王建夫 張志勝 安國(guó)印 王文權(quán) 巴金紅 尹 浩 康延鵬

1. 中國(guó)石油儲(chǔ)氣庫(kù)分公司 2. 國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司西氣東輸分公司

3. 中國(guó)石油華北油田公司 4. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院

0 引言

鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)）作為一類重要的儲(chǔ)氣設(shè)施，在季節(jié)調(diào)峰和長(zhǎng)輸管道應(yīng)急方面發(fā)揮了重要作用[1-2]。由于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)存儲(chǔ)氣量巨大且一般位于人口較為稠密的地區(qū)，一旦發(fā)生天然氣泄漏爆炸事故，將造成巨大的人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失。例如，2001年1月美國(guó)堪薩斯州Yaggy儲(chǔ)氣庫(kù)泄漏爆炸，損失約600×104m3的天然氣，導(dǎo)致2死1傷，數(shù)百居民被疏散[3]。2021年6月，湖北省十堰市燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿试斐芍卮笕藛T傷亡，更是給儲(chǔ)氣庫(kù)安全生產(chǎn)敲響了警鐘。

目前，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)展的安全監(jiān)測(cè)手段主要有地表沉降監(jiān)測(cè)、微地震監(jiān)測(cè)和帶壓聲吶測(cè)井等[4-7]。2006年至今，中石油金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)已連續(xù)進(jìn)行14次地面沉降監(jiān)測(cè)，庫(kù)區(qū)沉降基本穩(wěn)定，未發(fā)生超量沉降及突發(fā)性災(zāi)害沉陷[5]。2016年利用微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)造腔和注氣過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明造腔活動(dòng)未產(chǎn)生腔體較大的破裂或垮塌，注氣壓力上升可導(dǎo)致斷層活動(dòng)[6]。對(duì)投產(chǎn)鹽腔每5年進(jìn)行一次帶壓聲吶測(cè)腔監(jiān)測(cè)，2015年JZ井聲吶測(cè)腔發(fā)現(xiàn)腔頂發(fā)生約5 m垮塌[7]。但以上監(jiān)測(cè)手段主要是針對(duì)鹽腔形態(tài)、裂縫、腔體垮塌等，無(wú)法監(jiān)測(cè)腔體或井筒等注采系統(tǒng)的微泄漏情況。

氣體示蹤檢測(cè)技術(shù)是將氣體示蹤劑加入密閉容器內(nèi)，通過(guò)物理或化學(xué)檢測(cè)手段獲取容器外部示蹤劑的濃度及分布，來(lái)評(píng)價(jià)容器的泄漏狀態(tài)，可有效監(jiān)測(cè)鹽穴、井筒或地面管線的密封性。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于油氣藏監(jiān)測(cè)中，主要用于二氧化碳、空氣泡沫等氣驅(qū)井組間的連通情況，判斷受效方向等[8-10]，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)該技術(shù)在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏監(jiān)測(cè)中的研究和應(yīng)用情況。

為此，筆者依托高分辨質(zhì)譜儀建立了SF6痕量氣體示蹤劑檢測(cè)方法（檢測(cè)設(shè)備主要由在線冷凍大氣采樣器、在線多氣氛反應(yīng)熱解/熱脫附爐等組成），并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了技術(shù)的可行性。進(jìn)而利用該監(jiān)測(cè)方法在金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)展了鹽腔微泄漏監(jiān)測(cè)、腔體間連通性監(jiān)測(cè)、環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)和井口及地面管線微泄漏監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)可為其他儲(chǔ)氣庫(kù)提供借鑒。

1 氣體示蹤微泄漏監(jiān)測(cè)原理

基于氣體示蹤的微泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)在密閉容器外檢測(cè)示蹤劑含量來(lái)判斷容器是否發(fā)生微泄漏。示蹤氣體通常選擇六氟化硫（SF6），其為一種人工合成的惰性氣體，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不燃、不爆炸，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，作為安全性保護(hù)氣被廣泛應(yīng)用于電力和電器工業(yè)中[11-12]，可作為鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的氣體示蹤劑。

現(xiàn)有的氣體示蹤劑檢測(cè)方法檢測(cè)對(duì)象是氣體樣本，檢測(cè)能力較低，無(wú)法滿足大氣中痕量示蹤劑的檢出限要求。本文提出了一種新的檢測(cè)方法：①建立示蹤劑氣體吸附再解脫附的檢測(cè)流程，提高檢測(cè)能力；②對(duì)SF6進(jìn)行定性定量分析，獲得滿足現(xiàn)場(chǎng)微泄漏監(jiān)測(cè)要求的極低SF6含量的檢出限和標(biāo)準(zhǔn)氣體定量曲線；③進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證該方法的可行性。

