CN112593924A - 地下储气库安全运行监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地下储气库安全运行监测系统及监测方法，包括在所有注气井、采气井和监测井套管内外和井内注采气管外布设的铠装光缆和准分布式光纤压力传感器，以及部分监测井内布设的井下三分量检波器阵列，金属套管外侧固定有测量铠装光缆和准分布式光纤压力传感器，放置于井口附近的复合调制解调仪器。本发明综合充分利用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风险或事故进行分级分类，及时发布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。
Description
技术领域
本发明属于测井技术领域，具体涉及一种地下储气库安全运行监测系统及监测方法。
背景技术
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、战略储备、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等。城市燃气市场需求随季节和昼夜波动较大，仅依靠输气管网系统均衡输气对流量小范围调节，难以解决用气大幅度波动的矛盾。采用地下储气库将用气低峰时输气系统中富余的气量储存起来，在用气高峰时采出以补充管道供气量不足，解决用气调峰问题。当出现气源中断、输气系统停输时，可用地下储气库作为气源保证连续供气，起到调峰和安全供气双重作用。地下储气库深度范围一般为250～2000m，全世界大部分含水层储气库、枯竭油气藏储气库的深度不超过1000m。地下储气库注气、采气、增压等工艺技术参数根据具体工程项目要求确定。地下储气库的主要组成部分包括地下储气层、注采井、与输气干线相连的地面天然气处理、加压、输配、计量、自控等主要工程设施及供水、供电、通讯等辅助设施
按不同用途地下储气库通常分为气源储气库、基地型储气库、调峰型储气库和储存型储气库等4种类型。按建设储气库的不同地质构造通常分为枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿穴储气库等4类。
气源储气库：位于气源或输气干线首站附近，用于调节气源供气能力的储气库。由于远离天然气消费中心，技术经济指标不合理，其实际应用数量较少。
基地型储气库：位于用气市场附近，主要用来调节和缓解大型天然气消费中心天然气需求量的季节性不均匀性的市场储气库。一般为枯竭油气藏储气库和含水层储气库，储气容量较大，工作气量为50～100d的峰值日采气量。
调峰型储气库：提供昼夜、小时等高峰用气调峰和输气系统事故期间短期应急供气的市场储气库。一般为盐穴或废旧矿穴储气库(也有枯竭油气藏储气库)，采气速度高，容量相对较小，工作气量为10～30d的峰值日采气量。
储存型储气库：用作战略储备和备用气源的市场储气库，多为主要依靠进口天然气的国家所需。
枯竭油气藏储气库：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，应用最普遍。
含水层储气库：建于含水层的储气库。储气原理是将气体注入含水地层，将岩石孔隙空间中的水挤压下移到构造边缘而储气。该储气库一般构造完整，钻井完井可一次到位；但气水界面较难控制，成本较高。在没有枯竭油气田的地区，可以考虑利用含水层建造储气库。
盐穴储气库：建于盐丘或盐岩的地下储气库。通常利用溶盐工艺开采地下盐矿形成的空穴来储存高压天然气。盐溶工艺涉及大量水的循环和排放，造成盐穴储气库的建设投资和运行成本都较高。
废弃矿穴储气库：建于废弃矿穴的储气库。原有井筒难以严格密封，存在气体向地面泄漏危险；煤矿中尚存一定量的煤层气，使库中采出气热值有所降低。
光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。
井下光纤传感系统可以用于井下进行压力、温度、噪声、振动、声波、地震波、流量、组分分析、电场和磁场的测量。该系统以全铠装光缆结构为基础，传感器和连接及数据传输缆都用光纤制成。目前有多种井下铠装光缆的布设方法，比如安放在井下控制管线内、投放到连续油管内、直接集成到复合材料制成的连续油管管壁中、捆绑固定在连续油管外侧、投放在套管内和捆绑在套管外侧并用固井水泥进行永久性固定等布设方法。
在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式温度(DTS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用。我们可以根据井下油气产出井段(射孔井段)测量到的温度变化或根据注水注气井注入井段(射孔井段)测量到的温度变化推算井液(油气)产出量或注水注气量。但是由于普通DTS调制解调仪器的空间分辨率和温度测量灵敏度有限，使得用DTS方法测量的井温变化量和准确位置有一定的误差，导致仅仅根据井温变化推算出的射孔段的井液(油气)产出量或注水注气量误差较大，而且无法仅仅根据井温的变化准确地推算出射孔段产出的油、气和水各是多少。
在套管内外布放或在连续油管外侧捆绑铠装光缆进行全井段分布式声波传感(DAS)测量已经在油气资源开发中得到了广泛的应用，但是目前主要以DAS-VSP数据采集、微地震监测和被动地震数据采集为主。行业内刚开始利用DAS技术采集井下噪音数据，利用噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况。仅仅依靠井下噪音数据推测井下射孔井段油、气、水的产出情况基本上属于定性或半定量解释，误差是比较大的。
