聲納測量技術(shù)在儲氣庫造穴檢測中的應(yīng)用

陳金宏，戴 威，王 靜

(中國石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部 河北 任丘 062552)

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聲納測量技術(shù)在儲氣庫造穴檢測中的應(yīng)用

陳金宏，戴 威，王 靜

(中國石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部 河北 任丘 062552)

近年來為了實現(xiàn)天然氣調(diào)峰的目的，我國通過溶腔工藝建立了一批鹽穴儲氣庫，在整個建庫過程中，聲納測量技術(shù)發(fā)揮了無可代替的作用。本文主要介紹了聲納儀器的工作原理及結(jié)構(gòu)組成，及其在測定鹽穴溶腔各個階段的幾何形狀，計算出腔體體積大小及分布，發(fā)現(xiàn)腔體內(nèi)的異常變化，指導(dǎo)調(diào)整溶腔工藝，檢查溶腔工藝對于腔體異常變化的處理效果，預(yù)測溶腔形狀發(fā)展變化趨勢等方面的應(yīng)用。

鹽穴;溶腔;儲氣庫;聲納測量技術(shù)

0 引 言

天然氣作為一種清潔的能源，在發(fā)電、民用等領(lǐng)域得到了越來越廣的應(yīng)用，然而受日產(chǎn)量和管道日輸送量的限制，用氣地區(qū)常常會出現(xiàn)用氣高峰時氣不夠用，低谷時氣剩余的問題。為了解決這個難題，一般利用枯竭的油氣藏或溶解鹽巖層建立地下儲氣庫，通過季節(jié)調(diào)峰解決用氣峰谷期供用量間的矛盾[1]。最常見的鹽穴儲氣庫是利用采鹽井或新鉆井眼作為溶腔，經(jīng)注入淡水排出鹵水的辦法進(jìn)行造穴，這期間主要通過進(jìn)行聲納測量后，適時調(diào)整注水管和采鹵管的相對位置，確保形成一定容積和幾何形狀的鹽穴。聲納測量技術(shù)作為目前監(jiān)測鹽穴儲氣庫腔體體積及形狀的主要方法，它利用聲納測量儀器采集測腔數(shù)據(jù)后，通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及資料解釋，最終得到精確的鹽穴腔體二維及三維數(shù)據(jù)信息，為鹽穴儲氣庫造腔過程及后期注采提供指導(dǎo)。

1 聲納儀器工作原理及結(jié)構(gòu)組成

1.1 工作原理

聲納測量技術(shù)采用計算接收脈沖回波和發(fā)射脈沖信號之間的時間差來測量探測距離的方法，在已知所處環(huán)境的聲波速度的前提之下，只需測量聲脈沖信號往返時間即可求得探測距離[2]，即：R=(1/2)VT。R為測量距離，m；V為聲速，m/s；T為聲波信號往返時間，s。

實際測量通過測井電纜將聲納儀器沿鉆井井筒下放，聲納探頭出套管鞋后進(jìn)入鹽穴溶腔腔體，在指定深度探頭水平旋轉(zhuǎn)并向腔體體壁不斷發(fā)射出聲脈沖信號，檢測回波信號，數(shù)據(jù)經(jīng)測井電纜傳回地面計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到當(dāng)前深度上的腔體水平剖面圖。改變測量深度，則可得到腔體不同深度的水平剖面圖。再對鹽穴腔體的頂部、底部以及異常部分進(jìn)行探頭傾斜旋轉(zhuǎn)測量，就可以得到聲納探頭不同傾斜角度情況下的測量信號。通過對錄取到的資料進(jìn)行解釋，最終可以得到整個腔體精確的二維及三維圖像及參數(shù)。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

目前中國石油集團(tuán)測井有限公司用于西氣東輸鹽穴儲氣庫腔體檢測的聲納儀器是由德國SOCON公司引進(jìn)的，主要構(gòu)成及功能如下：

電纜接頭：連接測井電纜馬龍頭和井下儀器，傳輸測量信號并為井下儀器提供電源。

穩(wěn)定陀螺、CCL及MCCL系統(tǒng)：穩(wěn)定陀螺能夠產(chǎn)生與井下儀器旋轉(zhuǎn)相反的扭矩使井下儀器快速穩(wěn)定，CCL及MCCL能夠測量出單層或多層套管接箍及管鞋深度，便于校深。

壓力、溫度傳感器、聲速測量系統(tǒng)：測的井下儀器所處環(huán)境的壓力、溫度及聲波速度。

水平步進(jìn)電機(jī)：實現(xiàn)聲納探頭水平旋轉(zhuǎn)。

定位羅盤、傾斜測量電機(jī)及聲納探頭系統(tǒng)：確定磁北方向，控制聲納探頭傾斜角度及實現(xiàn)聲波信號的發(fā)射接收。

2 實際檢測應(yīng)用

由于鹽巖地層的不均質(zhì)性，各種物質(zhì)在水中的溶解程度和溶解速度不同，因此造腔過程往往具有很大的不確定性[3]。通過聲納測量，定期測取溶腔形態(tài)及體積，及時發(fā)現(xiàn)腔體異常變化，并以此為指導(dǎo)采取一定的造腔控制工藝手段進(jìn)行調(diào)整，從而可以使鹽穴腔體始終遵循預(yù)期設(shè)計進(jìn)行發(fā)展變化，造腔風(fēng)險處于可控制范圍之內(nèi)。

