一种储气库井光纤永久监测设备及方法与流程

1.本发明涉及储气库井监测技术领域，尤其涉及一种储气库井光纤永久监测设备及方法。


背景技术：

2.地下储气库是用于储存天然气的地质构造和配套设施。主要功能是用气调峰和安全供气、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等，其中枯竭油气藏储气库是建于枯竭油气田中的地下储气库。多数建于枯竭气藏，少数建于含伴生气的枯竭油藏。枯竭气藏的采气程度达到70％最为合适；枯竭油藏的含水率达到90％时，储层既有含水层特征，又有油藏特征，最适于作储气库，这种储气库内残留有少量油气，其运行较简单；原有部分气(油)井、工艺设备等经检查、维修之后可供利用，只需新建部分设施，投资较小；储气库井在长期的高压注气和采气循环调峰运行中，当通过注气井向地下注入高压天然气时，可能会诱发激活地下的断层，储气库的密封盖层及四周地层被高压天然气诱发激活断层，被激活的断层可能会破坏储气库密封的完整性，造成地下高压天然气沿被激活的断层向地面泄露，造成重大安全隐患或事故；目前通过光纤传感器监测储气库井地层已有报道，将光纤传感器分布在储气库井四周及盖层监测地层的微地震情况，然而目前使用的技术均是将光缆及光纤传感器固定在井下，一旦光缆及光纤传感器发生故障，即需要维修，维修期间无法对地层进行监测，且维护费用大。