储气库在长期的高压注气和采气循环调峰运行中，会使注气井或采气井套管外的固井水泥环在高低压力的循环变化中逐渐造成松动损坏，造成地下高压天然气有沿注气井或采气井套管外壁和钻孔之间的环空向地面泄露的潜在安全风险和意外事故。另外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。如果在储气库的密封盖层上有被高压天然气诱发激活的大小断层的话，被激活的断层可能会破坏储气库密封盖层的完整性，造成地下高压天然气沿密封盖层上被激活的断层向地面泄露的重大安全隐患或事故。因此，地下储气库急需能够保障其长期安全稳定运行的实时在线监测高压天然气泄露风险隐患和意外事故的系统。
发明内容
为了使地下储气库能够长期安全稳定运行，不会出现地下高压天然气沿注气井或采气井或监测井套管外壁和地层之间的环空区泄露到地面，或沿被地下高压天然气激活的位于储气库上部密封盖层里的断层的破裂带泄露到地面，储气库需要有长期实时监测地下高压天然气泄露风险隐患和意外事故的系统。
地下储气库安全运行长期监测系统，包括注气井、采气井、监测井、金属套管，金属套管内置有注采气管，金属套管外侧固定有第一测量铠装光缆，井内注采气管外侧固定有第二测量铠装光缆；所述的监测井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，或还设有井下的三分量检波器阵列；
金属套管外侧固定有多个第一井下准分布式光纤压力传感器，井内注采气管外侧固定有多个第二井下准分布式光纤压力传感器；
还包括放置于井口附近的复合调制解调仪器；
所述的复合调制解调仪器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；复合调制解调仪器分别与第一测量铠装光缆和第二测量铠装光缆连接。
所述的第一测量铠装光缆和第二测量铠装光缆均为多参数铠装光缆。
具体的，所述第一测量铠装光缆内至少有两根以上的耐高温的单模光纤，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外，形成应力/应变或震动/噪声的敏感光缆，敏感光缆外再紧密包裹连续不锈钢细管，在每个单模光纤的尾端打结或安装一个消光器件，阻止从单模光纤顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。
所述第二测量铠装光缆内至少有两根以上的单模光纤、两根以上多模光纤，单模光纤和多模光纤外紧密包裹有内连续不锈钢细管，内连续不锈钢细管内部填充耐高温光纤膏，内连续不锈钢细管外壁紧密套有外连续不锈钢细管，其中两根多模光纤的尾端熔接在一起，熔接处用一个U形件固定并保护起来，在所有单模光纤和剩余的多模光纤的尾端分别打结或安装一个消光器件，阻止从单模光纤的顶端和多模光纤的顶端入射的激光从尾端反射回光纤顶端。
其中，所述的第一井下准分布式压力传感器、第二井下准分布式压力传感器，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依次通过第一测量铠装光缆等间距串联在一起；
多个第二井下准分布式压力传感器依次通过第二测量铠装光缆等间距串联在一起。
进一步的，还包括第一环形金属卡子，所述的第一环形金属卡子安装固定在金属套管靴处。
还包括第二环形金属卡子，所述的第二环形金属卡子等间距安装固定在井内注采气管外侧。
优选的，所述的三分量检波器阵列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。
上述的地下储气库安全运行监测系统的监测方法，包括以下步骤：
(a)、在新完钻的注气井、采气井和部分监测井中，把金属套管和第一测量铠装光缆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安装在两根金属套管的连接处，固定并保护第一测量铠装光缆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、采气井和监测井的井底泵入水泥浆，使水泥浆从井底沿金属套管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、第一测量铠装光缆和地层岩石永久性的固定在一起；
(d)、把注采气管和第二测量铠装光缆同步缓慢的下入固井完井后的金属套管井内；
(e)、在井口把所述的第二环形金属卡子按照相同的间距安装在注采气管上，固定并保护第二测量铠装光缆在下井内注采气管的安装过程中不被损坏以及使第二测量铠装光缆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内的单模光纤或敏感光缆连接到复合调制解调仪器的DAS信号输入端，把第一测量铠装光缆内的单根多模光纤或两根尾端已进行U字形熔接的多模光纤连接到复合调制解调仪器的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内的单模光纤或敏感光缆连接到复合调制解调仪器的DAS信号输入端，把第二测量铠装光缆内的单根多模光纤或两根尾端已进行U字形熔接的多模光纤连接到复合调制解调仪器的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内的敏感光缆连接到复合调制解调仪器的DSS信号输入端；