1.1 痕量氣體示蹤劑檢測(cè)流程

痕量氣體示蹤劑檢測(cè)主要依托于氣相色譜—傅立葉變換靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜儀（型號(hào)：賽默飛Q Exactive GC Orbitrap）。該儀器采用先進(jìn)的靜電場(chǎng)軌道阱（Orbitrap）檢測(cè)技術(shù)，分辨率超過(guò)160 000 FWHM（m/z =127）且具有良好的靈敏度，滿足示蹤劑痕量氣體檢測(cè)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求研制了與之配套的在線冷凍大氣采樣器和在線多氣氛反應(yīng)熱解/熱脫附爐。檢測(cè)流程如圖1所示：①采用自主研發(fā)的在線冷凍大氣采樣器低溫采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空氣樣本，將采集后的吸附柱兩端密封，放置于－20 ℃便攜式冷阱中保存；②采用多氣氛反應(yīng)熱解/熱脫附爐對(duì)低溫保存的吸附柱進(jìn)行大體積、快速熱脫附，釋放吸附的氣體示蹤劑；③脫附后的氣體載入氣相色譜—傅立葉變換靜電場(chǎng)軌道阱超高分辨質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)、記錄。

圖1 痕量氣體示蹤劑檢測(cè)流程圖

1.2 建立示蹤劑SF6檢測(cè)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1）配置標(biāo)準(zhǔn)氣體：用10 μL氣體進(jìn)樣器準(zhǔn)確抽取高純SF6氣體0.4 μL，注入2.0 mL高純氮?dú)饪掌恐?，制成濃度?.0×10－5V/V的一級(jí)SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體。再分別抽取一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)氣1.0 μL、2.0 μL、4.0 μL、5.0 μL、8.0 μL注入同樣2.0 mL高純氮?dú)饪掌恐校瞥蓾舛确謩e為 1.0×10－8V/V、2.0×10－8V/V、4.0×10－8V/V、5.0×10－8V/V和8.0×10－8V/V的二級(jí)SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體。

2）使用在線冷凍大氣采樣器采樣：在－20 ℃采樣溫度下，以300 mL/min抽取室內(nèi)空氣，將二級(jí)SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體各取1 μL注入抽氣管口，混合氣通過(guò)填充固相吸附劑Matrix Carboxen 1000的分子篩吸附柱吸附SF6，在抽取40 L室內(nèi)空氣后停止，將吸附柱兩端密封即可獲得標(biāo)準(zhǔn)氣體吸附濃縮樣品。

3）吸附樣品熱脫附：將吸附柱去除封口后，放入在線多氣氛反應(yīng)熱解/熱脫附爐中，高純氦氣作為載氣，以流速1.2 mL/min通過(guò)吸附柱，熱解/熱脫附爐初始加熱溫度30 ℃，保持0.5 min后以100 ℃/min快速升溫至300 ℃，保持3 min進(jìn)行在線氣體熱脫附。

4）示蹤劑氣體檢測(cè)：脫附后氣體載入氣相色譜—傅立葉變換靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.2 示蹤劑SF6定性定量分析

經(jīng)檢測(cè)，SF6用于定性定量的特征碎片離子（SF5）質(zhì)譜峰的理論分子量為126.963 54 u，氣體示蹤劑定性準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的分子量為126.963 45 u（圖2），實(shí)際誤差值為0.09 mmu，定性分辨率159 670 FWHM，定性精度0.71×10－6，完全滿足儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏監(jiān)測(cè)對(duì)氣體示蹤劑精確定性分析的要求。

圖2 實(shí)測(cè)氣體示蹤劑定性、定量質(zhì)譜峰圖

由于使用的高分辨質(zhì)譜儀具有優(yōu)秀的降噪抑噪能力，其待測(cè)物的響應(yīng)背景噪聲往往為0，因此必須采用統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的檢出限（DL，Detection Limit），見(jiàn)式（1）。由統(tǒng)計(jì)學(xué)形式指定的檢出限和定量限采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，Relative Standard Deviation）見(jiàn)式（2），可間接測(cè)量質(zhì)譜儀所檢測(cè)到的定量物質(zhì)的離子計(jì)數(shù)值，避免了當(dāng)選擇無(wú)基線噪聲區(qū)域的測(cè)量峰面積去推斷靈敏度時(shí)造成的不確定性，確保無(wú)論在高背景噪聲下，還是在低背景噪聲下定量檢出限均嚴(yán)格有效。