技术实现要素：

3.为了解决现有储气库井无法做到全天候永久监测、存在安全隐患的问题，本发明提供一种储气库井光纤永久监测设备及方法。
4.本发明提供的技术方案是：一种储气库井光纤永久监测设备，包括注采井和监测井，监测井分布在储气库井的盖层以上及储气库井四周地层，监测井由井口和井筒组成，井筒包括套管，套管内安装有芯管，芯管内开有两个平行的通过孔，两个通过孔贯通芯管的整个长度，每个通过孔内均设有光缆，光缆上串联有光纤传感器，多个光纤传感器依次通过光缆等间距串联在一起，其中位于芯管两侧的两个光纤传感器在高度上相互错开布置，通过孔在光纤传感器位置开有边孔，边孔与芯管外部连通，芯管在两个相互错开的光纤传感器之间均设有密封圈与套管密封连接；套管在地面以上连接井口，井口包括三通和出口密封机构，套管通过法兰密封连接三通的进口，三通的两个出口分别连接球阀和出口密封机构，芯管内的两根光缆分别从两个出口密封机构伸出；出口密封机构包括密封筒，密封筒通过法兰密封连接球阀，密封筒的出口一侧通过组合密封圈与光缆滑动密封连接；还包括复合调制解调仪器，各监测井的光缆均连接到复合调制解调仪器。
5.光缆包括两个多模光纤，两根多模光纤放置在连续不锈钢细管内，两根多模光纤串联连接光纤传感器，连续不锈钢细管内填充有耐高温光纤膏，连续不锈钢细管的尾部连接消光柱。
6.芯管顶部有一圈凸缘，芯管的凸缘夹持在套管和三通连接的两个法片之间，两个通过孔在芯管顶部均开有直径变大的圆锥孔，三通的中部设有导向板。
7.消光柱的外圆上镶嵌有永磁环，密封筒内部安装有磁吸开关，磁吸开关的位置在于：当光纤抽出或者插入密封筒时，消光柱到达磁吸开关的安装位置时，永磁环的磁吸力使得磁吸开关动作。
8.密封筒在光缆穿过的位置设有唇形密封圈，唇形密封圈的密封唇朝向里侧，唇形密封圈的外侧安装有骨架。
9.一种储气库井光纤永久监测方法，包括以下步骤：a、在新完钻的监测井中，把套管下入到井内；b、用高压泵车向监测井的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿套管外壁和钻孔之间的环空区返回到地面；c、水泥凝固后，下入油管洗井；d、下入芯管，芯管的边孔内装入射孔工具，射孔工具射孔将套管的监测通道打开；e、将光缆连同光纤传感器下入到芯管的通过孔内，使得光纤传感器和边孔位置相对应；f、安装井口，芯管的凸缘夹持在三通和套管连接的两片法兰之间，将芯管固定，将各个多模光纤连接到复合调制解调仪器；g、在储气库注采井正常生产运行即注气或采气期间，通过复合调制解调仪器连续监测光纤传感器的压力信号；h、当某根光缆或光纤传感器发生故障时，利用卷扬机将该光缆上提，当上提到消光柱越过球阀到达磁吸开关位置时，消光柱上的永磁环的磁力吸住磁吸开关，磁吸开关动作，此时关闭该球阀，将该光缆从出口密封机构抽出维修或者更换，此时套管内的另一根光缆正常工作，保持储气库井不间断的永久监测；i、将新的或维修完的光缆从出口密封机构插入后，密封筒内的组合密封圈与光缆形成密封，打开该方向的球阀，通过卷扬机继续将光缆装入芯管内。
10.本发明的有益效果为：通过将监测井分布在储气库井的盖层以上及储气层四周，实时监测记录到的地下微地震事件的压变大小和随时间变化的空间分布规律，在线实时判别储气库正常注气和采气作业时是否诱发激活了地下大小断层，储气库的密封盖层上是否有被高压天然气诱发激活的小断层，被激活的小断层是否会破坏储气库密封盖层的完整性，是否会出现地下高压天然气沿密封盖层上被激活的小断层向地面泄露，避免重大安全隐患或事故；位于芯管两侧的两个光纤传感器在高度上相互错开布置，芯管在两个相互错开的光纤传感器之间均设有密封圈与套管密封连接，由此两根光缆的光纤传感器相互形成密封，其中一根光缆提出后，不破坏另一根光缆及光纤传感器的密封及监测环境；在一个监测井内设置两根独立的可单独更换的光缆和光纤传感器，增加监测密度的同时，在其中一根光缆或光纤传感器发生故障时，可上提维修更换，另一根光缆正常工
作，保持对储气库井的地层活动情况进行永久监测，避免了目前将光缆和光纤传感器固定在井筒中无法更换的问题，该设备具有永久监测，维护费用少的特点。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中井筒的结构示意图；图3是附图2的a-a剖面图；图4是本发明中井口的结构示意图；图5是附图4的b处放大图；图6是本发明中消光柱和光缆连接示意图。
12.图中：1-监测井，2-井筒，3-复合调制解调仪器，4-注采井，5-套管，6-芯管，7-光缆，8-光纤传感器，9-边孔，10-监测通道，11-三通，12-球阀，13-出口密封机构，14-导向板，15-凸缘，16-圆锥孔，17-密封筒，18-组合密封圈，19-磁吸开关，20-消光柱，21-唇形密封圈，22-骨架，23-连续不锈钢细管，24-多模光纤，25-永磁环，26-井口，27-通过孔。
具体实施方式
