СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ЗАПОЛНЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ГАЗОХРАНИЛИЩА Российский патент 1997 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к хранению газообразных продуктов и может быть использовано при определении степени заполнения подземного газохранилища при хранении в нем газообразных продуктов, в частности природного газа, в естественных подземных полостях.

Известен способ проверки хранения природного газа в подземных газохранилищах [1] согласно которому в хранилище, заполненное газом, закачивают детекторную газовую смесь, отличающуюся по физико-химическим свойствам от хранимого газа, через некоторое время из хранилища отбирают пробу газа, определяют в ней содержание индикаторной газовой смеси и сравнивают полученное значение с теоретически рассчитанным, по результатам сравнения выносят суждение о герметичности газохранилища.

Недостатками данного способа следует признать ограниченную информативность (только сведения о герметичности газохранилища), сложность процедуры отбора пробы, низкую точность определения, связанную с непредставительностью пробы малого объема.

Известен также способ обнаружения утечек газа из подземного газохранилища [2] согласно которому предлагается определять над газохранилищем появление следов закачанного в него газа, что позволяет не только определить факт утечки, но и локализовать место утечки.

Недостатками данного способа следует признать низкую информативность и большую трудоемкость, связанную с определением следов газа над газохранилищем.

Наиболее близким к изобретению является способ испытания на герметичность подземных газохранилищ [3] согласно которому в подземное газохранилище закачивают индикаторный газ, выдерживают его в хранилище определенное время и регистрируют информационный сигнал, характеризующий оставшееся в хранилище на момент регистрации информационного сигнала количество индикаторного газа.

Недостатками данного способа следует признать отсутствие возможности получения информации о степени заполнения подземного газохранилища, а также невозможность реализации способа при частично или полностью заполненном газохранилище.

Техническим эффектом, получаемым при реализации изобретения, является обеспечение возможности определения степени заполнения подземного газохранилища, расположенного в естественных полостях в условиях промышленной эксплуатации газохранилища.

Указанный технический эффект согласно настоящему изобретению достигается следующим образом.

На поверхности Земли над подземным газохранилищем располагают источник инфраколебаний и по меньшей мере, один трехкомпонентный сейсмический сейсмоприемник сейсмических установок (ТСУ), записывают одновременно по трем компонентам естественный сейсмический фон в диапазоне 1 20 Гц, возбуждают посредством источника колебаний волны с частотой 2 20 Гц, повторно регистрируют сейсмический фон в аналогичных условиях и по изменению спектральных характеристик на инфранизких частотах судят о наличии или отсутствии газа в подземном газохранилище под данной точкой. Получив информацию о наличии хранимого газа в различных точках газохранилища выносят суждение о степени заполнения его.

В случае использования двух ТСУ предпочтительно одну из них установить в центре газохранилища, а вторую перемещать в радиальном направлении относительно первой, определяя в различных точках по этому направлению содержание газа в хранилище. Посредством информационного сигнала, снятого с обеих ТСУ, судят о степени заполнения газохранилища.

В случае использования не менее 2 ТСУ их целесообразно расположить стационарно по выбранной линии, позволяющей определить степень заполнения газохранилища. Иногда существенно бывает знать, достигнута ли критическая точка опорожнения газохранилища. В этом случае опытным путем определяют точку, отсутствие под которой газа свидетельствует о переходе критической точки опорождения, в которой и размещают ТСУ.

На поверхности Земли над подземным газохранилищем экспериментально могут быть выбраны точки, измерение информативного сигнала в которых свидетельствует об определенной степени заполнения газохранилища. В этих точках стационарно располагают ТСУ и определяют наличие или отсутствие газа в данных точках хранилища с вынесением суждения о степени заполнения газохранилища.

Изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что:
а) в качестве газа-индикатора используют газ, закачанный в подземное газохранилище;
б) в качестве информационного сигнала используют изменение спектральных характеристик в сейсмическом фоне на инфранизких частотах после воздействия источника колебаний по сравнению с исходным фоном, причем, регистрация сейсмического фона идет одновременно по трем компонентам.

