声纳测量技术在储气库造穴检测中的应用

陈金宏，戴 威，王 静

(中国石油集团测井有限公司华北事业部 河北 任丘 062552)

·经验交流·

声纳测量技术在储气库造穴检测中的应用

陈金宏，戴 威，王 静

(中国石油集团测井有限公司华北事业部 河北 任丘 062552)

近年来为了实现天然气调峰的目的，我国通过溶腔工艺建立了一批盐穴储气库，在整个建库过程中，声纳测量技术发挥了无可代替的作用。本文主要介绍了声纳仪器的工作原理及结构组成，及其在测定盐穴溶腔各个阶段的几何形状，计算出腔体体积大小及分布，发现腔体内的异常变化，指导调整溶腔工艺，检查溶腔工艺对于腔体异常变化的处理效果，预测溶腔形状发展变化趋势等方面的应用。

盐穴;溶腔;储气库;声纳测量技术

0 引 言

天然气作为一种清洁的能源，在发电、民用等领域得到了越来越广的应用，然而受日产量和管道日输送量的限制，用气地区常常会出现用气高峰时气不够用，低谷时气剩余的问题。为了解决这个难题，一般利用枯竭的油气藏或溶解盐岩层建立地下储气库，通过季节调峰解决用气峰谷期供用量间的矛盾[1]。最常见的盐穴储气库是利用采盐井或新钻井眼作为溶腔，经注入淡水排出卤水的办法进行造穴，这期间主要通过进行声纳测量后，适时调整注水管和采卤管的相对位置，确保形成一定容积和几何形状的盐穴。声纳测量技术作为目前监测盐穴储气库腔体体积及形状的主要方法，它利用声纳测量仪器采集测腔数据后，通过计算机进行数据处理及资料解释，最终得到精确的盐穴腔体二维及三维数据信息，为盐穴储气库造腔过程及后期注采提供指导。

1 声纳仪器工作原理及结构组成

1.1 工作原理

声纳测量技术采用计算接收脉冲回波和发射脉冲信号之间的时间差来测量探测距离的方法，在已知所处环境的声波速度的前提之下，只需测量声脉冲信号往返时间即可求得探测距离[2]，即：R=(1/2)VT。R为测量距离，m；V为声速，m/s；T为声波信号往返时间，s。

实际测量通过测井电缆将声纳仪器沿钻井井筒下放，声纳探头出套管鞋后进入盐穴溶腔腔体，在指定深度探头水平旋转并向腔体体壁不断发射出声脉冲信号，检测回波信号，数据经测井电缆传回地面计算机系统进行分析处理，得到当前深度上的腔体水平剖面图。改变测量深度，则可得到腔体不同深度的水平剖面图。再对盐穴腔体的顶部、底部以及异常部分进行探头倾斜旋转测量，就可以得到声纳探头不同倾斜角度情况下的测量信号。通过对录取到的资料进行解释，最终可以得到整个腔体精确的二维及三维图像及参数。

1.2 结构组成

目前中国石油集团测井有限公司用于西气东输盐穴储气库腔体检测的声纳仪器是由德国SOCON公司引进的，主要构成及功能如下：

电缆接头：连接测井电缆马龙头和井下仪器，传输测量信号并为井下仪器提供电源。

稳定陀螺、CCL及MCCL系统：稳定陀螺能够产生与井下仪器旋转相反的扭矩使井下仪器快速稳定，CCL及MCCL能够测量出单层或多层套管接箍及管鞋深度，便于校深。

压力、温度传感器、声速测量系统：测的井下仪器所处环境的压力、温度及声波速度。

水平步进电机：实现声纳探头水平旋转。

定位罗盘、倾斜测量电机及声纳探头系统：确定磁北方向，控制声纳探头倾斜角度及实现声波信号的发射接收。

2 实际检测应用

由于盐岩地层的不均质性，各种物质在水中的溶解程度和溶解速度不同，因此造腔过程往往具有很大的不确定性[3]。通过声纳测量，定期测取溶腔形态及体积，及时发现腔体异常变化，并以此为指导采取一定的造腔控制工艺手段进行调整，从而可以使盐穴腔体始终遵循预期设计进行发展变化，造腔风险处于可控制范围之内。

2.1 测定腔体形状，计算腔体大小

利用声纳测量技术对盐穴腔体从开始溶腔到结束溶腔的各个阶段，定时进行腔体形状及体积分布的测量，以测得结果为依据及时调整溶腔工艺，从而得到符合设计目的及达到安全要求的理想化的储气腔体。图1为XX井指定方位腔体纵别面图形，不同深度腔体体积如表1所示。

