盐穴储气库注采运行过程中的腔体形状检测

杨海军，李建君，王晓刚，何 俊，井 岗，闫凤林

（中国石油西气东输管道公司储气库管理处，江苏镇江 212100）

声纳检测技术是盐穴储气库造腔和注采气过程中常用的一种形状检测技术。由于盐穴的蠕变特性，完腔后每隔一定年限要对盐穴储气库进行声纳检测，以尽早发现井下故障，保证盐穴储气库的安全，另外也可以根据检测的结果对目前的注采运行方案进行优化。由于国内一直不具备高压气腔声纳测量的相关设备和施工经验，而且高压气腔的声纳检测具有很高的风险，多年来一直没有实行对注采运行中的腔体进行声纳检测。高压气腔测量必须满足三个条件：一是必须要有合适的高压防喷设备，二是必须要有经验丰富的作业队伍和测量工程师，三是现场必须满足施工条件，任何一项不满足要求，都可能导致测量失败，甚至漏气事故，严重的情况会发生井喷。西气东输在经过长期的精心准备之后，决定对两口运行六年老腔进行声纳检测，施工精心安排，有序进行，并取得成功。

1 声纳测井技术在储气库的应用简介

盐穴声纳测井技术的原理：沿采盐井井筒下放声纳测量井下仪器，井下仪器的声纳探头进入盐穴腔体后，在某一深度进行360°水平旋转，同时按设定的角度间隔向盐穴腔体壁发射声脉冲，检测回波信号，信号经井下仪器的连接电缆传回地面中心处理机，得到某一深度上的腔体水平剖面图，在盐穴腔体内不断改变检测深度，则可获得腔体不同深度上的水平剖面图；对于盐穴腔体的顶部、底部和异常部分，使用倾斜测量功能，可得到不同倾斜角度下的测量距离。两种原始检测数据经中心处理机软件处理后，最终可得到整个腔体的体积和三维形态图像。典型的声纳三维检测形状（见图1）。

图1 典型的声纳三维检测形状

由于溶腔排卤井声纳测井作业时，造腔内管已起出，并且井口压力、造腔外管内的压力及腔体压力已经被充分释放，故测井作业时可以直接利用测井车中绞车牵引测井电缆，利用天地滑轮组合将测井仪器缓慢吊装至井口对零，在进行声纳测井作业前，通过前期一系列的仪器入井前状态检查，并选好声纳测量探头及探头频率，入井后严密监测地面控制系统屏幕上显示的温度、压力、管柱磁性号、仪器倾斜角度和电缆下井深度等相关测量基础数据，最终实现声纳测井目的。

然而，在高压气腔中进行声纳检测作业时，为了满足井下测井仪器的要求，必须保证腔体内有一定压力，一般腔内压力保持在10 MPa 以上，越高越好。因此，在注采气井井内进行声纳测井作业时，必须要带压作业，需要在井口安装防喷装置。

2 测量作业程序

2.1 作业前准备

作业前准备主要包括防喷管准备、测井仪器准备和井场准备三个方面。防喷管的密封性的好坏，直接影响注采气井的带压测量作业的安全。所以在选择防喷管时，要考虑仪器尺寸、井下工况，高压气腔测井对防喷管的耐压等级、密封性能有严格的要求。防喷管一般由注脂密封装置、防喷管具、捕捉器、BOP（即封井器）组成，配套的有天、地滑轮、起吊夹板、手压泵、注脂软管、林肯泵（注脂泵）、气泵等（见图2）。

图2 井口防喷装置总装图

防喷管的准备：需要综合考虑测井仪器与防喷管的连接、仪器的外径和长度、腔体压力、防喷管与井口连接等，主要包含以下几点：

（1）防喷管设备耐压等级满足要求；（2）防喷管要进行试压，稳压时间必须达到要求；（3）测腔时井口油、套安装适合的压力表；（4）具备静密封条件；（5）施工前对井口压力表按照高精度计量仪表有关标准进行标定和试验；（6）测腔期间井口及防喷管不刺不漏，确保资料准确录取。

井场的准备：作业现场入口处应悬挂安全标志牌，明确逃生路线和紧急集合点。作业区域应设置警戒带，不允许任何不相关车辆或人员通过。电缆两侧2 m 以外应设置警示隔离带，严禁作业过程中人员跨越电缆、从电缆下通过及停留。现场使用的各种电器开关、导线必须与用电设备的功率相匹配，达到防爆要求。所有车辆、电器设备安全接地。井口地面安全阀、井下安全阀全部打开，并打到手动控制状态，不能因停电等原因自动关闭，因为自动关闭会切断电缆，测井仪器就会掉到井里。地下的阴极保护关闭，防止测井时干扰测井信号。

