呼图壁储气库微地震监测系统设计与配套工艺技术研究

呼图壁储气库微地震监测系统设计与配套工艺技术研究（1.新疆油田分公司工程技术研究院 2.新疆油田分公司勘探开发研究院）监测基本原理方法、呼图壁储气库微地震监测系统的设计思路以及现场实施的配套工艺技术。关键词：储气库 微地震 监测 原理 研究1前言大型储气库，设计库容107亿立方米，工作气量45覆为安集海河组（E2-3a）泥岩盖层，厚约合接触关系。储气库所在的呼图壁背斜位于北天山山前坳陷第三排构造带的东端，三维区整体构造形态为近东西向展布的长轴断背斜，东西长约20km，南北宽约3.5km，呼图壁断裂将背斜切割为上、下盘两个断背斜。在三维工区内，紫泥泉子组主要发育有4渐增大，最深部断裂断面平缓，几乎顺侏罗系煤层滑脱。气库的安全运行提供保障。2 微地震监测原理方法与特点地层内地应力呈各向异性分布，剪切应力自然聚集在断面上。通常情况下这些断1作者简介：薛承文，男，1976年11月出生，1999年1工程师，副所长。通信地址：克拉玛依市胜利路87号邮编：834000电话0990-6896591E-mail：xuechengwen@面是稳定的，然而，当原来的应力受到生产活动干扰时，岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围地区就会出现应力集中，应变能增高，当外力增加到一定程度时，原有裂缝的缺陷地区就会发生微观屈服或变形，裂缝扩展，从而使应力松弛，储藏能量的一部分以弹性波（声波）的形式释放出来，产生小的地震，即微地震。微地震监测是通过观测、分析微地震事件来监测生产活动产生的影响、效果和地下状态。 图1 微地震监测原理图微地震波的数据处理及微地震事件分析定位三大步，如图2所示。图2 微地震监测工作流程图事件类型判断，进而指导风险规避。通过在井筒中，安放井下检波器、压力和温度感应器，在近地表埋置高灵敏度微地震检波器，随时全方位记录和监测整个储气库范围内的微地震事件。在实现高精度数据采集和实时传输后，开始后续的处理分析，以此方法运行整个微地震监测系统。微地震监测具有以下特点：2）监测准确，能直接确定岩体内部破裂的位置和性质；3）测量速度快，能够实时监测微地震事件位置、密封性和井筒损伤；4）监测灵敏度高，具有噪音过滤能力；5）工作寿命长，性能稳定。监测采用地震波信息，传感器布设在远离岩体易破坏区域，保证了监测系统长期安全运行。3 呼图壁储气库微地震监测系统设计与优选微地震监测效果受两个方面的影响：检测灵敏度和定位精度。检测微地震信息的灵敏度取决于微地震震级的大小和微地震事件传播的距离。微地震波传播过程中会被地层部分吸收，能量随之衰减。微地震感应器的高灵敏度设计是微地震监测的关键，然而只有地震能级超过一个门槛值时，事件才会被记录下来。地震能级可按下列公式3-1、3-2计算：Mw=2log（Mo)/3–6 （3-1）0 00 0 00 0 ccc

