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欧美大地 油气管道渗漏监测
油气管道渗漏监测
创新应用:基于DAS技术的碳捕集和碳存储设施智能监测方案
发布时间:2023-04-13 浏览次数:22165 来源:欧美大地
01 CCS与CCUS概述
碳捕获与封存(CCS, Carbon Capture and Storage)以及再此基础上提出的碳捕集、利用与储存(CCUS, Carbon Capture Utilization and Storage)是直接从燃煤电厂或其他工业过程中捕获二氧化碳(CO2)气体的过程。其主要目标是防止二氧化碳进入地球大气层,使过量的温室气体的影响进一步恶化。捕集的二氧化碳被运输并封存在地下地质构造中。
与CCS相比,CCUS技术多了“利用”的过程,即可以将二氧化碳资源化,具体来说就是把排放的二氧化碳进行提纯捕获后,将其作为一种副产品,视为原辅材料投入到其他新的生产过程中,实现循环再利用,从而产生经济效益,让这项技术更具有现实操作性。因此,CCUS技术相比CCS技术更获得青睐。但也有学者认为两者没有本质的差别。
02 我国CCS/CCUS技术发展现状
西方发达国家对CCUS技术的研究较早。早在1972年,第一个CO2-EOR大型CCS项目就已在得克萨斯州SharonRidge油田开始运营。国际社会上日益重视CCUS技术的规划、研发与应用,美国、英国、澳大利亚、加拿大等国家不仅将CCUS视为推动传统产业结构调整和优化的重大减排技术,更瞄准该技术未来的市场效益。
2006年4~5月,在北京香山会议第276次、第 279次学术讨论上,与会专家提出碳捕集、利用与封存(CCUS)概念,国家层面也逐渐对CCUS 技术重视。
《中国应对气候变化科技专项行动》
《国家“十二五”科学和技术发展规划》
《“十二五”国家碳捕集利用与封存科技发展专项规划》
《关于推动碳捕集、利用和封存试验示范的通知》
《能源技术革命创新行动计划(2016~2030 年)》

03 碳捕集与碳运输技术
碳捕集技术目前大体上分作三种:
燃烧前捕集:以IGCC(整体煤气化联合循环)技术为基础,先将煤炭气化成清洁气体能源,不进入燃烧过程。需要专门的IGCC电站。
燃烧后捕集:对烟气中的CO2进行捕集,可以直接应用于传统电厂,这项技术主要有化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等。
富氧燃烧捕集:又称氧气、二氧化碳燃烧技术或空气分离、烟气再循环技术,可同时应用于新建和已投产的发电厂、化工厂等。

碳运输技术
捕集后的碳需要运输至封存地或资源利用的地方,因此CCUS技术也包含了运输技术。运输技术主要包括管道、船舶、铁路和公路等方式。当前国内CO2陆路车载运输和内陆船舶运输已进入商业应用阶段,主要应用于规模10万吨/年以下的运输。而管道输送具有规模应用的优势。我国借鉴油气管输经验,已开展了低压CO2运输工程应用,高压、低温和超临界CO2处于研究阶段。
04 碳捕集和碳存储设施的智能监测方案
OptaSense CCS (碳捕集与封存)服务
主要用于:
现场表征期间的地质和储层评估。
绘制整个设施寿命期间的CO2羽流迁移图。
确定多区完井的CO2注入速率分布。
监测注入阶段的微震活动。
确保良好的安全性和存储完整性。
基于DAS技术CCS监测系统硬件
传感光纤电缆
单模光纤电缆,应根据OptaSense关于电缆选择和安装的建议进行选取。
处理单元
高可靠性性能计算,应使用OptaSense专有的算法检测器对原始数据进行处理。
询问单元
OptaSense®机架式安装单元,利用分布式声传感技术监测相连的光纤。
操作人员工作站
为外部系统提供用户界面显示、音频输出及多种用户自定义数据输出选项和接口。

基于DAS技术CCS监测系统软件
OptaSense 公司一直在为石油和天然气行业提供基于光纤的分布式声学、振动、应变和温度传感数据。

OptaSense DxS Browser 可视化软件
DxS Browser 软件的高级处理功能允许用户分析信号的光谱内容,并生成用于解释的频带提取(FBE)数据。可以使用 DxS Browser 软件通道分析仪和频谱图查看器检查分布式传感数据集的宽带特性,覆盖从接近静态到大于 100 kHz 的范围。
我们先进的分布式传感数据管理能够有效利用计算资源,从而实现大多数现代个人计算机都能完成的处理。处理功能允许将原始传感器数据简化为可以有效显示的形式。(非光学背景用户友好)DxS Browser软件功能还允许各种分布式传感流的空间参考。通过将各种设备(如阀门、管道接头、穿孔和任何其他已知信号源)引用到特定的传感器通道或通道集,用户可以可视化特定的设备响应。

