呼圖壁儲氣庫微地震監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與配套工藝技術(shù)研究

呼圖壁儲氣庫微地震監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與配套工藝技術(shù)研究（1.新疆油田分公司工程技術(shù)研究院 2.新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院）監(jiān)測基本原理方法、呼圖壁儲氣庫微地震監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計思路以及現(xiàn)場實施的配套工藝技術(shù)。關(guān)鍵詞：儲氣庫 微地震 監(jiān)測 原理 研究1前言大型儲氣庫，設(shè)計庫容107億立方米，工作氣量45覆為安集海河組（E2-3a）泥巖蓋層，厚約合接觸關(guān)系。儲氣庫所在的呼圖壁背斜位于北天山山前坳陷第三排構(gòu)造帶的東端，三維區(qū)整體構(gòu)造形態(tài)為近東西向展布的長軸斷背斜，東西長約20km，南北寬約3.5km，呼圖壁斷裂將背斜切割為上、下盤兩個斷背斜。在三維工區(qū)內(nèi)，紫泥泉子組主要發(fā)育有4漸增大，最深部斷裂斷面平緩，幾乎順侏羅系煤層滑脫。氣庫的安全運行提供保障。2 微地震監(jiān)測原理方法與特點地層內(nèi)地應(yīng)力呈各向異性分布，剪切應(yīng)力自然聚集在斷面上。通常情況下這些斷1作者簡介：薛承文，男，1976年11月出生，1999年1工程師，副所長。通信地址：克拉瑪依市勝利路87號郵編：834000電話0990-6896591E-mail：xuechengwen@面是穩(wěn)定的，然而，當(dāng)原來的應(yīng)力受到生產(chǎn)活動干擾時，巖石中原來存在的或新產(chǎn)生的裂縫周圍地區(qū)就會出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)變能增高，當(dāng)外力增加到一定程度時，原有裂縫的缺陷地區(qū)就會發(fā)生微觀屈服或變形，裂縫擴展，從而使應(yīng)力松弛，儲藏能量的一部分以彈性波（聲波）的形式釋放出來，產(chǎn)生小的地震，即微地震。微地震監(jiān)測是通過觀測、分析微地震事件來監(jiān)測生產(chǎn)活動產(chǎn)生的影響、效果和地下狀態(tài)。 圖1 微地震監(jiān)測原理圖微地震波的數(shù)據(jù)處理及微地震事件分析定位三大步，如圖2所示。圖2 微地震監(jiān)測工作流程圖事件類型判斷，進而指導(dǎo)風(fēng)險規(guī)避。通過在井筒中，安放井下檢波器、壓力和溫度感應(yīng)器，在近地表埋置高靈敏度微地震檢波器，隨時全方位記錄和監(jiān)測整個儲氣庫范圍內(nèi)的微地震事件。在實現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采集和實時傳輸后，開始后續(xù)的處理分析，以此方法運行整個微地震監(jiān)測系統(tǒng)。微地震監(jiān)測具有以下特點：2）監(jiān)測準(zhǔn)確，能直接確定巖體內(nèi)部破裂的位置和性質(zhì)；3）測量速度快，能夠?qū)崟r監(jiān)測微地震事件位置、密封性和井筒損傷；4）監(jiān)測靈敏度高，具有噪音過濾能力；5）工作壽命長，性能穩(wěn)定。監(jiān)測采用地震波信息，傳感器布設(shè)在遠離巖體易破壞區(qū)域，保證了監(jiān)測系統(tǒng)長期安全運行。3 呼圖壁儲氣庫微地震監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)選微地震監(jiān)測效果受兩個方面的影響：檢測靈敏度和定位精度。檢測微地震信息的靈敏度取決于微地震震級的大小和微地震事件傳播的距離。微地震波傳播過程中會被地層部分吸收，能量隨之衰減。微地震感應(yīng)器的高靈敏度設(shè)計是微地震監(jiān)測的關(guān)鍵，然而只有地震能級超過一個門檻值時，事件才會被記錄下來。地震能級可按下列公式3-1、3-2計算：Mw=2log（Mo)/3–6 （3-1）0 00 0 00 0 ccc