Заявитель отмечает, что согласно его опыту работы, все признаки, введенные в п. 1 формулы изобретения по отдельности необходимы, а вместе достаточны для достижения необходимого технического эффекта. Признаки, введенные в зависимые пункты формулы изобретения, либо развивают признаки, введенные в п. 1 формулы изобретения, либо незначительно усиливают технический эффект.

Для реализации способа были использованы источник колебаний типа СВ-10/100 и ТСУ на базе ЭХПИ. Заявитель отмечает, что согласно опыту его работы, конструкция источника и ТСУ не оказывает влияния на достижение технического эффекта, поэтому заявитель не ввел признаки с конструкциями используемых при реализации способа устройств в формулу изобретения.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, причем на чертежах показано изменение спектральных характеристик сейсмического фона после воздействия источника колебаний: на фиг. 1 точка находится над заполненной частью подземного газохранилища, а на фиг. 2 вне его контура.

На фиг. 1 и 2 поз. 2 обозначен исходный сейсмический фон, при этом поз. 1 обозначен сейсмический фон, измеренный после воздействия источника колебаний.

Способ с использованием источника колебаний и одной ТСУ реализуется следующим образом.

Измеряют сейсмический фон на частотах 1 20 Гц не менее, чем в двух точках над поверхностью газохранилища по трем координатам. Возбуждают колебания источником в диапазоне частот 2 20 Гц. В течение не менее 5 мин. Измеряют повторно сейсмический фон в тех же точках в аналогичных условиях. Сравнивают полученные значения и определяют, в каких точках произошло изменение спектральных характеристик сейсмического фона. Определяют отношение площади, на которой произошло изменение сейсмического фона, к общей площади газохранилища, определяя этим степень заполнения газохранилища.

При использовании одного источника и двух ТСУ способ может быть реализован аналогично предыдущему при перемещении обеих ТСУ по поверхности Земли. Другим вариантом реализации способа является размещение одной ТСУ в центре газохранилища (т. е. в месте, где всегда есть газ), а другую ТСУ при записи сейсмического фона перемещают в радиальном направлении относительно первой. Определение степени заполнения проводят путем сравнения спектральных характеристик с последующим анализом полученных данных.

При использовании двух и более ТСУ рационально разместить их стационарно по радиальному направлению относительно центра газохранилища. Остальное проводится аналогично предыдущим вариантам.

При практическом определении предельного опорожнения газохранилища экспериментально определяют с максимально возможной в этом случае точностью, точку, в которой не происходит изменения спектральных характеристик именно при предельном опорожнении газохранилища и стационарно размещают в нем одну ТСУ и проверяют периодически наличие газа в данной точке газохранилища.

На поверхности над газохранилищем могут быть экспериментально выбраны точки, характеризующие с необходимым пользователю шагом степень заполнения подземного газохранилища. В этих точках стационарно располагают ТСУ (или перемещают между этими точками в необходимой последовательности одну ТСУ), определяют изменение спектрального фона в этих точках с последующим определением степени заполнения по результатам измерений.

При поиске мест утечки газа поступают следующим образом.

Предварительно экспериментально определяют границы полностью заполненного газохранилища. За пределами газохранилища (преимущественно в местах вероятной утечки) регистрируют наличие газа хотя бы по одной компоненте, что и указывает на место утечки газа.

Регистрацию спектрального фона можно проводить по двум составляющим: вертикальной и одной из горизонтальных.

На Калужском подземном газовом хранилище (ПХГ) представителями эксплуатационной службы в районе пос. Резвань был определен профиль для проведения оценки степени заполнения ПХГ предложенным нами методом. Были выбраны четыре дискретных постановки наблюдений.

Работы проводятся постоянно с сентября 1992 г. и по настоящее время.

Постановка 1. База расположена около скважины N 70 (вне контура), длина базы 270 м, ориентаций север юг, ТСУ N 002 с северной стороны, ТСУ N 003 в 70 м и менее скважины N 70.

Постановка 2. База расположена около скважины N 31 над газохранилищем, ориентация север юг.

