CN115822711A - 一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气水井测试仪器领域，尤其涉及一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法，外油管套设在内油管外，外油管的内壁与内油管的外壁之间间隔设置形成环空；内油管的两端封闭，内油管的顶端固定设有与内油管的内腔连通的第一高压进气阀及压力表组件，内油管上沿其长度方向均匀设有多个排气阀；外油管的两端封闭，外油管的上部设有第二高压进气阀及压力表组件、出气阀和进水阀，外油管的下部设有排水阀；感温光缆和感知声波光缆均置于环空内且两端均伸出外油管。本发明的有益效果是：通过分布式光纤传感技术进行安全监测分析，能有效判别并实时监测气体在注采运行过程中是否发生泄漏，以实现盐穴储气库的长期安全运营。
Description
技术领域
本发明涉及油气水井测试仪器领域，尤其涉及一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法。
背景技术
地下储气库作为天然气的地下粮仓，发挥着季节调峰、应急保供的重要作用，对国家能源的安全保供发挥着重要的应用。盐穴储气库安全建设运营的基本构成单元是盐穴注采井。随着盐穴储气库建设的快速发展，盐穴注采井投入运营的数量也越来越多。盐穴注采井运营过程中环空压力呈现出一定的周期性变化，进而导致井筒管柱长期遭受交变温差及压变应力的影响，容易出现井筒管柱磨损破裂及漏失的情况，最终导致井口带压和管柱天然气泄漏聚集等现象，严重时则需要关井、修井，甚至会导致整个盐穴腔体的报废，造成巨大的财产损失和资源浪费。
众所周知，在泄漏危害中，首当其冲的便是井泄漏问题，井筒是地质调查容易忽略的对象，并且井筒泄漏具有很强的隐蔽性。试验模拟技术可以通过真实模拟地下及井筒内部的高温高压复杂环境条件，能够真实有效地模拟现场真实情况下的井筒泄漏情景，可以将储气库现场的井况在实验室里模拟出来，将现场搬进实验室，并采用一些新技术手段先期用在模拟井筒试验装置上，实现井筒泄漏规律及其安全监检测的研究，极大的节省了科研成本，在储气库新技术开发应用领域有很大价值，如申请号为202010209376.9，专利名称为《一种分布式光纤监测设备的试验装置及方法》。
以上现有专利中存在以下技术缺点：专利名称为《一种分布式光纤监测设备的试验装置及方法》的现有专利中，所述套管模型测试装置中，采用套管与所述工作平台的夹角为30°-60°，这与真实情况下的储气库(垂直向下)存在较大差别，并且没有考虑井筒管柱的真实内管外观压力压差环境，无法较好地模拟真实情况下的盐穴储气库井筒泄漏情景；另外，所述装置及方法中，其光缆光纤是插装在所述油管内(生产中心管内)的，这样的测试方式对真实环境下的注采气井会造成巨大的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法，测试验证井筒泄漏模拟装置是否达到了模拟真实盐穴储气库注采气井的要求，并提出一种基于分布式光纤传感技术的模拟装置井筒泄漏测试验证方法，力图解决模拟高温高压环境下盐穴储气库的井筒泄漏技术难题，为盐穴储气库井筒泄漏规律的研究及其安全监检测难题提供有效的理论技术支持和数据支持。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，包括外油管、内油管、感温光缆和感知声波光缆；
所述外油管套设在所述内油管外，所述外油管的内壁与所述内油管的外壁之间间隔设置形成环空；
所述内油管的两端封闭，所述内油管的顶端固定设有与所述内油管的内腔连通的第一高压进气阀及压力表组件，所述内油管上沿其长度方向均匀设有多个排气阀；
所述外油管的两端封闭，所述第一高压进气阀及压力表组件穿过并伸出所述外油管的顶端，所述外油管的上部设有第二高压进气阀及压力表组件、出气阀和进水阀，所述外油管的下部设有排水阀；
所述感温光缆和所述感知声波光缆均置于所述环空内，且靠近所述内油管的外壁上的所述排气阀设置，所述感温光缆的两端以及所述感知声波光缆的两端均伸出所述外油管。
本发明的有益效果是：本发明充分考虑了盐穴储气库井筒工作环境的真实性和测试方法的有效性和安全性(光缆布设在环空区并贴近内油管外侧)，可用于研究盐穴储气库井筒泄漏规律的问题，并通过分布式光纤传感技术进行安全监测分析，能有效判别并实时监测气体在注采运行过程中是否发生泄漏，以实现盐穴储气库的长期安全运营，为盐穴储气库井筒泄漏监测技术提供参考和技术支持，保证了储气库的安全生产运行。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述内油管包括多个顺次密封连通的短节，所述排气阀设在相邻的两个所述短节的连接处。
采用上述进一步方案的有益效果是：内油管采用多个短节拼接组成，模仿储气库井筒的工作状态。
进一步，所述外油管的两端均通过法兰盘密封，位于所述外油管顶端的所述法兰盘上设有供所述第一高压进气阀及压力表组件通过的通孔，所述第一高压进气阀及压力表组件与所述通孔的内壁密封连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：外油管的两端通过法兰盘进行密封，方便内油管在外油管内的安装与拆卸。
进一步，所述排气阀的数量为三个，三个所述排气阀中位于中部的所述排气阀为丝扣泄漏点，位于两侧的两个所述排气阀为辅助泄漏点。
采用上述进一步方案的有益效果是：为了确保测试的准确性，所述排气阀的数量为三个以上。
进一步，所述外油管和所述内油管均为壁厚大于10mm的不锈钢管。
采用上述进一步方案的有益效果是：确保内油管和外油管的强度，从而确保测试的安全性。