05 OptaSense CCS监测主要功能
CO2羽流分布高分辨率绘制
常年布设的DAS VSP设备通过三口井监测加拿大西部设施的CO2羽流迁移进展情况:
可重复光纤传感技术具有随时间跟踪CO2羽流的灵敏度。
宽带数据允许成像工具提供地下的清晰图像。
高分辨率DAS VSP成像提供CO2储存区域的三维几何结构。
低HSE暴露性和油井中的永久监测光纤电缆降低了总体运行和监测成本。

超高分辨率4D VSP碳存储监测
DAS & DTS 碳驱替水力压裂监测

1.5m分辨率的DAS能够分析垂直井中间距较窄的射孔丛,并对丛周围的流态进行更详细的分析。


使用安装在裸眼完井管柱外部的光纤,DAS能够深入了解裸眼处理过程。下图屏幕截图显示了通过滑套完井管柱进行的五种不同处理。在DAS采集的早期进行,该数据识别封隔器故障,并有助于确定裂缝起始。

DAS监测数据可以作为压裂模型的关键修正依据。下图是未考虑DAS数据的修订前Gohfer模型。在此,使用DAS对同一模型进行了修正,估计的支撑剂浓度区域存在显著差异。


碳运输管道独有4-模式泄漏监测
NPP(负压脉冲)
这一特征会在在主要扰动事件中立即产生,并在被测物内以极快的速度在两个方向传播:信号与被测物相耦合,并由连续的外部光纤进行接收。这通常是我们最敏感的检测模式,也是一种相当独特的信号。
OFN(事件噪声)
这一特征会在在扰动事件中立即产生。小的扰动事件只会产生非常小的声学成分,因此需要光纤电缆尽量靠近被测物。
环境应变 ES(被测物变形)
对于大型扰动或变形事件,会立即触发警报。对于小扰动或变形,在事件效应到达光纤之前不会发出警报。这段时间的长短取决于光纤电缆的偏移量和方向。
DTGS(分布式温度梯度传感)
警报需要扰动事件(或温度效应)到达光纤,而且通常在延迟一段时间后才会出现。这段时间取决于电缆的偏移量、被测物条件和方向。


06 OptaSense CCS监测实例


壳牌石油加拿大艾伯塔省Quest碳存储监测项目

自2011年以来,OptaSense为各种客户获取并分析了碳捕获和储存现场数据。在许多情况下,跟踪地下CO2羽流的大小至关重要,以确保随着时间的推移实现较理想的碳储存。
CO2注入是沿着部署在钻孔中的光缆测量的,提供按深度注入的气体量。随着时间的推移,OptaSense 的延时 2D/3D/VSP地震采集和处理技术可以可靠地跟踪地下CO2羽流体积和气驱运动。

壳牌位于阿尔伯塔省萨斯喀彻温堡的QUEST 碳捕获和储存设施。
分布式光纤声波传感技术(DAS)应用于 CCS 监测的优势:
现场表征期间的地质和储层评估;
绘制设施寿命期内 CO2 羽流迁移图;
确定多区完井井的 CO2 注入速率分布;
在所有项目阶段监测诱发地震活动;
确保油井和储存的完整性。
操作员能够监测储存设施内CO2羽流的传播情况。来自各种 DAS 年份的信息展示了一种可重复的技术,可以成功跟踪储层中的微小变化。他们能够用分布式传感数据验证其存储模型,表明这些设施可以在未来几年内得到有效和安全的监测。通过在井中或表面使用光纤,操作员能够避免在恶劣的井中环境下其他传感仪器的高维护成本。
2020年7月,运营商依托此方案实现了一个里程碑式的运营效果:在五年内注入500万吨CO2,在原计划的基础上节约了35%。

每个VSP测线中2015年基线和2016年监测器之间振幅差的最小曲率插值,代表了注入6个月后对 CO2存在的地震响应的地图视图(Bacci、O'Brien、Frank和Anderson,在Quest CCS项目中使用DAS时移VSP进行CO2羽流监测,CSEG记录器,2017年4月,第21页)。


如果您对碳捕集和碳存储设施的智能监测方案有兴趣,请联系欧美大地。

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