M=4πρC/FRS （3-2）ρ0—震源介质密度；C0—震源处波速；R—震源和接收点间的距离；Fc—地震波的辐射系数；Rc—地震波的自由表面放大系数；Sc—地震波的场地校正。的大小以及速度模型的精度直接相关。定位精度m按公式3-3计算：计算原理如图3所示，其中，G为感应器位置，S为实际微地震事件发生位置，A为反演后得到的微地震事件发生位置，A偏离S的距离m即为定位精度。图3 定位精度计算示意图对于呼图壁储气库地质情况，能级为-0.3~-0.5级的微地震信息可以满足微地震事件灵敏度要求，30m的微地震事件定位精度可满足断层活动性监测要求。3.1系统模型为了将呼图壁储气库系统置于监测之中，采取地面和井下长期永久观测的办法，地表埋置观测的检波器分布应覆盖整个气库，以提高观测覆盖面，基本方案如图4所示。图4 微地震监测部署图对呼图壁储气库设计了个模型方案，分别对浅井的井数、井深、感应器间距做了模拟研究，对半深井分别做了感应器个数、感应器间距的模拟研究，得到的结果如表1所示。表1 微地震监测系统模型模拟结果实验类型模拟系统井数（口）感应器数（个）井深感应器间距灵敏度（牛顿米）（储层|2000m）定位精度浅井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组合井(浅井+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：叠加型是具有叠加特性的感应器；其它模型均采用加速、高灵敏度感应器。3.2 从表13.3 针对浅井部分，结合灵敏度和定位精度并考虑工程造价，选择6口浅井模式；对于半深井，2口井和3口井的效果相当，但只用2口井时，因为井距大，观测区域中间出现真空，丢掉了部分数据，因此选择3口半深井模式，如图5和图6所示。图5 2口半深井观测灵敏度示意图 图6 3口半深井观测灵敏度示意图3.4 从表1的前提下，选择浅井井深为70m，半深井井深为3.5 感应器间距优选41200m为40m、50m和75m的排列，经比较，选定50m的间隔，即浅井感应器间距为15m，半深井感应器间距为3.6 6个近地表传感器阵列和3个深埋传感器阵列组算机进行处理，即选择浅层观测井6口+半深井3口的组合模式。表2 微地震监测系统优选表井型井数（口）感应器数（个）井深感应器间距灵敏度（牛顿米）（储层|2000m）定位精度浅井647015-0.8 -0.630半深井312120050-0.8 -0.6304 呼图壁储气库微地震监测配套技术理设备相连接，确保井筒内监测仪器长期稳定监测。4.1 井筒介质优选也可起到有效防止套管腐蚀、延长井筒使用寿命的作用。表2为填砂方式与充填井筒保护液技术对比。表3 填砂与充填井筒保护液技术对比对比项目 填砂 充填井筒保护液有效期 长期 长期保护性 无腐蚀 无腐蚀经济成本 价格较低 价格较高施工操作性 复杂 简单作业成本 高 低困难 简单4.2 井口装置设计与连接储气库微地震监测井井口装置与浅井预留套管接箍和半深井预留原井井口相连，主要密封井内仪器、连接井内电缆至地面信息接收设备。如图7所示，井口装置由带有套管短节的两法兰件通过钢圈和螺栓连接，方便后期措施作业的配套连电缆护管内，最后进入地面信息接收处理设备箱内。1 9234 105678图7 微地震监测井口及连接图1－悬挂压帽；2－压力监测补液口；3－壳体；4－螺栓；5－井口法兰；6－信号电缆；整套井口装置可实现的功能及特点有：1）密封井筒，防止井内液体挥发和外部介质侵入，实时进行井筒压力监测。2）实现电缆穿越、悬挂和支撑，避免电缆伸缩破坏，且可密封保护地面电缆，有利与地面设备连接。3）标准化配件，结构简单、后期作业方便，成本低廉。4.3 井场布局设计最小尺寸为2.54m×3.6m，高度以离地面30cm~50cm为宜，距井口的距离为50m（半深井）和1.8m的防护栏，确保井口及地面设施的安全。井场布局如图8所示。5结论

图8 微地震监测井井场布局示意图呼图壁地下储气库是目前国内已建、在建的最大储气库，设计要求安全运行30~50度和定位精度合理地设计微地震监测体系是实现储气库全方面安全监控的技术关键，不同井型的完井工程技术是确保监测体系灵敏有效持续监测的技术手段。在在天然气开采储备技术日益成熟的远期及油气田持续高效开发的未来，微地震监测技术将会得到更加广泛的发展利用空间。参考文献1陈晓源，等.地下储气库天然气泄漏损耗与动态监测判定.-516.，23张莉．微地震监测技术.石油钻采工艺[J].2003(03)：5-8．4王爱国,周瑶琪,等．基于微地震技术的油田裂缝监测及模拟[J].中国海洋大学学报(自然科学版).2008(01)5刘建中,王春耘,刘继民,等．用微地震法监测油田生产动态[J].石油勘探与开发.2004(02)；6李智敏,苟先太,金炜东,等．微地震信号的频率特征[J].岩土工程学报.2008(06)7梁生,韩立国,李安帮,等．微地震监测技术在秦家屯地区的应用[J].吉林大学学报(地球科学版).2007(S1)；8裴琳.微地震监测技术在地下工程中应用研究[J].工程地球物理学报.2008(05)；9杜娟,杨树敏,等．井间微地震监测技术现场应用效果分析[J].大庆石油地质与开发.2007(04)；10伍藏原,李汝勇,张明益,张明亮,等．微地震监测气驱前缘技术在牙哈凝析气田的应用[J].天然气地球科学.2005(03)；11张腾达,张永学,等．基于ADS7852的微地震数据采集系统的设计[J].石油仪器.2007(05)。Researchondesignofmicro-seismicmonitoringsystemandmatchingtechnologyforundergrandgasstorageofHutubiXuechenwen,zhangguohong,pangjin，etalAbstract:micro-seismicRealtimemonitoringhasbeenappliedonfaults,sealingasstorageandpitshaftinordertoensuretheundergrandgasstorageoperationlong-termandsafely.microseismicmonitoringtargetsintendedprimarilyforsealing,internaltemperatureandpressureforgasstorage,gas-liquidinterfaceandfluidmigration,andsoon.Wecanidentifyfaultorfracturethatpossiblecausedofpartitionsinreservoirsoroftheflowchannelthroughmicro-seismicmonitoringandmastertheinformationaboutinternaldeformationmechanismofgasreservoirsandConductivefracturesandActivefaultshape.aswellasfluidflowandpressuredistributionofleading-edgemobilesoastoprovidebasistooperationmanagementofundergroundgasstoragefordecisionmaking.Thearticleexpoundeddetailedthebasicprinciplesofmicro-seismicmonitoringmethods,designofmicro-seismicmonitoringsystemforHu