本发明还提供一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，用于对上述所述盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行测试，包括以下步骤：
步骤一，对盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行初始状态检查，竖直放置外油管，通过进水阀向环空内注入保护液，并分别通过第一高压进气阀及压力表组件和第二高压进气阀及压力表组件向内油管以及环空内注入气体，使得所述内油管内的气压达到7-17Mpa，使得所述环空内的气压达到2-7MPa，然后关闭第一高压进气阀及压力表组件和第二高压进气阀及压力表组件，观察装置的状态的稳定性；
步骤二，外接分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，在内油管和环空内的压力均稳定在设定气压值后，将分布式温度传感系统的光缆与感温光缆伸出所述外油管的部分连接，将分布式声波传感系统的光缆与感知声波光缆伸出所述外有的部分连接，且确保所述感温光缆和所述感知声波光缆的两端至少延长50m；
步骤三，背景温度和声波波形噪声的采集，确保周围环境稳定无振动后，打开分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，采集一定时长的温度数据和声波振动数据；
步骤四，依次分别打开并测试各个排气阀处的温差变化和声波波形变化，得到并分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀处数据；
步骤五，分析所有测试数据，得出该装置泄漏点的测试参数。
采用上述方案的有益效果是：本方法充分考虑了盐穴储气库井筒工作环境的真实性(环空压力2-7MPa，内管生产套管压力7-17Mpa)和测试方法的有效性和安全性(光纤布设在内外套管的环空区并贴近内套管外侧)，本发明可用于研究盐穴储气库井筒泄漏规律的问题，并通过分布式光纤传感技术进行安全监测分析，能有效判别并实时监测气体在注采运行过程中是否发生泄漏，以实现盐穴储气库的长期安全运营，为盐穴储气库井筒泄漏监测技术提供参考和技术支持，保证了储气库的安全生产运行。
进一步，所述步骤四中，依次分别打开并测试各个排气阀处的温差变化和声波波形变化的方法包括：待背景温度和声波波形噪声的采集过程中温度数据以及声波振动数据稳定后，打开一排气阀，并控制出气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；然后调节该排气阀的出气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；接着，再次调节该排气阀排气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；重复上述步骤对其他排气阀处温差变化和声波波形变化进行测试。
进一步，所述步骤四中，分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀处数据包括分析得出温差变化最明细的点和声波波形变化最大的点，并分析与排气阀的开启点和流量开始变化点是否一致。
采用上述进一步方案的有益效果是：对单个排气阀进行多次排气流量的调整，能够更加精确判断出流量变化点与开启泄漏点是否一致。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、内油管；2、外油管；3、第一高压进气阀及压力表组件；4、排气阀；5、第二高压进气阀及压力表组件；6、出气阀；7、进水阀；8、排水阀；9、感温光缆；10、感知声波光缆；11、环空。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的实施例包括内油管1、外油管2、第一高压进气阀及压力表组件3、排气阀4、第二高压进气阀及压力表组件5、出气阀6、进水阀7、排水阀8、感温光缆9、感知声波光缆10，在本实施例中，所述内油管1直径
长度5m，外油管2直径0244.5mm长度5m，所述内油管1和所述外油管2为壁厚10mm的304不锈钢管，所述排气阀4、所述出气阀6、所述进水阀7、所述排水阀8均为能够承受高温高压环境并灵敏度较高的阀体。
所述外油管2套设在所述内油管1外，所述外油管2的内壁与所述内油管1的外壁之间间隔设置形成环空11；
所述内油管1的两端封闭，具体的，所述内油管1包括多个顺次密封连通的短节，所述排气阀4设在相邻的两个所述短节的连接处，所述内油管1的顶端固定设有与所述内油管1的内腔连通的第一高压进气阀及压力表组件3，所述内油管1上沿其长度方向均匀设有多个排气阀4，在本实施例中，所述排气阀4的数量为三个，三个所述排气阀4中位于中部的所述排气阀4为丝扣泄漏点，位于两侧的两个所述排气阀4为辅助泄漏点(为了确保测试的准确性，所述排气阀4的数量为三个以上，本实施例采用三个排气阀4进行描述)；
所述外油管2的两端封闭，具体的，所述外油管2的两端均通过法兰盘密封，位于所述外油管2顶端的所述法兰盘上设有供所述第一高压进气阀及压力表组件3通过的通孔，所述第一高压进气阀及压力表组件3与所述通孔的内壁密封连接，所述第一高压进气阀及压力表组件3穿过并伸出所述外油管2的顶端，所述外油管2的上部设有第二高压进气阀及压力表组件5、出气阀6和进水阀7，所述外油管2的下部设有排水阀8；
所述感温光缆9和所述感知声波光缆10均置于所述环空11内，且靠近所述内油管1的外壁上的所述排气阀4设置，所述感温光缆9的两端以及所述感知声波光缆10的两端均伸出所述外油管2。
本发明的实施例还公开一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，用于对上述所述盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行测试，包括以下步骤：