Постановка 3. База расположена около скважины N 9 над газохранилищем, ориентация 15^o северо запад. Спектры показаны на фиг. 1.

Постановка 4. База около скважины N 82 (вне контура ПХГ), ориентация 15^o северо запад. ТСУ N 002 с северной стороны, ТСУ N 003 расположена на участке разлома в 20 м севернее и 60 м западнее скважины N 82. Характерные спектры показаны на фиг. 2.

После лабораторных испытаний ЭХПИ (электрохимические преобразователи информации) и сборки на их основе двух трехкомпонентных акустических пирочастотных установок (ТСУ), аппаратура совместно с электронными блоками были поставлены на натурные испытания на Калужском ПХГ. В одну из точек намеченного профиля устанавливали базу из двух ТСУ на расстоянии 400 м друг от друга, которые посредством магистрального кабеля соединены с пунктом регистрации сигналов, расположенных между ними. Каждую ТСУ устанавливали в ячейке глубиной 0,5 м и закрывали металлической или деревянной плиткой для предотвращения влияния различных климатических воздействий (ветер, дождь, солнечные лучи и т.п.), при этом ось Z ориентировали вертикально, а ось X - вдоль оси установки обеих ТСУ.

Механический источник сейсмических волн (вибратор) располагали вдоль линии установки ТСУ на расстоянии 600 800 от одной из них и подготавливали к излучению сейсмических волн. После этого объявляли 20-минутный режим тишины, во время которого производили запись сейсмического фона на регистратор. Затем по команде с пункта регистрации вибратор по специальной программе производил излучение сейсмических волн, одновременно производили синхронную запись сейсмического сигнала от обеих ТСУ. После завершения излучения и записи сигналов аппаратуру перемещали в следующую стационарную точку наблюдения намеченного профиля.

Как видно из приведенных графических материалов, характер спектров вне контура (фиг. 2) для фона при воздействии практически не меняется. Амплитуда шумов в последнем случае повыше. В то время, как в контуре (фиг. 1) характер спектра резко изменяется. В зависимости от сезона, отбора и закачки газа регистрировали изменения спектров по профилю Калужского ПХГ. Степень заполнения по площади была не менее 0,3.

Таким образом, приведенный материал показывает способ слежения за наличием или отсутствием газа в газовом хранилище и определения степени его заполненности.

Использование: определение степени заполнения подземного газохранилища при хранении в нем газообразных продуктов, в частности природного газа. Сущность изобретения: над подземным газохранилищем снимают на инфрачастотах сейсмический фон, возбуждают колебания на инфранизких частотах, повторно регистрируют сейсмический фон. Фон регистрируют одновременно на трех компонентах. О наличии газа судят по изменению спектральных характеристик сейсмического фона. По отношению площади, заполненной газом, к общей площади хранилища судят о степени заполнения подземного газохранилища. 6 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля степени заполнения подземного газохранилища, включающий заполнение подземного газохранилища газообразным индикатором и определение информационного сигнала, характеризующего количество газообразного индикатора в газохранилище, отличающийся тем, что в качестве газообразного индикатора используют газ, помещенный в подземное хранилище, а в качестве информационного сигнала используют изменение спектральных характеристик сейсмического фона на инфранизких частотах после воздействия источника колебаний по сравнению с естественным сейсмическим фоном, причем регистрацию естественного сейсмического фона проводят одновременно по трем компонентам не менее, чем одной трехкомпонентной сейсмической установкой (ТСУ). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что колебания создают с частотой 2
20 Гц. 3. Способ по п. 1, отличающийся том, что в случае использования одной ТСУ ее перемещают по поверхности над подземным газохранилищем. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что ТСУ помещают стационарно в выбранную точку. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выбранные точки соответствуют определенной степени заполнения газохранилища. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования двух ТСУ одну из них помещают в центр газохранилища, а другую перемещают по поверхности в радиальном направлении относительно первой. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае использования более двух ТСУ их размещают стационарно в заранее выбранных точках, характеризующих разные степени заполнения газохранилища.