一种用于监测储气井井筒环空泄漏的方法及系统与流程

本发明涉及储气井安全监测，尤其是涉及一种用于监测储气井井筒环空泄漏的方法及系统。

背景技术：

1、随着能源技术的进步，以及当代工业气体对环境的影响，储气井成为储存能源、储存温室气体的重要技术手段，如储气库、储氢井以及ccus中co2气体储集等。气体储集技术最重要的是保障储集的安全，因此，对储存气体的泄漏监测成为了保障安全的重要技术。

2、在储气井的安全监测中，井筒泄漏风险是一个重要的泄漏风险，特别是井筒环空的检测是重要的技术难题。井筒在建立过程中，将不同尺寸的套管用水泥固定，不同尺寸的套管之间，套管与地层之间都被固井水泥填充，即储气井的套管环空中填充了固井水泥，形成一个密封的井筒环空。但是储气井随着时间的推移，由于水泥的质量、水泥的固井工艺、长时间地下的化学和物理反应、井下地层的变化等因素，极有可能损坏固井水泥，使水泥产生裂缝、溶解、腐蚀、以及水泥与地层之间的固结界面发生裂缝，从而对这种环空密封空间产生了破坏，使封存的气体能够沿着产生的缝隙泄漏，一旦这些缝隙连通至地面、或与地层的断层裂缝连通至地面，或者通过泄漏地质体连通至区域内已存在的老井或废弃井产生泄漏，井筒的环空密封性就会彻底失效，造成储集气体泄漏至地面，对生态环境和生物安全带来严重危害。

3、由于井筒环空采用了水泥环的密封，因此，要对井筒环空的密封性进行实时长期监测，所面临的难度是很大的：1、井筒环空井段长，被水泥完全填充，因此环空中布置检测传感器的难度特别巨大；2、即使环空中沿套管布置了传感器，由于套管是钢制的，完全密封的，布置的环空传感器面临无法供电、无法数据传输等技术难题，这些难题非常难以解决。

4、现有用于评价井筒密封性的方案，大多是在实验室内进行评价的，通过了解水泥环的特点，从而在固井配置水泥时来避免这些密封破坏风险，但这些方案无法在现场完成监测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，需要提供一种用于储气井的井筒环空泄漏监测方案，该方案能够在现场完成长期监测井筒环空泄漏情况的效果，保障储气的安全性。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于监测储气井井筒环空泄漏的方法，包括：分析当前储气区域的地质情况、地质剖面和地震剖面成果，确定与井下泄漏点具有连通关系的地面监测点；确定当前储气井在每层套管处对应的环空监测点配置方案；在所述地面监测点和所述环空监测点处设置有相应的采集组件，从而形成传感器联网系统。

3、优选地，在分析当前储气区域的地质情况、地质剖面和地震剖面成果，确定与井下泄漏点具有连通关系的地面监测点的步骤中，包括：通过对当前储气区域地质情况和地质剖面的分析来明确地下储层和盖层的地质特征、以及地下水文特征；根据当前储气区域的地震剖面成果，结合所述地下储层和盖层的地质特征、以及地下水文特征，明确地下可能成为泄漏通道的地质体与地面连通情况以及所述泄漏通道所连通的储气区域内所存在的已钻井筒；对当前储气井的实钻井身轨迹的穿行情况进行地质分析，明确实际井身轨迹所连通的具有泄漏风险的地下地质体及已存在的井筒；根据所述地下可能成为泄漏通道的连通情况、所述泄漏通道所连通的储气区域内所存在的已钻井筒、以及所述实钻井身轨迹在地下穿行时的地下体质体及已存在的井筒，确定所述地面监测点。

4、优选地，在确定当前储气井在每层套管处对应的环空监测点配置方案的步骤中，包括：对储气井钻井和建井过程中每层套管的环空水泥固井情况进行分析，明确每层套管环空水泥的返高和固井质量，基于此，确定每层套管的环空监测点配置方案，其中，在相邻套管层的环空配置有第一类环空监测点配置方案，其中，所述第一类环空监测点用于监测是否有储集气体通过失效的环空水泥泄露至地面，所述第一类环空监测点配置方案为在当前套管环空层且靠近地面处设置有沿周向方向均匀分布的多个第一类传感器组，在套管层的外围配置有第二类环空监测点配置方案，其中，所述第二类环空监测点用于监测储集气井所封存的地下气体是否沿着套管外壁泄露至地面，所述第二类环空监测点配置方案为在最外层套管的外围且靠近地面处设置有沿周向方向均匀分布的多个第二类传感器组。

5、优选地，所述第一类传感器组包括但不限于气体传感器、温度传感器、压力传感器和流量传感器。

6、优选地，所述第二类传感器组包括但不限于用于测量储气井储集气体近地表浓度的气体传感器、用于测量土壤气体浓度的通量传感器、用于测量地下水ph值的传感器和离子传感器。

7、优选地，所述方法还包括：将每套采集组件所实时采集的信息传输至环空泄漏在线监测系统，以由所述环空泄漏在线监测系统通过监测点所代表的泄漏通道分析井下泄漏情况和泄漏位置。

8、优选地，所述方法还包括：在固井后完井前，通过小钻头在各层水泥环钻孔，同时在最外层水泥环外围与地层胶结面之间钻孔，以构造用于容纳不同监测点位置的所述采集组件的空间。

9、优选地，如果套管环空的水泥环返高至地面，则在每层套管环空间设置橡胶密封层，橡胶密封层内设置有对应的预留通道，在所述预留通道中，通过小钻头来在各层水泥环钻孔，使泄漏气体只能通过水泥环钻孔所对应的通道上返井口；如果套管环空的水泥环未返至地面，则直接在每层套管环空间设置橡胶密封层，所述橡胶密封层内设置有预留通道，使泄漏气体只能通过对应通道上返至各套管的井口；在最外层水泥环外围与地层胶结面之间的钻孔，其钻孔深度在地表潜水面以下，

10、优选地，构造用于将所述环空监测点处的各个采集组件进行密封、固定和安装的井口集成装置；构造用于与所述环空监测点处的各个采集组件进行通信连接并完成信号采集的多通道第一类数据采集系统，以使其实时获得环空监测传感器数据；构造用于与所述地面监测点处的地面传感器组进行通信连接并完成信号采集的多通道第二类数据采集系统，以使其实时获得地面监测传感器数据；构造与所述第一类数据采集系统和所述第二类数据采集系统通信连接的数据传输系统，以通过所述数据传输系统将所述环空监测传感器数据和所述地面监测传感器数据传输至所述环空泄漏在线监测系统。

11、另一方面，提供了一种用于监测储气井井筒环空泄漏的系统，所述系统利用如上述所述的方法来构造。

12、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

13、本发明提出了一种用于监测储气井井筒环空泄漏的方法及系统。该方法及系统可以有效监测储氢、储气、ccus等储气井是否发生了储集气体的泄漏，从而通过对泄漏来源的分析对泄漏位置快速定位来为储气的安全和环境安全提供监测保障，具体效果如下：

14、1、建立了一种监测储气井环空泄漏风险的方法，解决了井筒环空内监测的技术难点；

15、2、具有较好的部署和实施性，对传感器具有较好的维护性，安装和使用方便，成本可控；

16、3、采用监测点有线和(或)无线组网方式，可以方便连接各个监测点传感器，有利于监测工作。

17、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。