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歐美大地 油氣管道滲漏監測
油氣管道滲漏監測
創新應用:基于DAS技術的碳捕集和碳存儲設施智能監測方案
發布時間:2023-04-13 瀏覽次數:26229 來源:歐美大地
01 CCS與CCUS概述
碳捕獲與封存(CCS, Carbon Capture and Storage)以及再此基礎上提出的碳捕集、利用與儲存(CCUS, Carbon Capture Utilization and Storage)是直接從燃煤電廠或其他工業過程中捕獲二氧化碳(CO2)氣體的過程。其主要目標是防止二氧化碳進入地球大氣層,使過量的溫室氣體的影響進一步惡化。捕集的二氧化碳被運輸并封存在地下地質構造中。
與CCS相比,CCUS技術多了“利用”的過程,即可以將二氧化碳資源化,具體來說就是把排放的二氧化碳進行提純捕獲后,將其作為一種副產品,視為原輔材料投入到其他新的生產過程中,實現循環再利用,從而產生經濟效益,讓這項技術更具有現實操作性。因此,CCUS技術相比CCS技術更獲得青睞。但也有學者認為兩者沒有本質的差別。
02 我國CCS/CCUS技術發展現狀
西方發達國家對CCUS技術的研究較早。早在1972年,第一個CO2-EOR大型CCS項目就已在得克薩斯州SharonRidge油田開始運營。國際社會上日益重視CCUS技術的規劃、研發與應用,美國、英國、澳大利亞、加拿大等國家不僅將CCUS視為推動傳統產業結構調整和優化的重大減排技術,更瞄準該技術未來的市場效益。
2006年4~5月,在北京香山會議第276次、第 279次學術討論上,與會專家提出碳捕集、利用與封存(CCUS)概念,國家層面也逐漸對CCUS 技術重視。
《中國應對氣候變化科技專項行動》
《國家“十二五”科學和技術發展規劃》
《“十二五”國家碳捕集利用與封存科技發展專項規劃》
《關于推動碳捕集、利用和封存試驗示范的通知》
《能源技術革命創新行動計劃(2016~2030 年)》

03 碳捕集與碳運輸技術
碳捕集技術目前大體上分作三種:
燃燒前捕集:以IGCC(整體煤氣化聯合循環)技術為基礎,先將煤炭氣化成清潔氣體能源,不進入燃燒過程。需要專門的IGCC電站。
燃燒后捕集:對煙氣中的CO2進行捕集,可以直接應用于傳統電廠,這項技術主要有化學吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學鏈分離法等。
富氧燃燒捕集:又稱氧氣、二氧化碳燃燒技術或空氣分離、煙氣再循環技術,可同時應用于新建和已投產的發電廠、化工廠等。

碳運輸技術
捕集后的碳需要運輸至封存地或資源利用的地方,因此CCUS技術也包含了運輸技術。運輸技術主要包括管道、船舶、鐵路和公路等方式。當前國內CO2陸路車載運輸和內陸船舶運輸已進入商業應用階段,主要應用于規模10萬噸/年以下的運輸。而管道輸送具有規模應用的優勢。我國借鑒油氣管輸經驗,已開展了低壓CO2運輸工程應用,高壓、低溫和超臨界CO2處于研究階段。
04 碳捕集和碳存儲設施的智能監測方案
OptaSense CCS (碳捕集與封存)服務
主要用于:
現場表征期間的地質和儲層評估。
繪制整個設施壽命期間的CO2羽流遷移圖。
確定多區完井的CO2注入速率分布。
監測注入階段的微震活動。
確保良好的安全性和存儲完整性。
基于DAS技術CCS監測系統硬件
傳感光纖電纜
單模光纖電纜,應根據OptaSense關于電纜選擇和安裝的建議進行選取。
處理單元
高可靠性性能計算,應使用OptaSense專有的算法檢測器對原始數據進行處理。
詢問單元
OptaSense®機架式安裝單元,利用分布式聲傳感技術監測相連的光纖。
操作人員工作站
為外部系統提供用戶界面顯示、音頻輸出及多種用戶自定義數據輸出選項和接口。

基于DAS技術CCS監測系統軟件
OptaSense 公司一直在為石油和天然氣行業提供基于光纖的分布式聲學、振動、應變和溫度傳感數據。

OptaSense DxS Browser 可視化軟件
DxS Browser 軟件的高級處理功能允許用戶分析信號的光譜內容,并生成用于解釋的頻帶提?。‵BE)數據??梢允褂?DxS Browser 軟件通道分析儀和頻譜圖查看器檢查分布式傳感數據集的寬帶特性,覆蓋從接近靜態到大于 100 kHz 的范圍。
我們先進的分布式傳感數據管理能夠有效利用計算資源,從而實現大多數現代個人計算機都能完成的處理。處理功能允許將原始傳感器數據簡化為可以有效顯示的形式。(非光學背景用戶友好)DxS Browser軟件功能還允許各種分布式傳感流的空間參考。通過將各種設備(如閥門、管道接頭、穿孔和任何其他已知信號源)引用到特定的傳感器通道或通道集,用戶可以可視化特定的設備響應。