2.2 发现腔体异常变化，指导溶腔工艺调整

由于盐穴地层的不均质性，在溶腔过程中往往存在腔体表面有的部分易溶而有的部分难溶的情况，都会为造腔过程及注采阶段带来极大的安全隐患。运用声纳测量技术，可以及时发现潜在危险，采取特定溶腔手段处理安全隐患。以图2中的腔体纵剖面图形为例，通过声纳测井发现腔体中上存在难溶部分，形成内凹尖峰，如果不能够及时处理，极有可能造成后续工作出现安全事故。

图1 XX井指定方位腔体纵剖面图形

深度/m半径/m面积/m2深度范围/m部分体积/m3累积体积/m31106．019．61203．71104．2～1107．03370．53370．51108．019．81233．91107．0～1109．02467．85838．31110．019．71217．91109．0～1111．02435．88274．11112．019．41186．61111．0～1113．02373．110647．21114．019．21157．71113．0～1115．02315．312962．51116．019．21158．71115．0～1117．02317．415279．91118．017．5959．41117．0～1119．01918．817198．71120．015．1720．91119．0～1121．01441．818640．51122．012．6498．11121．0～1123．0996．119636．61124．010．2328．11123．0～1125．0656．220292．81126．07．3169．01125．0～1127．0338．020630．81128．04．460．71127．0～1129．0121．420752．21130．01．910．81129．0～1131．223．820776．0

2.3 检查腔体异常变化的处理效果

腔体出现异常时，经过特定溶腔工艺[1]进行处理后，必须要进行声纳测量，验证溶腔异常情况的处理效果，制定下一步溶腔处理方法或者调整造腔工艺计划。图3中虚线为异常情况处理前测腔形状，实线为异常情况处理后测腔形状，可以看出在处理前溶腔在腔底部分形成一个易溶狭窄的外凸通道，这为以后腔体的注采储气造成了很大的安全问题，通过特定填埋工艺处理后，再进行声纳测量时发现外凸通道已经完全被封死，可以继续开展下一步造腔工作。

图2 XX井指定方位腔体纵剖面图形

图3 XX井前后两次测量腔体纵剖面叠加图

2.4 预测溶腔形状发展变化趋势

在盐穴溶腔最初设计阶段，设计者们往往希望能够得到最理想化的溶腔形状和造腔体积，但是实际建设过程井下情况具有很大的不确定性，通过定时分段多次进行声纳测量，取得不同造腔阶段的体积形状进行对比分析，如图4所示，可以及时预测出腔体形状及体积的发展变化趋势，从而不断调整并及时优化溶腔设计，最终获得理想的溶腔形状和体积。

图4 XX井多次测量腔体纵剖面叠加图

3 结束语

盐穴储气库建设不仅能够保障天然气长输安全和用气较高地区的平稳供气，而且还能为国家提供充足的天然气储备，具有良好的经济效益和重要的战略意义。利用声纳测量技术对储气库腔体形状和体积进行及时有效的检测，及时发现腔体形状和体积的变化，成功保障了储气库建设的顺利和安全进行，具有极为广阔的发展及应用前景。中国石油集团测井有限公司自2015年进入盐穴储气库声纳测量领域以来，已累计完成各类声纳测井任务70余井次，取得了良好的经济效果。

[1] 李 铁,张永强,刘广文.地下储气库的建设和发展[J].油气储运,2010,19(3):1-8.

[2] 王炳和,李宏昌.声纳技术的应用及其最新进展[J].物理,2001,30(8):491-495.

[3] 何爱国. 盐穴储气库建库技术[J].天然气工业,2004,24(9):122-125.

Application of Sonar Survey Technique in the Gas Storage during the Cavern Leaching

CHEN Jinhong， DAI Wei， WANG Jing

(HuabeiDivision,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.,Renqiu,Hebei062552,China)

Many gas storages are built by the solution mining technique in salt caverns to achieve the natural gas peak-shaving in China recently. The Sonar Survey Technique plays an irreplaceable role in the process of the storage construction. This article mainly talks about the working principle and the structure of the sonar tool, and also introduces the applications of the sonar tool in determining the geometrical shape of the caverns, calculating the volume and distribution, discovering the changes of the caverns, adjusting the solution mining technique, checking the treatment effects of the solution mining technique on the changes in the caverns and predicting the development trends of the cavern leaching.

salt cavern; solution mining; gas storage; sonar survey technique

陈金宏，男，1967年生,高级工程师，2003年6月毕业于河北工业大学计算机科学与技术专业。一直从事测井采集及科研管理工作。E-mail: chen_jinhong@163.com

TE972

A

2096-0077(2017)01-0098-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.01.024

2016-07-24 编辑：屈忆欣)