式中DL表示示蹤劑檢出限，V/V；RSD表示重復(fù)n次進(jìn)樣所測(cè)得的響應(yīng)值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；ta表示T檢驗(yàn)下單側(cè)置信度99%自由度n－1時(shí)的置信因子；Ni表示標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度，V/V；Xi表示第i次檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰面積；表示n次檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰面積的平均值；n表示檢測(cè)次數(shù)。

經(jīng)過(guò)7次重復(fù)檢測(cè)，獲得不同濃度下的SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體檢測(cè)峰面積（Xi），并計(jì)算獲得平均峰面積（）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）（表1）。檢出限是按照多次測(cè)定痕量濃度2.5×10－16V/V的SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體之后，在被測(cè)定的SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體痕量濃度下所產(chǎn)生的信號(hào)能以95%置信度區(qū)別于空白樣品而被測(cè)定出來(lái)的最低分析的量，通過(guò)式（1）和（2）計(jì)算獲得SF6檢出限為DL＝4.26×10－17V/V，該檢測(cè)濃度完全滿足現(xiàn)場(chǎng)痕量示蹤劑的檢測(cè)要求。同時(shí)，建立了SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體的定量曲線（圖3），ni= 3.014×10－19Xi＋ 8.331×10－18，R2= 0.994 7，曲線擬合程度較高，可準(zhǔn)確定量分析SF6濃度。

表1 不同痕量濃度SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體的峰面積表

圖3 痕量SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體定量擬合曲線圖

1.3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

基于氣體示蹤技術(shù)的儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏需要超高靈敏度的檢測(cè)技術(shù)，因此，需要驗(yàn)證該技術(shù)對(duì)天然氣微泄漏監(jiān)測(cè)的可行性?，F(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證試驗(yàn)是在給定的井場(chǎng)放置示蹤氣體泄漏源，設(shè)定示蹤氣體SF6的泄漏速度為1.0 mL/min，持續(xù)泄漏5 d后在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)天氣分別在距泄漏源1 m、10 m、30 m、50 m處抽取地表空氣40 L進(jìn)行檢測(cè)（圖4），檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。從圖4、表2可看出，示蹤氣體濃度和泄漏點(diǎn)距離有一定的負(fù)相關(guān)性，距離越遠(yuǎn)，檢測(cè)到的示蹤劑濃度越低，表明該方法可以指示泄漏點(diǎn)位置區(qū)域。由于距泄漏點(diǎn)50 m的檢測(cè)點(diǎn)是位于農(nóng)田田埂下方的凹陷處，該處示蹤劑濃度是距泄漏點(diǎn)30 m處的3.8倍，表明示蹤氣體SF6在低洼地方可以形成聚集，有更強(qiáng)的示蹤性。試驗(yàn)結(jié)果表明：可以通過(guò)監(jiān)測(cè)示蹤氣體SF6在地表大氣中的含量來(lái)監(jiān)測(cè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣的泄漏情況，并獲取泄漏點(diǎn)位置，評(píng)價(jià)腔體或庫(kù)區(qū)天然氣的泄漏狀態(tài)。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證試驗(yàn)示意圖

