储气库掩埋井口精确磁定位技术

车阳 方明星 贺梦琦 王辰龙 黄洋 王开龙

摘要：在建设地下储气库时，首先应确保储气库的密封性，要确定废弃掩埋老井的位置并对其进行封堵，常见测量手段存在一定的误差和不确定性。为此提出一种掩埋井口精确磁定位技术，通过主动激发掩埋井口周围的磁场分布特征，结合反向散射信号提取解算，实现精确测量和定位。硬件系统主要由发射器、接收器和计算装置组成，采用信号提取、坐标转换、平面定位、垂向定位等定位算法可以锁定被埋井口位置，同时从算法方面分析了绞车、回路、发射器等可能会对磁定位结果产生的干扰。该技术应用于辽河油田国家级自然保护区的桥下S 井定位作业中，共钻进4 口浅井，交替测量2 次后成功锁定S 井井口位置，随后一次开挖成功，与测量坐标的误差小于0.5 m。该技术解决了长期困扰油田的储气库无法顺利建库的难题，为掩埋井口精确定位提供了可靠思路，具有指导意义。

关键词：储气库；掩埋井口；磁定位技术；反向散射信号；精确测量

中图分类号：TE243 文献标识码： A

0 引言

地下储气库是持续提升储气调峰能力，保障天然气安全供应和国家能源安全的重要举措之一［1］。在建设储气库前，首先要对掩埋井口进行封堵，使其完全密封，以确保储气库的安全性［2］。然而，在现场作业中，部分废弃老井长年缺乏管理，井口受河流改道、建筑施工的影响，导致其具体位置无法确定，因而无法进行封堵，这严重影响了地下储气库的建设［3］。掩埋井口位置的精准定位是目前亟需解决的问题。

针对这一问题，国外最先采用磁定位技术提高定位精度，Jamie 等［4］利用磁测距技术对废弃掩埋井口进行精准定位并成功封堵；Veloski 等［5］通过在直升机上使用磁定位技术，找到了宾夕法尼亚州西部Marcellus 地区的掩埋老井；Julian 等［6］通过多通道面波分析和面波后向散射分析， 在美国Kansas 地区成功找到掩埋矿井。国内电磁探测定位在救援井设计中也有应用［7］，但是磁测距技术定位掩埋井的案例并不常见，早期主要是根据地下介质的物性差异，对覆盖层下的目标物进行探测［8］，主要方法有高密度电阻率法［9］、音频电磁法［10］、探地雷达法［11］、微重力测量［12］等。刘正等［13］利用瞬变电磁法，向地下发射电磁波，通过观测断电后的二次场成功找到掩埋矿井，但该方法会受到其他设备的电磁干扰，容易检测到虚假信号［14］；马为等［15］使用高密度电阻率法和微重力测量方式寻找掩埋井口，但是观测结果受体积效应影响会产生偏差，在无异常部位也发现了另一井口，探测精度有待提高；杨肖迪等［16］使用浅层地层剖面仪和磁力仪进行水下井口探测实验，实验结果表明探测井口与给定井口坐标偏差约2 m，定位精度有待提高。井间电磁法作为一种常用的探测方法，国内外学者也对其进行过相关研究，该方法是通过利用电磁波信号进行成像并探测井间物理性质的地球物理方法，主要包括井间无线电磁波成像、跨控雷达和井间电磁成像［17］。使用井间电磁法不但可以解决地面电磁法探测深度和分辨率受限的问题，还在保证高分辨率和高精度的基础上加大了探测深度。它的井间探测距离与发射、接收井是否有套管有关，目前裸眼井对裸眼井的探测距离可达1 000 m，套管井对套管井的探测距离只有100～200 m，但未见用于掩埋井口定位场景［18］。

国内磁定位技术在现场应用上面临一些挑战，例如地面与邻井套管会产生磁干扰，影响磁信号强度，导致定位精度降低［19］；但油田现场对掩埋老井的定位精度要求高，有些要求误差在±0.5 m 以内，在现场环境、干扰因素影响下，实现厘米级精准定位具有一定的挑战性。地下磁定位可以有效避免地面的干扰，应用在国内油田掩埋井口定位作业中可以实现高精度定位，该技术对我国规划、建设地下储气库具有重要实践意义。

1 磁定位技术基本原理

1.1 磁定位原理

目前磁定位技术已经发展成熟，研制出无源磁导向工具，测量误差小于10%，有助于在复杂井况下实现高精度对接，适用于油田老井封堵和治理［20］。但它的仪器存在较大测量盲区，需要加深钻井，在较浅的掩埋井口定位中不适用。

提出掩埋井口精确磁定位技术，将工具变为分布式，激发掩埋井口周围的磁场分布特征，结合反向散射信号测量技术，实现精确测量和定位。在上部井段下入金属套管以封隔表层松软地层，步骤：（1） 在掩埋井口周围布置2～3 口浅井，分别下入接收器和发射器；（2） 发射器的发射天线激发信号，主动产生稳定的磁场分布；（3） 利用反向散射信号测量技术，接收器的接收天线检测周围环境磁场变化；（4） 通过对比分析磁场分布特征和反向散射信号，计算掩埋井口的位置坐标。单井磁定位原理见图1。