庫生產運行工作提供了有力的技術保障。

［1］ SOCON Sonar Control Kavernenvermessung GmbH，Giesen，2013.