表2 試驗(yàn)場(chǎng)地的地表大氣中SF6的檢測(cè)濃度表

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

中石油金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)位于江蘇省金壇市直溪鎮(zhèn)，建庫(kù)鹽層區(qū)域面積11.2 km2，建庫(kù)深度約1 000 m，鹽層最厚區(qū)域達(dá)180～230 m[13-14]。經(jīng)過(guò)10余年建設(shè)，截至2020年，已累計(jì)建成鹽腔超過(guò)40個(gè)，形成庫(kù)容約12×108m3，是亞洲規(guī)模最大的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。針對(duì)金壇鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的特點(diǎn)，筆者利用基于氣體示蹤的微泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)展了鹽腔微泄漏監(jiān)測(cè)、腔體間連通性監(jiān)測(cè)、環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)和井口及地面管線微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分為以下3個(gè)階段：①試驗(yàn)前檢測(cè)目標(biāo)井示蹤劑背景值；②選擇注入井注入示蹤劑；③檢測(cè)目標(biāo)井示蹤劑含量。第一階段測(cè)量結(jié)果顯示目標(biāo)井示蹤劑背景值均為0，可認(rèn)為儲(chǔ)氣庫(kù)礦區(qū)內(nèi)自然條件下無(wú)示蹤劑SF6。第二階段注入示蹤劑，根據(jù)注氣特點(diǎn)設(shè)計(jì)井場(chǎng)示蹤劑注入流程如圖5所示，試驗(yàn)前所有閘閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。步驟為：①打開(kāi)閘閥2，采用井場(chǎng)天然氣放空裝置放空閘閥1與閘閥2之間的管線；②待放空后，關(guān)閉閘閥2和放空裝置，從閘閥1和閘閥2間的壓力表考克處連接示蹤劑鋼瓶，注入SF6示蹤劑；③示蹤劑注入完成后，關(guān)閉壓力表閥門(mén)，打開(kāi)閘閥2及與井口之間的所有注入閘閥，閘閥1保持關(guān)閉狀態(tài)；④啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，待天然氣進(jìn)口壓力高于井口壓力后，緩慢打開(kāi)閘閥1，推動(dòng)示蹤劑進(jìn)入鹽腔。結(jié)合監(jiān)測(cè)計(jì)劃，本次選擇了6口井注入示蹤劑，其中A～E井為新腔井，F(xiàn)井為老腔井，注入結(jié)果如表3所示。第三階段根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，開(kāi)展了目標(biāo)井示蹤劑含量檢測(cè)和分析。

表3 示蹤劑注入情況表

圖5 井場(chǎng)注示蹤劑示意圖

2.1 鹽腔微泄漏地面監(jiān)測(cè)

鹽腔具有極低的滲透率、良好的蠕變行為，是理想的石油和天然氣等碳?xì)浠衔锏牡叵聝?chǔ)備場(chǎng)所[15]。但也存在天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)，主要有以下4種類型（圖6）：①泥巖夾層密封性不足引起氣體近水平滲漏；②鹽腔與斷層連通引起斷層泄漏；③蓋層被突破失效導(dǎo)致氣體上竄；④井筒完整性失效導(dǎo)致氣體逃逸。而天然氣泄漏可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生，為此，開(kāi)展了鹽腔微泄漏地面監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

圖6 鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣泄漏示意圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取A和E這2口井進(jìn)行地面區(qū)域監(jiān)測(cè)，腔體形態(tài)見(jiàn)圖6。監(jiān)測(cè)網(wǎng)格為中國(guó)結(jié)形狀（圖7-a），以井口作為坐標(biāo)中心點(diǎn)，每隔50 m設(shè)置1個(gè)采集點(diǎn)，共計(jì)25個(gè)采集點(diǎn)，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集覆蓋面積為1.2×105m2。采集氣體時(shí)從GPS測(cè)量?jī)x上測(cè)得各個(gè)采集點(diǎn)坐標(biāo)，記錄工作時(shí)的風(fēng)力、風(fēng)向和地表溫度。采集時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整，實(shí)際采集點(diǎn)分布如圖7-b、c所示。

圖7 地面采樣點(diǎn)分布圖

2020年9月19—20日、2020年9月28—29日在風(fēng)力較小的天氣分別進(jìn)行了A、E井背景值測(cè)量，均未檢測(cè)出SF6。2020年10月20日在A井注入示蹤劑29 kg，腔內(nèi)示蹤劑濃度為1.709×10－6L/L。2020年10月29日在E井注入示蹤劑41 kg，腔內(nèi)示蹤劑濃度2.314×10－6L/L。時(shí)隔約1個(gè)月后，2020年11月21—22日，同一檢測(cè)網(wǎng)格下分別進(jìn)行了2口井的示蹤劑濃度區(qū)域性檢測(cè)，結(jié)果均未檢測(cè)出SF6。示蹤劑注入前后均未檢測(cè)到SF6，表明兩個(gè)鹽腔氣密封性均較好，不存在天然氣泄漏情況，這也與現(xiàn)場(chǎng)多年安全運(yùn)行情況相符。

2.2 腔體間連通性監(jiān)測(cè)

當(dāng)相鄰腔體間礦柱寬度過(guò)低時(shí)，由于蠕變破壞或泥巖夾層穿刺漏失等原因，可能引起儲(chǔ)氣庫(kù)間串庫(kù)現(xiàn)象[16]。此時(shí)各個(gè)鹽腔之間將會(huì)失去獨(dú)立性，嚴(yán)重影響儲(chǔ)氣庫(kù)穩(wěn)定性和注采氣功能。為此，開(kāi)展了腔體間連通性監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