13.如图1～6所示，一种储气库井光纤永久监测设备，包括注采井4和监测井1，监测井1分布在储气库井的盖层以上及储气库井四周地层，监测井1由井口26和井筒2组成，井筒2包括套管5，套管5内安装有芯管6，芯管6内开有两个平行的通过孔27，两个通过孔27贯通芯管6的整个长度，每个通过孔27内均设有光缆7，光缆7上串联有光纤传感器8，多个光纤传感器8依次通过光缆7等间距串联在一起，其中位于芯管6两侧的两个光纤传感器8在高度上相互错开布置，通过孔27在光纤传感器8位置开有边孔9，边孔9与芯管6外部连通，芯管6在两个相互错开的光纤传感器8之间均设有密封圈与套管5密封连接，由此两根光缆7和光纤传感器8相互形成密封，其中一根光缆7提出后，不破坏另一根光缆7及光纤传感器8的密封及监测环境，在边孔9内装入射孔工具将套管5和水泥层射开后，各个光纤传感器8各自探知各高度地层的微地震情况；套管5在地面以上连接井口26，井口26包括三通11和出口密封机构13，套管5通过法兰密封连接三通11的进口，三通11的两个出口分别连接球阀12和出口密封机构13，芯管6内的两根光缆7分别从两个出口密封机构13伸出；还包括复合调制解调仪器3，各监测井1的光缆7均连接到复合调制解调仪器3。
14.光缆7包括两根多模光纤24，两根多模光纤24放置在连续不锈钢细管23内，两根多模光纤24串联连接光纤传感器8，连续不锈钢细管23内填充有耐高温光纤膏，连续不锈钢细管23的尾部连接消光柱20，阻止从多模光纤24的顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。
15.出口密封机构13包括密封筒17，密封筒17通过法兰密封连接球阀12，密封筒17的出口一侧通过组合密封圈18与光缆7滑动密封连接，井口26内外不连通，当其中一根光缆7出现故障时，上提该光缆7，当光缆7尾部越过球阀12时，关闭该球阀12后将光缆7抽出，井内压力不会释放，不影响另一根光缆7的光纤传感器8探测地层压力变化。
16.芯管6顶部有一圈凸缘15，芯管6的凸缘15夹持在套管5和三通11连接的两片法兰之间，两个通过孔27在芯管6顶部均开有直径变大的圆锥孔16，三通11的中部设有导向板
14，圆锥孔16和导向板14起到光缆7插入通过孔27时的导向作用。
17.消光柱20的外圆上镶嵌有永磁环25，密封筒17内部安装有磁吸开关19，磁吸开关19的位置在于：当光缆7抽出或者插入密封筒17时，消光柱20到达磁吸开关19的安装位置时，永磁环25的磁吸力使得磁吸开关19动作，磁吸开关19动作后，暂停抽出光缆7，将该光缆7所在的球阀12关闭后，再抽出光缆7。
18.密封筒17在光缆7穿过的位置设有唇形密封圈21，唇形密封圈21的密封唇朝向里侧，唇形密封圈21的外侧安装有骨架22，在井内压力越大，唇形密封圈21的密封唇在骨架22的作用下只能越压向光缆7，进一步提高井口26的密封性能。
19.一种储气库井光纤永久监测方法，包括以下步骤：a、在新完钻的监测井1中，把套管5下入到井内；b、用高压泵车向监测井1的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿套管5外壁和钻孔之间的环空区返回到地面；c、水泥凝固后，下入油管洗井；d、下入芯管6，芯管6的边孔9内装入射孔工具，射孔工具射孔将套管5的监测通道10打开；e、将光缆7连同光纤传感器8下入到芯管6的通过孔27内，使得光纤传感器8和边孔9位置相对应；f、安装井口26，芯管6的凸缘15夹持在三通11和套管5连接的两片法兰之间，将芯管6固定，将各个多模光纤24连接到复合调制解调仪器3；g、在储气库的注采井4正常生产运行即注气或采气期间，通过复合调制解调仪器3连续监测光纤传感器8的压力信号；h、当某根光缆7或光纤传感器8发生故障时，利用卷扬机将该光缆7上提，当上提到消光柱20越过球阀12到达磁吸开关19位置时，消光柱20上的永磁环25的磁力吸住磁吸开关19，磁吸开关19动作，此时关闭该球阀12，将该光缆7从出口密封机构13抽出维修或者更换，此时套管5内的另一根光缆7正常工作，保持储气库井不间断的永久监测；i、将新的或维修完的光缆7从出口密封机构13插入后，密封筒17内的组合密封圈18与光缆7形成密封，打开该方向的球阀12，通过卷扬机继续将光缆7装入芯管6内。
20.通过将监测井1分布在储气库井的盖层以上及储气层四周，实时监测记录到的地下微地震事件的压变大小和随时间变化的空间分布规律，在线实时判别储气库正常注气和采气作业时是否诱发激活了地下大小断层，储气库的密封盖层上是否有被高压天然气诱发激活的小断层，被激活的小断层是否会破坏储气库密封盖层的完整性，是否会出现地下高压天然气沿密封盖层上被激活的小断层向地面泄露，避免重大安全隐患或事故。
21.在一个监测井1内设置两根独立的光缆7和光纤传感器8，增加监测密度的同时，在其中一根光缆7或光纤传感器8发生故障时，可上提维修更换，另一根光缆7正常工作，保持储气库井不间断的永久监测，同时在抽出其中一个故障光缆7的时候，可保证监测井1内的压力环境不变，不影响储气库井的地层监测效果。