(i)、在井口处把第一铠装光电复合缆、第二铠装光电复合缆内连接第一井下准分布式光纤压力传感器和第二井下准分布式光纤压力传感器的光纤分别连接到复合调制解调仪器的DPS信号输入端；
(j)、在部分监测井中靠近储气层位的深度上，安放井下三分量检波器阵列，将井下三分量检波器阵列上的每一级三分量检波器紧密的推靠到金属套管内壁或井壁上去，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连续监测和测量金属套管外侧第一测量铠装光缆和井内注采气管外侧第二测量铠装光缆内的DAS和DTS信号，同时连续监测和测量金属套管外和井内注采气管外侧串联的第一井下准分布式压力传感器、第二井下准分布式压力传感器压力信号；
(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连续监测和测量金属套管外侧第一测量铠装光缆内敏感光缆输出的DSS信号，
(m)、对复合调制解调仪器连续测量的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和采气井的井下噪声、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量变化的长期实时动态监测；
(p)、根据监测和测量到的注气井、采气井和监测井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、采气井或监测井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、采气井和监测井中的第一测量铠装光缆或第二测量铠装光缆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、采气井和监测井套管内外和井内注采气管外布设的第一测量铠装光缆、第二测量铠装光缆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。
分布式光纤声波监测(DAS)技术利用问答机向光纤内部发送两簇激光脉冲，光的一部分因光纤非绝对纯净而被反射回来，反向散射光的瑞利波受声波影响会产生相位变化，即两个瑞利波峰间距会受声波的影响产生相应的变化，通过分析与计算确定每米光纤上的声波幅度。有效地将光纤转变为一串声学信号传感器(或麦克风)，以识别流体密度、流体运移、套管泄露或设备磨损和故障早期探测。
分布式光纤测温系统(DTS)用于实时测量井筒内的温度剖面，其原理是光在光纤中传输时产生的拉曼(Raman)散射和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息。大功率窄脉宽激光脉冲LD入射到传感光纤后，产生微弱的背向散射光，根据波长不同，分别是瑞利(Rayleigh)、反斯托克斯(Anti-stokes)和斯托克斯(Stokes)光。DTS是最为广泛使用的分布式温度监测技术，它能够精确测量光纤上每米的温度，最高工作温度达到300℃，精确到0.1℃，分辨率0.01℃。
分布式光纤声波监测技术应用：流体流动噪音信号监测，微地震监测，产能段确定，流体流动范围计算，井间距和堵水方案确定。
分布式光纤声波监测技术+分布式光纤测温技术应用：流体流量计算，气油水分布区分探索研究。在油气生产井的射孔段，流入井内的油、气、水的噪声特征和频率是不一样的，我们可以根据记录到的井下噪声特征和频率来区分流入井内的是油或是气或是水。
利用井下光纤测量的温度数据、光纤测量的噪声数据和压力数据结合其他参数进行流量计算：如果产层存在一定的产量，理论上只要该产层产量大于零，则表示该产层的油层压力必然大于对应该段的井内流压。
流体流动引起的应力变化会导致地层微小裂缝的张开或闭合，产生噪音及微地震信号，通过对井下不同井段噪音、微地震信号的分布，判断不同储层段的天然气注入或采出状态，同时通过综合分析注气井和采气井在正常生产阶段的活动情况；分析不同井之间的储层是否产生应力干扰等影响，分析不同地质情况对天然气注入和采出的影响，根据井中监测到的微地震事件震级的大小、发生的时间和它们在储气库地下三维空间的分布特征，实时监测和评价影响储气库安全平稳运行的各种潜在风险，并进行分级分类，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。
附图说明
图1是本发明的地下储气库各类注气井、采气井、监测井的分布和井下监测系统布设的示意图。
图2是本发明的储气库注气井向地下注入的高压天然气压裂致密盖层或激活断层造成地下高压天然气向地面泄露的示意图。
图3a是本发明的套管结构和套管外铠装光缆示意图。
图3b是本发明的注采气管结构和注采气管外壁铠装光缆示意图。
图3c是本发明的套管内磁吸附铠装光缆示意图。
图3d是本发明的部分监测井内三分量检波器阵列布设示意图。
图4是本发明的第一测量铠装光缆结构示意图。
图5是本发明的第二测量铠装光缆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
本发明的一种地下储气库安全运行长期监测系统的具体实施方式，如下所示：