测井仪器的准备：气腔测量建议使用新电缆，但必须下1～2 次井；根据井口最高压力确定加重杆规格重力与总长度；制作电缆头。准备现场资料录取所用电子计算机及其辅助设备，并安装和备份好操作软件。电缆车电缆与声纳测量仪器马龙头连接后，检查信号传输通道和绝缘。电缆车电缆与声纳测量仪器连接后，在井口通电逐项检查井下功能和地面数据采集、接收、记录和控制系统工作状态，重点检查绞车的深度系统、张力系统以及刹车系统，灵敏度应符合作业要求。

2.2 测量作业程序

2.2.1 防喷管的安装 首先，确认主阀和顶部阀门处于关闭状态。在拆卸法兰或护帽之前，卸掉护帽和顶部阀门间的压力（打开针阀或球阀）。拆卸法兰，安装转接法兰时需要更换金属密封圈，上紧对置的法兰螺栓来确保法兰不是倾斜的。如果可能使用扭矩扳手，并加载适当的扭矩。将耐压护帽连接到BOP 上。打开耐压护帽阀门释放空气，在上紧油壬连接到法兰、适配器、采气树连接等等之前，上提连接头并检查连接的插销已经完全插好。然后再上紧油壬连接，并使用钩扳手轻轻敲紧。

2.2.2 防喷管井口充压 防喷管安装完毕，注脂泵开始启动。防喷管和防喷器的连接正常。通过软管连接给防喷管充压，旁通软管一边连接到防喷管1/2＇＇NPT 的连接头，另一边连接到井口的旁通管，确保旁通软管两端使用安全环固定，并且软管两端都装有压力表。压力平衡后，稳压一定时间，确保防喷管没有刺漏。如果防喷管内仪器具有压力和温度传感器，记录下的温度—压力曲线证明压力是稳定的。然后打开总阀和顶部阀门。确保主阀始终打开，同时保证弹簧蓄能器阀杆打开。

2.2.3 仪器下井 由于套管鞋可能悬空，绞车操作工在井下仪器接近、进出套管鞋位置时，应慢速提放，严密监视电缆张力显示值，观察井下仪器运行情况，避免井下仪器出现挂卡致使电缆拉断。一旦发现遇阻，立即停止下放并迅速上提，防止井内工具被卡。

按照设计要求进行上提测腔、下放测腔或定点测腔，地面仪器实时记录。工具下至设计深度后，绞车工刹死电缆滚筒，技术员用手压泵控制电缆静密封使其处于密封状态，起、下及测腔过程中若发现密封失控，发现人员应迅速操作地面液压装置关闭电缆防喷器（BOP）。

2.2.4 腔体声纳检测 仪器下入腔内后，测量分腔顶、主体、腔底和脖颈四部分进行，测量模式分水平测量和倾斜测量，开始测量之前先要进行声速分布测量，这一步必须准确测量，后续的测量都是以此为基础的。腔体主体部分主要进行水平测量，在发现复杂的形状时使用倾斜测量；腔顶和腔底的测量必须结合水平和倾斜测量两种模式才能完成。为了弄清腔顶和腔底的真实形状，测量的垂直步长和周向角度尽可能选得小些，在进行腔底测量时，要注意腔底剩余卤水形成的镜面反射，在进行腔底测量之前要先进行气水界面测量，确定气水界面后，将仪器探头放到界面以下进行腔底测量，这样才能保证测量结果的真实性。最后一步进行脖颈的测量。由于长期注采运行过程中的冷凝水容易对脖颈再次溶蚀，形成沟壑，这些沟壑会卡住电缆，因此在上提下放过程中要特别小心。脖颈的测量需要使用水平测量和螺旋测量两种模式，以便更好地反映脖颈形状。

2.2.5 仪器出井 电缆工具上提到防喷管内之后，手压泵升压到抱紧电缆。井口操作员将安全带挂在差速器的安全绳上，井口周围禁止站人，在确认压力泄完后用勾扳手打开井口变扣接头上部连接油壬，并将油壬母口向上托起挂于上部变径台阶上，使油壬公母扣分离，告知吊车操作员，吊车的拉力比总重略多上提，防止防喷管突然跳出。安装底部护帽，从绞车释放足够的电缆，拆除地滑轮，在防喷器处拴好2 根8 m 牵引绳，撤离井口。两名操作员工分别站在吊臂两侧安全区域拉好牵引绳，另外两名操作人员在安全区域捋顺扶好与防喷管相连的各类液压及控制管线及绷绳，队长指挥吊车慢慢提升，防喷管串脱离井口后吊至地面工具架上。技术员在确认液压管线泄压后，由操作工打开连接油壬或快速接头依次拆卸各种液压控制管线、气压管线、注脂密封控制头、防喷管、捕捉器等。

