[发明专利]地下储气库安全运行监测系统及监测方法

权利要求书

1.地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，包括注气井(1)、采气井(2)、监测井(3)、金属套管(4)，金属套管(4)内置有注采气管(5)，金属套管(4)外侧固定有第一测量铠装光缆(6)，井内注采气管(5)外侧固定有第二测量铠装光缆(7)；所述的监测井(3)内布设有带永磁铁吸附或电磁感应吸附的第二测量铠装光缆(7)，或还设有井下的三分量检波器阵列(8)；

金属套管(4)外侧固定有多个第一井下准分布式光纤压力传感器(9)，井内注采气管(5)外侧固定有多个第二井下准分布式光纤压力传感器(10)；

还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器(11)；

所述的复合调制解调仪器(11)包括分布式声波传感DAS、分布式温度传感DTS、分布式光纤应变/应力传感DSS和准分布式光纤压力传感DPS；复合调制解调仪器(11)分别与第一测量铠装光缆(6)和第二测量铠装光缆(7)连接。

2.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述的第一测量铠装光缆(6)和第二测量铠装光缆(7)均为多参数铠装光缆。

3.根据权利要求2所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述第一测量铠装光缆(6)内至少有两根以上的耐高温的单模光纤(21)，将耐高温复合材料通过注塑或挤压成圆柱形且紧密包在单模光纤(21)外，形成应变/应力或震动/噪声的敏感光缆(23)，敏感光缆(23)外再紧密包裹连续不锈钢细管(25)，在每根单模光纤(21)的尾端打结或安装一个消光器件(26)，阻止从单模光纤(21)顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。

4.根据权利要求2所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述第二测量铠装光缆(7)内至少有两根以上的单模光纤(21)、两根以上多模光纤(22)，单模光纤(21)和多模光纤(22)外紧密包裹有内连续不锈钢细管(24)，内连续不锈钢细管(24)内部填充耐高温光纤膏，内连续不锈钢细管(24)外壁紧密套有外连续不锈钢细管(25)，其中两根多模光纤(22)的尾端熔接在一起，熔接处用一个U形件固定并保护起来，在所有单模光纤(21)和剩余的多模光纤(22)的尾端分别打结或安装一个消光器件(26)，阻止从单模光纤(21)的顶端和多模光纤(22)的顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。

5.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行监测系统，其特征在于，所述的第一井下准分布式压力传感器(9)、第二井下准分布式压力传感器(10)，为法泊腔光纤压力传感器，或光栅压力传感器，或压电晶体压力传感器；

多个第一井下准分布式压力传感器(9)依次通过第一测量铠装光缆(6)等间距串联在一起；

多个第二井下准分布式压力传感器(10)依次通过第二测量铠装光缆(7)等间距串联在一起。

6.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，还包括第一环形金属卡子(12)，所述的第一环形金属卡子(12)安装固定在金属套管(4)靴处。

7.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期动态监测，其特征在于，还包括第二环形金属卡子(13)，所述的第二环形金属卡子(13)等间距安装固定在井内注采气管(5)外侧。

8.根据权利要求1所述的地下储气库安全运行长期监测系统，其特征在于，所述的三分量检波器阵列(8)是三分量电磁检波器、三分量压电检波器、三分量加速度检波器、三分量MEMS检波器、三分量光纤检波器中的一种。

9.根据权利要求1到7任一项所述的地下储气库安全运行监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、在新完钻的注气井(1)、采气井(2)和部分监测井(3)中，把金属套管(4)和第一测量铠装光缆(6)同步缓慢的下入完钻的井孔里；

(b)、在井口把所述的第一环形金属卡子(12)安装在两根金属套管(4)的连接处，固定并保护第一测量铠装光缆(6)在下套管过程中不会旋转移动和/或被损坏；

(c)、用高压泵车向注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管(4)外壁和钻孔之间的环空区返回到井口，水泥浆固结后，把金属套管(4)、第一测量铠装光缆(6)和地层岩石永久性的固定在一起；

(d)、把注采气管(5)和第二测量铠装光缆(7)同步缓慢的下入固井完井后的金属套管(4)井内；

(e)、在井口把所述的第二环形金属卡子(13)按照相同的间距安装在注采气管(5)上，固定并保护第二测量铠装光缆(7)在下井内注采气管(5)的安装过程中不被损坏以及使第二测量铠装光缆(7)与连续油管之间具有良好的声学信号耦合；