2.1 測定腔體形狀，計算腔體大小

利用聲納測量技術(shù)對鹽穴腔體從開始溶腔到結(jié)束溶腔的各個階段，定時進(jìn)行腔體形狀及體積分布的測量，以測得結(jié)果為依據(jù)及時調(diào)整溶腔工藝，從而得到符合設(shè)計目的及達(dá)到安全要求的理想化的儲氣腔體。圖1為XX井指定方位腔體縱別面圖形，不同深度腔體體積如表1所示。

2.2 發(fā)現(xiàn)腔體異常變化，指導(dǎo)溶腔工藝調(diào)整

由于鹽穴地層的不均質(zhì)性，在溶腔過程中往往存在腔體表面有的部分易溶而有的部分難溶的情況，都會為造腔過程及注采階段帶來極大的安全隱患。運(yùn)用聲納測量技術(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在危險，采取特定溶腔手段處理安全隱患。以圖2中的腔體縱剖面圖形為例，通過聲納測井發(fā)現(xiàn)腔體中上存在難溶部分，形成內(nèi)凹尖峰，如果不能夠及時處理，極有可能造成后續(xù)工作出現(xiàn)安全事故。

圖1 XX井指定方位腔體縱剖面圖形

深度/m半徑/m面積/m2深度范圍/m部分體積/m3累積體積/m31106．019．61203．71104．2～1107．03370．53370．51108．019．81233．91107．0～1109．02467．85838．31110．019．71217．91109．0～1111．02435．88274．11112．019．41186．61111．0～1113．02373．110647．21114．019．21157．71113．0～1115．02315．312962．51116．019．21158．71115．0～1117．02317．415279．91118．017．5959．41117．0～1119．01918．817198．71120．015．1720．91119．0～1121．01441．818640．51122．012．6498．11121．0～1123．0996．119636．61124．010．2328．11123．0～1125．0656．220292．81126．07．3169．01125．0～1127．0338．020630．81128．04．460．71127．0～1129．0121．420752．21130．01．910．81129．0～1131．223．820776．0

2.3 檢查腔體異常變化的處理效果

腔體出現(xiàn)異常時，經(jīng)過特定溶腔工藝[1]進(jìn)行處理后，必須要進(jìn)行聲納測量，驗證溶腔異常情況的處理效果，制定下一步溶腔處理方法或者調(diào)整造腔工藝計劃。圖3中虛線為異常情況處理前測腔形狀，實線為異常情況處理后測腔形狀，可以看出在處理前溶腔在腔底部分形成一個易溶狹窄的外凸通道，這為以后腔體的注采儲氣造成了很大的安全問題，通過特定填埋工藝處理后，再進(jìn)行聲納測量時發(fā)現(xiàn)外凸通道已經(jīng)完全被封死，可以繼續(xù)開展下一步造腔工作。

圖2 XX井指定方位腔體縱剖面圖形

圖3 XX井前后兩次測量腔體縱剖面疊加圖

2.4 預(yù)測溶腔形狀發(fā)展變化趨勢

在鹽穴溶腔最初設(shè)計階段，設(shè)計者們往往希望能夠得到最理想化的溶腔形狀和造腔體積，但是實際建設(shè)過程井下情況具有很大的不確定性，通過定時分段多次進(jìn)行聲納測量，取得不同造腔階段的體積形狀進(jìn)行對比分析，如圖4所示，可以及時預(yù)測出腔體形狀及體積的發(fā)展變化趨勢，從而不斷調(diào)整并及時優(yōu)化溶腔設(shè)計，最終獲得理想的溶腔形狀和體積。

圖4 XX井多次測量腔體縱剖面疊加圖

3 結(jié)束語

鹽穴儲氣庫建設(shè)不僅能夠保障天然氣長輸安全和用氣較高地區(qū)的平穩(wěn)供氣，而且還能為國家提供充足的天然氣儲備，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和重要的戰(zhàn)略意義。利用聲納測量技術(shù)對儲氣庫腔體形狀和體積進(jìn)行及時有效的檢測，及時發(fā)現(xiàn)腔體形狀和體積的變化，成功保障了儲氣庫建設(shè)的順利和安全進(jìn)行，具有極為廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。中國石油集團(tuán)測井有限公司自2015年進(jìn)入鹽穴儲氣庫聲納測量領(lǐng)域以來，已累計完成各類聲納測井任務(wù)70余井次，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

[1] 李 鐵,張永強(qiáng),劉廣文.地下儲氣庫的建設(shè)和發(fā)展[J].油氣儲運(yùn),2010,19(3):1-8.

[2] 王炳和,李宏昌.聲納技術(shù)的應(yīng)用及其最新進(jìn)展[J].物理,2001,30(8):491-495.

[3] 何愛國. 鹽穴儲氣庫建庫技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2004,24(9):122-125.

Application of Sonar Survey Technique in the Gas Storage during the Cavern Leaching

CHEN Jinhong， DAI Wei， WANG Jing

(HuabeiDivision,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.,Renqiu,Hebei062552,China)

Many gas storages are built by the solution mining technique in salt caverns to achieve the natural gas peak-shaving in China recently. The Sonar Survey Technique plays an irreplaceable role in the process of the storage construction. This article mainly talks about the working principle and the structure of the sonar tool, and also introduces the applications of the sonar tool in determining the geometrical shape of the caverns, calculating the volume and distribution, discovering the changes of the caverns, adjusting the solution mining technique, checking the treatment effects of the solution mining technique on the changes in the caverns and predicting the development trends of the cavern leaching.

salt cavern; solution mining; gas storage; sonar survey technique

陳金宏，男，1967年生,高級工程師，2003年6月畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。一直從事測井采集及科研管理工作。E-mail: chen_jinhong@163.com

TE972

A

2096-0077(2017)01-0098-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.01.024

2016-07-24 編輯：屈憶欣)