如图1，一种地下储气库安全运行长期监测系统，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，监测井3内布设有带永磁铁吸附或电磁感应吸附的铠装光缆7或三分量检波器阵列8，如图3c和图3d；
如图3a所示，金属套管4外侧固定有第一井下准分布式光纤压力传感器9，如图3b，内注采气管5外侧固定有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。
如图4所示，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。
如图4所示，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，形成应变和震动或噪声的敏感光缆23，敏感光缆23外再紧密包裹连续不锈钢细管25，在每个单模光纤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。
如图5所示，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。
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通过第二测量铠装光缆7、第一测量铠装光缆6按照相等的间距串联在一起，如图3a；
多个第二井下准分布式压力传感器10通过第二测量铠装光缆7按照相等的间距串联在一起，如图3b。
如图3a所示，所述的地下储气库安全运行长期动态监测系统的第一测量铠装光缆6，上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。
如图3b所示，第二特种测量铠装光缆7，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。
所述的地下储气库安全运行长期监测系统，所述的部分监测井3内布设的三分量检波器阵列8可以是三分量电磁检波器或三分量压电检波器或三分量加速度检波器或三分量MEMS检波器或三分量光纤检波器。
所述的地下储气库安全运行监测系统的监测方法，包括以下步骤：
(1)、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；
(2)、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；
(3)、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；
(4)、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；
(5)、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；
(6)、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)；
(7)、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)；
(8)、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；
(9)、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)、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；
(10)、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地面数据采集仪器的信号输入端；
(11)、在储气库正常生产运行(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；
(12)在储气库正常生产运行(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内应变和震动或噪声敏感光缆23输出的DSS信号，
(13)、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；
(14)、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；
(15)、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量变化的长期实时动态监测；
(16)、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；
(17)、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，如图2；
(18)、综合充分利用储气库所有注气井1、采气井2和监测井3的套管4内外和井内注采气管5外布设的第一测量铠装光缆6和第二测量铠装光缆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。
Claims (9)
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。
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