F、G、H井為獨(dú)立的采鹵老腔改建的儲(chǔ)氣庫(kù)，F(xiàn)井處于G、H井的中間位置，距離G、H井較近且均為22.1 m（圖8）。老腔形態(tài)均比較規(guī)則，但由于腔體間距離較近，存在串庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)，所以選擇該井組作為試驗(yàn)井組。監(jiān)測(cè)方案為F井作為示蹤劑注入井，G、H井作為示蹤劑檢測(cè)井。2020年9月28日在G、H井進(jìn)行了示蹤劑背景值測(cè)量，為了安全，并考慮到該井組剛經(jīng)歷過(guò)采氣，決定采取收集地面管線內(nèi)放空的天然氣來(lái)代替腔內(nèi)天然氣樣本的方法，結(jié)果未檢測(cè)到SF6。2020年10月30日將40 kg示蹤劑注入F井中。2020年12月4日進(jìn)行了G、H井示蹤劑檢測(cè)，采集天然氣樣本時(shí)，在井口泄壓口邊釋放天然氣邊抽取，最終抽取體積達(dá)到40 L，兩井均未檢測(cè)到SF6。示蹤劑注入F井前后，G、H井內(nèi)均未檢測(cè)到示蹤劑，試驗(yàn)結(jié)果表明F井與G、H井之間未發(fā)生腔體間連通。雖然腔體間距較小，但3口老腔改造井一直采用同注同采的方式運(yùn)行，運(yùn)行壓力也比較合理[14]，所以并未發(fā)生腔體間連通。

圖8 腔體流通性監(jiān)測(cè)示意圖

2.3 環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)

環(huán)空帶壓是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)注采氣井的一個(gè)突出問(wèn)題，較大的環(huán)空壓力可能存在生產(chǎn)安全隱患，但環(huán)空帶壓的原因一直難以判斷[17]。2018年金壇5口老腔改造井出現(xiàn)不同程度的環(huán)空帶壓現(xiàn)象，A環(huán)空（圖9）壓力分別達(dá)到了 3.8 MPa、4.5 MPa、3.8 MPa、6.6 MPa、10.0 MPa[18]。2019年金壇儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)曾開(kāi)展過(guò)分布式光纖測(cè)環(huán)空帶壓井油套管泄漏試驗(yàn)，但并未檢測(cè)出泄漏位置[19-20]。為了判斷環(huán)空帶壓是否由井筒泄漏產(chǎn)生，開(kāi)展了新腔D井和老腔F井環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，此時(shí)該兩口井A環(huán)空壓力較低，分別為1.0 MPa和0.2 MPa。

圖9 儲(chǔ)氣庫(kù)注采氣井環(huán)空示意圖

2020年9月29日對(duì)D井和F井開(kāi)展了A環(huán)空示蹤劑背景值測(cè)量，均未檢測(cè)出SF6。檢測(cè)時(shí)打開(kāi)井口A環(huán)空壓力表針型閥，邊釋放環(huán)空氣體邊采集樣本。10月27日對(duì)D井注入示蹤劑34 kg；10月30日對(duì)F井注入示蹤劑40 kg。11月23日對(duì)D、F井進(jìn)行環(huán)空氣體示蹤劑檢測(cè)，此時(shí)，環(huán)空壓力較低，僅釋放出少量氣體，測(cè)試結(jié)果為SF6含量為0，說(shuō)明兩井井筒和封隔器處不存在泄漏。根據(jù)金壇儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注采氣時(shí)A環(huán)空壓力會(huì)升高，曾發(fā)生注氣時(shí)某井的A環(huán)空壓力由2 MPa升至8 MPa的現(xiàn)象，而非注采氣期間A環(huán)空泄壓后則一直無(wú)環(huán)空壓力。綜上，認(rèn)為上述2口井環(huán)空帶壓不太可能是注采氣管柱泄漏引起的，很有可能因生產(chǎn)過(guò)程中注采氣管柱與生產(chǎn)套管間溫度/壓力升高導(dǎo)致[17]。

2.4 井口及地面管線微泄漏監(jiān)測(cè)

井口及地面管線是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)注采氣系統(tǒng)重要的組成部分，一旦發(fā)生破裂或失效，將導(dǎo)致天然氣泄漏甚至大火或爆炸[21]。例如，2004年8月美國(guó)德克薩斯州Moss Bluff儲(chǔ)氣庫(kù)泄漏爆炸起火，大火燃燒6天，波及半徑120 m，方圓3英里（1 英里＝1 609.34 m）居民撤離，損失天然氣1.7×108m3[22]。金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)10年，為了檢驗(yàn)井口及地面管線的完整性，開(kāi)展了井口及地面管線的微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