M=4πρC/FRS （3-2）ρ0—震源介質(zhì)密度；C0—震源處波速；R—震源和接收點間的距離；Fc—地震波的輻射系數(shù)；Rc—地震波的自由表面放大系數(shù)；Sc—地震波的場地校正。的大小以及速度模型的精度直接相關(guān)。定位精度m按公式3-3計算：計算原理如圖3所示，其中，G為感應(yīng)器位置，S為實際微地震事件發(fā)生位置，A為反演后得到的微地震事件發(fā)生位置，A偏離S的距離m即為定位精度。圖3 定位精度計算示意圖對于呼圖壁儲氣庫地質(zhì)情況，能級為-0.3~-0.5級的微地震信息可以滿足微地震事件靈敏度要求，30m的微地震事件定位精度可滿足斷層活動性監(jiān)測要求。3.1系統(tǒng)模型為了將呼圖壁儲氣庫系統(tǒng)置于監(jiān)測之中，采取地面和井下長期永久觀測的辦法，地表埋置觀測的檢波器分布應(yīng)覆蓋整個氣庫，以提高觀測覆蓋面，基本方案如圖4所示。圖4 微地震監(jiān)測部署圖對呼圖壁儲氣庫設(shè)計了個模型方案，分別對淺井的井?dāng)?shù)、井深、感應(yīng)器間距做了模擬研究，對半深井分別做了感應(yīng)器個數(shù)、感應(yīng)器間距的模擬研究，得到的結(jié)果如表1所示。表1 微地震監(jiān)測系統(tǒng)模型模擬結(jié)果實驗類型模擬系統(tǒng)井?dāng)?shù)（口）感應(yīng)器數(shù)（個）井深感應(yīng)器間距靈敏度（牛頓米）（儲層|2000m）定位精度淺井1647015-0.2-0.550267015-0.4-0.57031047015-0.2-0.53046415015-0.2-0.550564300100-0.3-0.56066415050-0.1-0.5507447015-0.1-0.4608847015-0.2-0.540半深井1312120050-0.6-0.5502212120050-0.5-0.5503315120040-0.5-0.5504315120050-0.5-0.550538120075-0.5-0.5606312100050-0.4-0.5507312150050-0.6-0.550深井1312350050-1.2-0.5202312280050-1-0.5303312300050-1.1-0.520組合井(淺井+半深井)16+34+1270/120015/50-0.8-0.63026+24+1270/120015/50-0.6-0.530310+34+1270/120015/50-0.6-0.830注：疊加型是具有疊加特性的感應(yīng)器；其它模型均采用加速、高靈敏度感應(yīng)器。3.2 從表13.3 針對淺井部分，結(jié)合靈敏度和定位精度并考慮工程造價，選擇6口淺井模式；對于半深井，2口井和3口井的效果相當(dāng)，但只用2口井時，因為井距大，觀測區(qū)域中間出現(xiàn)真空，丟掉了部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此選擇3口半深井模式，如圖5和圖6所示。圖5 2口半深井觀測靈敏度示意圖 圖6 3口半深井觀測靈敏度示意圖3.4 從表1的前提下，選擇淺井井深為70m，半深井井深為3.5 感應(yīng)器間距優(yōu)選41200m為40m、50m和75m的排列，經(jīng)比較，選定50m的間隔，即淺井感應(yīng)器間距為15m，半深井感應(yīng)器間距為3.6 6個近地表傳感器陣列和3個深埋傳感器陣列組算機進行處理，即選擇淺層觀測井6口+半深井3口的組合模式。表2 微地震監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)選表井型井?dāng)?shù)（口）感應(yīng)器數(shù)（個）井深感應(yīng)器間距靈敏度（牛頓米）（儲層|2000m）定位精度淺井647015-0.8 -0.630半深井312120050-0.8 -0.6304 呼圖壁儲氣庫微地震監(jiān)測配套技術(shù)理設(shè)備相連接，確保井筒內(nèi)監(jiān)測儀器長期穩(wěn)定監(jiān)測。4.1 井筒介質(zhì)優(yōu)選也可起到有效防止套管腐蝕、延長井筒使用壽命的作用。表2為填砂方式與充填井筒保護液技術(shù)對比。表3 填砂與充填井筒保護液技術(shù)對比對比項目 填砂 充填井筒保護液有效期 長期 長期保護性 無腐蝕 無腐蝕經(jīng)濟成本 價格較低 價格較高施工操作性 復(fù)雜 簡單作業(yè)成本 高 低困難 簡單4.2 井口裝置設(shè)計與連接儲氣庫微地震監(jiān)測井井口裝置與淺井預(yù)留套管接箍和半深井預(yù)留原井井口相連，主要密封井內(nèi)儀器、連接井內(nèi)電纜至地面信息接收設(shè)備。如圖7所示，井口裝置由帶有套管短節(jié)的兩法蘭件通過鋼圈和螺栓連接，方便后期措施作業(yè)的配套連電纜護管內(nèi)，最后進入地面信息接收處理設(shè)備箱內(nèi)。1 9234 105678圖7 微地震監(jiān)測井口及連接圖1－懸掛壓帽；2－壓力監(jiān)測補液口；3－殼體；4－螺栓；5－井口法蘭；6－信號電纜；整套井口裝置可實現(xiàn)的功能及特點有：1）密封井筒，防止井內(nèi)液體揮發(fā)和外部介質(zhì)侵入，實時進行井筒壓力監(jiān)測。2）實現(xiàn)電纜穿越、懸掛和支撐，避免電纜伸縮破壞，且可密封保護地面電纜，有利與地面設(shè)備連接。3）標(biāo)準(zhǔn)化配件，結(jié)構(gòu)簡單、后期作業(yè)方便，成本低廉。4.3 井場布局設(shè)計最小尺寸為2.54m×3.6m，高度以離地面30cm~50cm為宜，距井口的距離為50m（半深井）和1.8m的防護欄，確保井口及地面設(shè)施的安全。井場布局如圖8所示。5結(jié)論