05 OptaSense CCS監測主要功能
CO2羽流分布高分辨率繪制
常年布設的DAS VSP設備通過三口井監測加拿大西部設施的CO2羽流遷移進展情況:
可重復光纖傳感技術具有隨時間跟蹤CO2羽流的靈敏度。
寬帶數據允許成像工具提供地下的清晰圖像。
高分辨率DAS VSP成像提供CO2儲存區域的三維幾何結構。
低HSE暴露性和油井中的永久監測光纖電纜降低了總體運行和監測成本。

超高分辨率4D VSP碳存儲監測
DAS & DTS 碳驅替水力壓裂監測

1.5m分辨率的DAS能夠分析垂直井中間距較窄的射孔叢,并對叢周圍的流態進行更詳細的分析。


使用安裝在裸眼完井管柱外部的光纖,DAS能夠深入了解裸眼處理過程。下圖屏幕截圖顯示了通過滑套完井管柱進行的五種不同處理。在DAS采集的早期進行,該數據識別封隔器故障,并有助于確定裂縫起始。

DAS監測數據可以作為壓裂模型的關鍵修正依據。下圖是未考慮DAS數據的修訂前Gohfer模型。在此,使用DAS對同一模型進行了修正,估計的支撐劑濃度區域存在顯著差異。


碳運輸管道獨有4-模式泄漏監測
NPP(負壓脈沖)
這一特征會在在主要擾動事件中立即產生,并在被測物內以極快的速度在兩個方向傳播:信號與被測物相耦合,并由連續的外部光纖進行接收。這通常是我們最敏感的檢測模式,也是一種相當獨特的信號。
OFN(事件噪聲)
這一特征會在在擾動事件中立即產生。小的擾動事件只會產生非常小的聲學成分,因此需要光纖電纜盡量靠近被測物。
環境應變 ES(被測物變形)
對于大型擾動或變形事件,會立即觸發警報。對于小擾動或變形,在事件效應到達光纖之前不會發出警報。這段時間的長短取決于光纖電纜的偏移量和方向。
DTGS(分布式溫度梯度傳感)
警報需要擾動事件(或溫度效應)到達光纖,而且通常在延遲一段時間后才會出現。這段時間取決于電纜的偏移量、被測物條件和方向。


06 OptaSense CCS監測實例


殼牌石油加拿大艾伯塔省Quest碳存儲監測項目

自2011年以來,OptaSense為各種客戶獲取并分析了碳捕獲和儲存現場數據。在許多情況下,跟蹤地下CO2羽流的大小至關重要,以確保隨著時間的推移實現較理想的碳儲存。
CO2注入是沿著部署在鉆孔中的光纜測量的,提供按深度注入的氣體量。隨著時間的推移,OptaSense 的延時 2D/3D/VSP地震采集和處理技術可以可靠地跟蹤地下CO2羽流體積和氣驅運動。

殼牌位于阿爾伯塔省薩斯喀徹溫堡的QUEST 碳捕獲和儲存設施。
分布式光纖聲波傳感技術(DAS)應用于 CCS 監測的優勢:
現場表征期間的地質和儲層評估;
繪制設施壽命期內 CO2 羽流遷移圖;
確定多區完井井的 CO2 注入速率分布;
在所有項目階段監測誘發地震活動;
確保油井和儲存的完整性。
操作員能夠監測儲存設施內CO2羽流的傳播情況。來自各種 DAS 年份的信息展示了一種可重復的技術,可以成功跟蹤儲層中的微小變化。他們能夠用分布式傳感數據驗證其存儲模型,表明這些設施可以在未來幾年內得到有效和安全的監測。通過在井中或表面使用光纖,操作員能夠避免在惡劣的井中環境下其他傳感儀器的高維護成本。
2020年7月,運營商依托此方案實現了一個里程碑式的運營效果:在五年內注入500萬噸CO2,在原計劃的基礎上節約了35%。

每個VSP測線中2015年基線和2016年監測器之間振幅差的最小曲率插值,代表了注入6個月后對 CO2存在的地震響應的地圖視圖(Bacci、O'Brien、Frank和Anderson,在Quest CCS項目中使用DAS時移VSP進行CO2羽流監測,CSEG記錄器,2017年4月,第21頁)。


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