2020年9月29日對(duì)A、B、C、E井進(jìn)行了井口附近示蹤劑背景值檢測(cè)，未檢測(cè)到SF6。10月20日進(jìn)行了A、B、C井示蹤劑注入，10月29日進(jìn)行了E井示蹤劑注入。11月23日在B井井口進(jìn)行了示蹤劑檢測(cè)，檢測(cè)到SF6含量為1.797×10－13L/L，表明B井井口或地面管線存在微泄漏。為了驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性， 12月4日對(duì)A、B、C、E井井口進(jìn)行了示蹤劑檢測(cè)，檢測(cè)到SF6含量分別為1.441×10－13L/L、9.052×10－14L/L、1.299×10－13L/L、4.724×10－13L/L，表明上述4口井井口或地面管線確實(shí)存在微泄漏現(xiàn)象。原因?yàn)樵?口井在注入示蹤劑之后均進(jìn)行過(guò)采氣作業(yè)。例如，B井在注入示蹤劑后第一次檢測(cè)時(shí)正在進(jìn)行采氣，腔內(nèi)示蹤劑隨著天然氣流經(jīng)至井口及地面管線，在某些閘門(mén)或儀表與管線連接處發(fā)生微量泄漏?？梢钥闯鲂孤┑腟F6含量較低，介于1×10－13～5×10－13L/L，計(jì)算結(jié)果表明，示蹤劑泄漏量約1.0×10－6mL/min，天然氣泄漏量初步估計(jì)為1 mL/min，泄漏速率極低。根據(jù)天然氣爆炸極限濃度計(jì)算，當(dāng)天然氣泄漏量小于1 L/min，不存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，處于安全可控范圍內(nèi)，所以認(rèn)為井口及地面管線不存在完整性破壞。

試驗(yàn)結(jié)果表明：氣體示蹤技術(shù)可在鹽腔微泄漏監(jiān)測(cè)、腔體間連通性監(jiān)測(cè)、環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)和井口及地面管線微泄漏監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用，可實(shí)現(xiàn)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。但是現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中也存在幾點(diǎn)問(wèn)題，有待完善解決：①現(xiàn)場(chǎng)采集時(shí)吸附柱需要在－20 ℃下低溫保存，需要重量大的攜帶式冷阱、移動(dòng)電源等配套設(shè)備，采集不便，后期需要研發(fā)可移動(dòng)便攜式采集裝置；②示蹤劑注入前要選擇一段地面封閉管道進(jìn)行放空，浪費(fèi)了大量的天然氣資源，后期應(yīng)研發(fā)示蹤劑高壓注入裝置，在高壓下注入示蹤劑。

3 結(jié)論

1）依托于高分辨質(zhì)譜儀建立了由在線冷凍大氣采樣器、在線多氣氛反應(yīng)熱解/熱脫附爐組成的痕量氣體示蹤劑檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)建立了示蹤劑SF6定性定量檢測(cè)方法，得到了SF6檢出限D(zhuǎn)L＝4.26×10－17V/V和SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體的定量曲線，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。

2）金壇儲(chǔ)氣庫(kù)腔體微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明目標(biāo)鹽腔不存在天然氣泄漏現(xiàn)象；腔體間連通性監(jiān)測(cè)試驗(yàn)表明3口相鄰老腔間不存在連通現(xiàn)象；環(huán)空帶壓井筒微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明目標(biāo)井不存在井筒泄漏，環(huán)空帶壓的原因不太可能是注采氣管柱泄漏引起，很有可能因油套間溫度/壓力升高引起；井口及地面管線微泄漏監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明4口目標(biāo)井存在微泄漏現(xiàn)象，檢測(cè)到SF6含量基本在1×10－13～5×10－13L/L，估算天然氣泄漏速率為1 mL/min，認(rèn)為井口及地面管線不存在完整性破壞。

3）本次試驗(yàn)對(duì)氣體示蹤技術(shù)在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步嘗試，下一步的研究重點(diǎn)是進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)測(cè)區(qū)域，制定覆蓋全庫(kù)區(qū)大面積監(jiān)測(cè)方案。同時(shí)，設(shè)計(jì)自動(dòng)采集裝置，對(duì)庫(kù)區(qū)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最終，開(kāi)發(fā)微泄漏監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)軟件，建立一套有效的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)微泄漏長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全預(yù)警系統(tǒng)。