3 带压声纳测井故障处理

高压气腔的声纳检测具有很高的风险，在测量之前，一定要先编写应急预案，在实际测量过程中可能遇到的突发情况有：测井仪器遇阻、遇卡，电缆损坏和注脂头或注脂溢流管漏气。

3.1 仪器下入遇阻、遇卡

仪器遇阻事故迹象：在通井、施工过程中，仪器在井筒内运行，绞车操作人员按照规定的速度下放上提电缆，在下放过程中，如发现在某一深度张力数值突然减小，停车，反复上提、下放均不能通过，则判断为井下工具串遇阻。

处理办法：缓慢下放电缆的同时观察张力数值变化，到达遇阻深度时，张力数值如不再变化，停车上提至显示正常张力，然后反复缓慢下放，若张力回复正常，则此处管柱内可能存在台阶或软性堵塞物，说明仪器可正常通过，通过后，反复上提下放多次，进行验证，验证无误后，继续作业。如始终无法通过遇阻点，则更换较小直径的工具串再次下井验证，停车来回起下多次进行解阻，如仍无法通过，说明管柱内可能存在硬性堵塞物，解阻过程中，不可使用导锥，必须使用下置式通井规，下放速度不能超过80 m/min。

仪器遇卡事故迹象：由于套管鞋处不垂直，采气时产生的冷凝水倾斜流入盐穴脖颈，使得脖颈处被溶出沟槽，下井过程中电缆容易滑入这些沟槽，这使得在仪器出井时，电缆容易被这些沟槽卡住。在上提过程中，如发现在某一深度张力数值突然增大，停车，反复下放、上提均不能通过，则判断为井下仪器遇卡。

处理方法：慢慢上提电缆，同时观察张力数值变化，到达遇卡深度时，张力数值如不再变大显示正常张力，说明仪器正常通过，如张力数值到此深度继续增大，说明仪器仍被卡住，这时从BOP 的注入接口使用高压泵注入淡水来溶蚀以上形成的沟槽，使其变大而是电缆解卡，这个过程比较费时，每注水一定时间要上下活动一次仪器。

3.2 测井过程中电缆损坏

当电缆中的一股或者几股电缆线发生损坏，导致无法将仪器拉出腔体，在这样的情况下，电缆会在注脂头下面的防喷管里缠绕成一个球体。如果当电缆通过注脂头时发现少了一股或者几股缆线，则可以推断井下发生了损坏。而且，缆绳的拉力在相当程度上增加，这种情况出现则可以断定井下发生了电缆损坏的情况。

处理办法：关闭防喷管，释放防喷管张力，松开缆绳直到损坏处，小心提放防喷管，与松开的缆绳一起放倒在测腔操作现场，修理防喷器头处的缆绳。将注脂头各个部件装到防喷器上，并同时穿过完好的测井电缆。拉出足够长的绳索用来穿过测井车的电缆头与绞车上完好的电缆相连。在地面上放置绳索时关闭手泵和防喷器。测量拉出井口和截断的电缆长度，用作后面的深度计量。拆开注脂头，重新组装防喷管于防喷器上，打开防喷器，在深度测量器中，输入测量过的缆绳长度（截断的和取出井口的长度）。操作绞车，将测井仪器放入防喷管中。关闭顶阀和总阀。松开防喷器的缆绳，开启手压泵。移除带测井仪器的防喷管，更新测井电缆。

3.3 测井过程中注脂头或注脂溢流管漏气

注脂溢流管有轻微的爆鸣声很正常，特别是在仪器出井手压泵启动后。

当电缆下井或出井时发现阻流管中的密封膜破坏的处理方法：升高注脂泵一定压力，如果没有效果，绞车操作员必须降低绞车速度来重新形成密封膜。

4 结论

声纳测腔是盐穴储气库注采运行过程中行之有效的监控手段，可以准确反映井下腔体的形状、体积、井下温度、压力等参数，为分析岩盐蠕变特征对腔体形状、体积变化的影响提供了基础数据。本次测量精心组织、周密计划、一次成功，为今后国内盐穴储气库高压气腔声纳检测积累了经验，给地下盐穴储气库生产运行工作提供了有力的技术保障。

［1］ SOCON Sonar Control Kavernenvermessung GmbH，Giesen，2013.