步骤一，对盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行初始状态检查，竖直放置外油管2，通过进水阀7向环空11内注入保护液，并分别通过第一高压进气阀及压力表组件3和第二高压进气阀及压力表组件5向内油管1以及环空11内注入气体，使得所述内油管1内的气压达到7-17Mpa，使得所述环空11内的气压达到2-7MPa，然后关闭第一高压进气阀及压力表组件3和第二高压进气阀及压力表组件5，观察装置的状态的稳定性；
步骤二，外接分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，在内油管1和环空11内的压力均稳定在设定气压值后，将分布式温度传感系统的光缆与感温光缆9伸出所述外油管2的部分连接，将分布式声波传感系统的光缆与感知声波光缆10伸出所述外有的部分连接，且确保所述感温光缆9和所述感知声波光缆10的两端至少延长50m，比如，为了模拟该装置达到实际测量的深度位置，可以使感温光缆9和感知声波光缆10两端各自延长500米，确保设计的泄漏点对应于实际井筒深度在502.5米，模拟的整个井筒测量深度达到1005米；若想模拟井筒泄漏点深度在702.5米，则感温光缆9和感知声波光缆10的上端分别接上延长线700米，感温光缆9和感知声波光缆10的下端分别接上延长线300米；
步骤三，背景温度和声波波形噪声的采集，确保周围环境稳定无振动后，打开分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，采集一定时长的温度数据和声波振动数据；
步骤四，依次分别打开并测试各个排气阀4处的温差变化和声波波形变化，得到并分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀4处数据；
其中，依次分别打开并测试各个排气阀4处的温差变化和声波波形变化的方法包括：待背景温度和声波波形噪声的采集过程中温度数据以及声波振动数据稳定后，打开一排气阀4，并控制出气流量到1L/m i n，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间(如30分钟)；然后调节该排气阀4的出气流量到10L/m i n，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间(如30分钟)；接着，再次调节该排气阀4排气流量到100L/mi n，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间(如30分钟)；重复上述步骤对其他排气阀4处温差变化和声波波形变化进行测试；
其中，分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀4处数据包括分析得出温差变化最明细的点和声波波形变化最大的点，并分析与排气阀4的开启点和流量开始变化点是否一致。
步骤五，分析所有测试数据，得出该装置泄漏点的测试参数，该装置设定丝扣泄漏点处以及辅助泄露点的温差声波波形随着泄漏量的大小而变化的曲线参数，并反向推算井筒泄漏的位置和大小，为盐穴储气库井筒泄漏安全监测技术方案提供理论技术支持。
本发明充分考虑了盐穴储气库井筒工作环境的真实性(环空11压力2-7MPa，内管生产套管压力7-17Mpa)和测试方法的有效性和安全性(光纤布设在内外套管的环空11区并贴近内套管外侧)，本发明可用于研究盐穴储气库井筒泄漏规律的问题，并通过分布式光纤传感技术进行安全监测分析，能有效判别并实时监测气体在注采运行过程中是否发生泄漏，以实现盐穴储气库的长期安全运营，为盐穴储气库井筒泄漏监测技术提供参考和技术支持，保证了储气库的安全生产运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，其特征在于，包括外油管(2)、内油管(1)、感温光缆(9)和感知声波光缆(10)；
所述外油管(2)套设在所述内油管(1)外，所述外油管(2)的内壁与所述内油管(1)的外壁之间间隔设置形成环空(11)：
所述内油管(1)的两端封闭，所述内油管(1)的顶端固定设有与所述内油管(1)的内腔连通的第一高压进气阀及压力表组件(3)，所述内油管(1)上沿其长度方向均匀设有多个排气阀(4)；
所述外油管(2)的两端封闭，所述第一高压进气阀及压力表组件(3)穿过并伸出所述外油管(2)的顶端，所述外油管(2)的上部设有第二高压进气阀及压力表组件(5)、出气阀(6)和进水阀(7)，所述外油管(2)的下部设有排水阀(8)；
所述感温光缆(9)和所述感知声波光缆(10)均置于所述环空(11)内，且靠近所述内油管(1)的外壁上的所述排气阀(4)设置，所述感温光缆(9)的两端以及所述感知声波光缆(10)的两端均伸出所述外油管(2)。
2.根据权利要求1所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，其特征在于，所述内油管(1)包括多个顺次密封连通的短节，所述排气阀(4)设在相邻的两个所述短节的连接处。
3.根据权利要求1所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，其特征在于，所述外油管(2)的两端均通过法兰盘密封，位于所述外油管(2)顶端的所述法兰盘上设有供所述第一高压进气阀及压力表组件(3)通过的通孔，所述第一高压进气阀及压力表组件(3)与所述通孔的内壁密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，其特征在于，所述排气阀(4)的数量为三个，三个所述排气阀(4)中位于中部的所述排气阀(4)为丝扣泄漏点，位于两侧的两个所述排气阀(4)为辅助泄漏点。