(f)、在井口处把第一测量铠装光缆(6)内的单模光纤(21)或敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端，把第一测量铠装光缆(6)内的单根多模光纤(22)或两根尾端已进行U字形熔接的多模光纤(22)连接到复合调制解调仪器(11)的DTS信号输入端，单端输入或双端输入；

(g)、在井口处把第二测量铠装光缆(7)内的单模光纤(21)或敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端，把第二测量铠装光缆(7)内的单根多模光纤(22)或两根尾端已进行U字形熔接的多模光纤(22)连接到复合调制解调仪器(11)的DTS信号输入端，单端输入或双端输入；

(h)、在井口处把第一测量铠装光缆(6)内的敏感光缆(23)连接到复合调制解调仪器(11)的DSS信号输入端；

(i)、在井口处把第一铠装光电复合缆(6)、第二铠装光电复合缆(7)内连接第一井下准分布式光纤压力传感器(9)和第二井下准分布式光纤压力传感器(10)的光纤分别连接到复合调制解调仪器(11)的DPS信号输入端；

(j)、在部分监测井(3)中靠近储气层位的深度上，安放井下三分量检波器阵列(8)，将井下三分量检波器阵列(8)上的每一级三分量检波器紧密的推靠到金属套管(4)内壁或井壁上去，在井口附近把连接井下三分量检波器阵列的铠装光电复合缆连接到复合调制解调仪器(11)的DAS信号输入端；

(k)、在储气库正常生产运行即注气或采气期间，通过放置在井口旁边的复合调制解调仪器(11)连续监测和测量金属套管(4)外侧第一测量铠装光缆(6)和井内注采气管(5)外侧第二测量铠装光缆(7)内的DAS和DTS信号，同时连续监测和测量金属套管(4)外和井内注采气管(5)外侧串联的第一井下准分布式压力传感器(9)、第二井下准分布式压力传感器(10)压力信号；

(l)在储气库正常生产运行即注气或采气期间，通过放置在井口旁边的复合调制解调仪器(11)连续监测和测量金属套管(4)外侧第一测量铠装光缆(6)内敏感光缆(23)输出的DSS信号，

(m)、对复合调制解调仪器(11)连续测量的DAS信号、DTS信号、DSS信号和DPS信号进行调制解调，将DAS数据、DTS数据、DSS数据和DPS数据转换成所有监测井的全井段噪声强弱、温度高低、应力/应变和每个压力传感器位置的压力的变化分布数据；

(n)、对复合调制解调仪器(11)连续测量的所有监测井的DAS信号进行调制解调，将DAS数据转换成监测井记录到的地下微地震数据，实时处理部分监测井中的三分量检波器阵列记录的微地震数据；

(o)、根据监测和测量到的注气井(1)和采气井(2)的井下噪声、温度和压力数据，利用多参数综合反演方法计算出井下每个注气井段和采气井段的气体流量及其变化，从而实现对储气库注气和采气的生产过程及其注入采出变化量的长期实时动态监测；

(p)、根据监测和测量到的注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)外套管的全井段地下应力(应变)数据，实时在线分析发现可能出现套损的部位或井段，及时采取套损部位的修复或堵漏措施，防止出现储气库地下高压天然气沿注气井(1)、采气井(2)或监测井(3)发生套损的井壁向地面泄露的重大安全隐患或事故；

(q)、根据在注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)中的第一测量铠装光缆(6)或第二测量铠装光缆(7)或井中三分量检波器阵列实时监测记录到的地下微地震事件的能量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的重大安全隐患或事故；

(r)、综合充分利用储气库所有注气井(1)、采气井(2)和监测井(3)、套管(4)内外和井内注采气管(5)外布设的第一测量铠装光缆(6)、第二测量铠装光缆(7)以及部分监测井内布设的井下三分量检波器阵列，实时在线监测所有井下的噪声、温度、压力、应力/应变的变化和储气库地下的微地震事件的分布特征，对实时在线监测的所有参数和信息进行智能化综合分析和评估，对影响储气库安全平稳运行的各种潜在风险或事故进行分级分类，及时发布潜在事故风险的预警信号和信息，确保储气库长期稳定安全的运行。