技术特征：
1.一种储气库井光纤永久监测设备，包括注采井(4)和监测井(1)，其特征在于：监测井(1)分布在储气库井的盖层以上及储气库井四周地层，监测井(1)由井口(26)和井筒(2)组成，井筒(2)包括套管(5)，套管(5)内安装有芯管(6)，芯管(6)内开有两个平行的通过孔(27)，两个通过孔(27)贯通芯管(6)的整个长度，每个通过孔(27)内均设有光缆(7)，光缆(7)上串联有光纤传感器(8)，多个光纤传感器(8)依次通过光缆(7)等间距串联在一起，其中位于芯管(6)两侧的两个光纤传感器(8)在高度上相互错开布置，通过孔(27)在光纤传感器(8)位置开有边孔(9)，边孔(9)与芯管(6)外部连通，芯管(6)在两个相互错开的光纤传感器(8)之间均设有密封圈与套管(5)密封连接；套管(5)在地面以上连接井口(26)，井口(26)包括三通(11)和出口密封机构(13)，套管(5)通过法兰密封连接三通(11)的进口，三通(11)的两个出口分别连接球阀(12)和出口密封机构(13)，芯管(6)内的两根光缆(7)分别从两个出口密封机构(13)伸出；出口密封机构(13)包括密封筒(17)，密封筒(17)通过法兰密封连接球阀(12)，密封筒(17)的出口一侧通过组合密封圈(18)与光缆(7)滑动密封连接；还包括复合调制解调仪器(3)，各监测井(1)的光缆(7)均连接到复合调制解调仪器(3)。2.根据权利要求1所述的一种储气库井光纤永久监测设备，其特征在于：光缆(7)包括两根多模光纤(24)，两根多模光纤(24)放置在连续不锈钢细管(23)内，两根多模光纤(24)串联连接光纤传感器(8)，连续不锈钢细管(23)内填充有耐高温光纤膏，连续不锈钢细管(23)的尾部连接消光柱(20)。3.根据权利要求2所述的一种储气库井光纤永久监测设备，其特征在于：芯管(6)顶部有一圈凸缘(15)，芯管(6)的凸缘(15)夹持在套管(5)和三通(11)连接的两片法兰之间，每个通过孔(27)在芯管(6)顶部均开有直径变大的圆锥孔(16)，三通(11)的中部设有导向板(14)。4.根据权利要求3所述的一种储气库井光纤永久监测设备，其特征在于：消光柱(20)的外圆上镶嵌有永磁环(25)，密封筒(17)内部安装有磁吸开关(19)，磁吸开关(19)的位置在于：当光缆(7)抽出或者插入密封筒(17)时，消光柱(20)到达磁吸开关(19)的安装位置时，永磁环(25)的磁吸力使得磁吸开关(19)动作。5.根据权利要求4所述的一种储气库井光纤永久监测设备，其特征在于：密封筒(17)在光缆(7)穿过的位置设有唇形密封圈(21)，唇形密封圈(21)的密封唇朝向里侧，唇形密封圈(21)的外侧安装有骨架(22)。6.根据权利要求5所述的储气库井光纤永久监测设备的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：a、在新完钻的监测井(1)中，把套管(5)下入到井内；b、用高压泵车向监测井(1)的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿套管(5)外壁和钻孔之间的环空区返回到地面；c、水泥凝固后，下入油管洗井；d、下入芯管(6)，芯管(6)的边孔(9)内装入射孔工具，射孔工具射孔将套管(5)的监测通道(10)打开；e、将光缆(7)连同光纤传感器(8)下入到芯管(6)的通过孔(27)内，使得光纤传感器(8)
和边孔(9)位置相对应；f、安装井口(26)，芯管(6)的凸缘(15)夹持在三通(11)和套管(5)连接的两片法兰之间，将芯管(6)固定，将各个多模光纤(24)连接到复合调制解调仪器(3)；g、在储气库的注采井(4)正常生产运行即注气或采气期间，通过复合调制解调仪器(3)连续监测光纤传感器(8)的压力信号；h、当某根光缆(7)或光纤传感器(8)发生故障时，利用卷扬机将该光缆(7)上提，当上提到消光柱(20)越过球阀(12)到达磁吸开关(19)位置时，消光柱(20)上的永磁环(25)的磁力吸住磁吸开关(19)，磁吸开关(19)动作，此时关闭该球阀(12)，将该光缆(7)从出口密封机构(13)抽出维修或者更换，此时套管(5)内的另一根光缆(7)正常工作，保持储气库井不间断的永久监测；i、将新的或维修完的光缆(7)从出口密封机构(13)插入后，密封筒(17)内的组合密封圈(18)与光缆(7)形成密封，打开该方向的球阀(12)，通过卷扬机继续将光缆(7)装入芯管(6)内。

技术总结
一种储气库井光纤永久监测设备及方法，涉及储气库井监测技术领域。监测井分布在储气库井的盖层以上及储气井地层四周，套管内安装有芯管，芯管内开有两个通过孔，每个通过孔内均设有光缆，光缆上串联有光纤传感器，其中位于芯管两侧的两个光纤传感器在高度上相互错开布置。本发明的有益效果是：通过将监测井分布在储气库井的盖层以上及储气库地层四周，实时监测记录到的地下微地震事件的压变大小和随时间变化的空间分布规律，避免重大安全隐患或事故，在一个监测井内设置两根独立的光缆和光纤传感器，在其中一根光缆或光纤传感器发生故障时，可上提维修更换，另一根光缆正常工作，保持储气库井不间断的永久监测。持储气库井不间断的永久监测。持储气库井不间断的永久监测。


技术研发人员：杨巍 马雪良
受保护的技术使用者：大庆信辰油田技术服务有限公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/9