圖8 微地震監(jiān)測井井場布局示意圖呼圖壁地下儲氣庫是目前國內(nèi)已建、在建的最大儲氣庫，設(shè)計要求安全運行30~50度和定位精度合理地設(shè)計微地震監(jiān)測體系是實現(xiàn)儲氣庫全方面安全監(jiān)控的技術(shù)關(guān)鍵，不同井型的完井工程技術(shù)是確保監(jiān)測體系靈敏有效持續(xù)監(jiān)測的技術(shù)手段。在在天然氣開采儲備技術(shù)日益成熟的遠期及油氣田持續(xù)高效開發(fā)的未來，微地震監(jiān)測技術(shù)將會得到更加廣泛的發(fā)展利用空間。參考文獻1陳曉源，等.地下儲氣庫天然氣泄漏損耗與動態(tài)監(jiān)測判定.-516.，23張莉．微地震監(jiān)測技術(shù).石油鉆采工藝[J].2003(03)：5-8．4王愛國,周瑤琪,等．基于微地震技術(shù)的油田裂縫監(jiān)測及模擬[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2008(01)5劉建中,王春耘,劉繼民,等．用微地震法監(jiān)測油田生產(chǎn)動態(tài)[J].石油勘探與開發(fā).2004(02)；6李智敏,茍先太,金煒東,等．微地震信號的頻率特征[J].巖土工程學(xué)報.2008(06)7梁生,韓立國,李安幫,等．微地震監(jiān)測技術(shù)在秦家屯地區(qū)的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版).2007(S1)；8裴琳.微地震監(jiān)測技術(shù)在地下工程中應(yīng)用研究[J].工程地球物理學(xué)報.2008(05)；9杜娟,楊樹敏,等．井間微地震監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用效果分析[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā).2007(04)；10伍藏原,李汝勇,張明益,張明亮,等．微地震監(jiān)測氣驅(qū)前緣技術(shù)在牙哈凝析氣田的應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué).2005(03)；11張騰達,張永學(xué),等．基于ADS7852的微地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計[J].石油儀器.2007(05)。Researchondesignofmicro-seismicmonitoringsystemandmatchingtechnologyforundergrandgasstorageofHutubiXuechenwen,zhangguohong,pangjin，etalAbstract:micro-seismicRealtimemonitoringhasbeenappliedonfaults,sealingasstorageandpitshaftinordertoensuretheundergrandgasstorageoperationlong-termandsafely.microseismicmonitoringtargetsintendedprimarilyforsealing,internaltemperatureandpressureforgasstorage,gas-liquidinterfaceandfluidmigration,andsoon.Wecanidentifyfaultorfracturethatpossiblecausedofpartitionsinreservoirsoroftheflowchannelthroughmicro-seismicmonitoringandmastertheinformationaboutinternaldeformationmechanismofgasreservoirsandConductivefracturesandActivefaultshape.aswellasfluidflowandpressuredistributionofleading-edgemobilesoastoprovidebasistooperationmanagementofundergroundgasstoragefordecisionmaking.Thearticleexpoundeddetailedthebasicprinciplesofmicro-seismicmonitoringmethods,designofmicro-seismicmonitoringsystemforHu