5.根据权利要求1所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置，其特征在于，所述外油管(2)和所述内油管(1)均为壁厚大于10mm的不锈钢管。
6.一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，其特征在于，用于对上述权利要求1至5任一项所述盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行测试，包括以下步骤：
步骤一，对盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置进行初始状态检查，竖直放置外油管(2)，通过进水阀(7)向环空(11)内注入保护液，并分别通过第一高压进气阀及压力表组件(3)和第二高压进气阀及压力表组件(5)向内油管(1)以及环空(11)内注入气体，使得所述内油管(1)内的气压达到7-17Mpa，使得所述环空(11)内的气压达到2-7MPa，然后关闭第一高压进气阀及压力表组件(3)和第二高压进气阀及压力表组件(5)，观察装置的状态的稳定性；
步骤二，外接分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，在内油管(1)和环空(11)内的压力均稳定在设定气压值后，将分布式温度传感系统的光缆与感温光缆(9)伸出所述外油管(2)的部分连接，将分布式声波传感系统的光缆与感知声波光缆(10)伸出所述外有的部分连接，且确保所述感温光缆(9)和所述感知声波光缆(10)的两端至少延长50m；
步骤三，背景温度和声波波形噪声的采集，确保周围环境稳定无振动后，打开分布式温度传感系统和分布式声波传感系统，采集一定时长的温度数据和声波振动数据；
步骤四，依次分别打开并测试各个排气阀(4)处的温差变化和声波波形变化，得到并分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀(4)处数据；
步骤五，分析所有测试数据，得出该装置泄漏点的测试参数。
7.根据权利要求6所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，其特征在于，所述步骤四中，依次分别打开并测试各个排气阀(4)处的温差变化和声波波形变化的方法包括：待背景温度和声波波形噪声的采集过程中温度数据以及声波振动数据稳定后，打开一排气阀(4)，并控制出气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；然后调节该排气阀(4)的出气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；接着，再次调节该排气阀(4)排气流量，继续采集并保存温度数据和声波振动数据，观察数据变化情况，并维持一段时间；重复上述步骤对其他排气阀(4)处温差变化和声波波形变化进行测试。
8.根据权利要求6所述的一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置的测试方法，其特征在于，所述步骤四中，分析分布式温度传感系统和分布式声波传感系统记录的各个排气阀(4)处数据包括分析得出温差变化最明细的点和声波波形变化最大的点，并分析与排气阀(4)的开启点和流量开始变化点是否一致。
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| CN202211513365.5A CN115822711A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法 |
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| CN202211513365.5A CN115822711A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种盐穴型储气库井筒泄漏模拟试验装置及其测试方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117686167A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-12 | 深蓝(天津)智能制造有限责任公司 | 用于井下电控隔离阀的压力监测预警方法及系统 |
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2022
- 2022-11-28 CN CN202211513365.5A patent/CN115822711A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117686167A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-12 | 深蓝(天津)智能制造有限责任公司 | 用于井下电控隔离阀的压力监测预警方法及系统 |
| CN117686167B (zh) * | 2024-01-29 | 2024-04-19 | 深蓝(天津)智能制造有限责任公司 | 用于井下电控隔离阀的压力监测预警方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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