灌注试验阶段监测

灌注阶段地面、井中和井地联合地球物理勘探~

与钻探结合的井中和井地联合地球物理勘探工作完成后，是灌注试验阶段的地面、井中和井地联合地球物理勘探阶段，也可以称作灌注地球物理监测阶段。该阶段的目的在于通过监测试验，选择适用于长期监测的地球物理监测手段。较之前两个阶段的地球物理选址勘探，这一阶段地球物理选址勘探控制范围一般以灌注孔为中心，监控附近监测孔和地表区域。
在这一阶段，前两个阶段的勘探手段都存在应用的可能性，但增加了时间偏移的特点，常用的方法有三维地面地震监测、VSP监测、声波或电阻率层析成像监测等。在选择实际的勘探手段之前，一般需要依据前期勘探的结果，并结合地质资料，进行数值模拟以确认该勘探手段的可行性。需要根据模拟结果确定灌注试验监测的周期和监测数据采集的时间间隔。

　　基桩检测开始时间：当采用低变法或声波透射检测时，受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70％，且不应低于15MPa；当采用钻芯法检测时，受检桩的混凝土龄期应达到28d，或受检桩同条件养护试件应达到设计强度要求；承载力检测前的休止时间。除应符合本条第2款的规定外，当无成熟的地区经验时，尚不应少于表3.2.5规定时间。［双重规定：应同时满足地基土休止时间和桩身混凝土龄期（或设计强度）］
　　灌注桩试桩后七天可以检测吗？“试桩”无此术语！（基桩检测可分为施工前为设计提供依据的“试验桩”检测和施工后为验收提供依据的工程桩检测。）明确检测目的，才能先择检测方法。所以该题的提问，题意不明白！选为“专业回答”题很不妥当。
　　《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014

（一）目的任务

通过不同灌注方案灌注试验监测，获得灌注量、灌注压力、灌注速率、储盖层压力与温度、储层内CO₂扩散运移与地下水水质变化等参数，对场地综合评价、灌注方案优化、数值模型和规模化CO₂地质封存工程设计提供监测数据。

（二）灌注试验监测方案

灌注试验期间动态监测主要监测注入量、灌注压力、灌注速率、储盖层压力与温度、储层内CO₂扩散运移与地下水水质变化等参数。灌注试验阶段监测技术路线见图7-10所示。

（三）监测方法

CO₂灌注井是灌注试验的主体和关键，美国环保署对CO₂地下灌注井的强制要求概述见表7-35。该强制要求特别提出，灌注试验监测的重点是分析灌注物，对目标层进行连续的温度和压力监测，还要对羽流进行示踪监测。灌注井监测装置如图7-11所示。

1.套管压力监测

套管压力监测主要用来监测灌注井和监测井套管的压力，根据压力变化发现可能通过井筒的CO₂泄漏，以及防止井喷保证现场人员人身安全。套管压力监测技术比较成熟，选择合适的压力表安装到井口即可。对于CO₂灌注井或监测井建议安装两个压力表，其中大量程用来指示保证工作人员安全的安全压力，防止井喷；小量程压力表灵敏度较高，用来指示由于CO₂在井筒内含量增加引起的压力变化。

图7-10 灌注试验监测方案图

表7-35 美国环保署对CO₂地下灌注井的强制要求概述

2.灌注量监测

在保证灌注压力不突破盖层的前提下，通过灌注量和灌注压力的监测，衡量封存场地灌注潜力，验证孔隙度、渗透率等地层参数。流量计包括超声波流量计、差压流量计和容积式流量计等。灌注量监测技术比较成熟，在保证测量精度、安装方便、显示直观的前提下选择即可。

3.储盖层压力温度监测

主要利用井下温度和压力传感器实时采集目的层的温度和压力数据，通过电缆传输至地面监测系统。由于压力和温度监测需要在储盖层同时展开，需要采用分层监测技术。监测仪器安装过程如下：

（1）下入前，连接传感器和电缆与地面直读系统进行设备调试；

图7-11 灌注试验监测示意图（据密西西比CCS项目，2008）

（2）将压力和温度传感器连接到通讯电缆上；

（3）将传感器、电缆通过电缆保护套固定在油管上；

（4）下入油管，同时在不同的分隔层位下入封隔器，进行层间隔离；

（5）将管柱下至设计位置后，调整封隔器卡点位置，坐油管挂；

（6）连接地面直读装置，进行不同目的层压力温度实时显示。

压力计和温度计监测示意图如图7-12所示。

由于CO₂是酸性气体，同时储盖层位置一般较深，压力和温度监测仪器的选择应遵循以下原则：

（1）传输电缆、传感器应具有耐压、防腐和耐高温的特性；

（2）采用适合分层监测的通讯方式；

（3）具有对地下传感器可靠的供电方式；

（4）传感器尺寸符合井结构设计要求；

（5）满足压力测量精度0.02％和温度测量精度±0.2℃；

（6）监测时间间隔可调；

（7）兼有数据存储和地面直读两种功能。

4.废弃井监测

废弃井包括废弃的灌注井、观测井和油田勘探开发等留下的废弃井等。废弃井是后期造成CO₂泄漏的主要途径之一。对废弃井的处理，可采用灌注水泥或直接进行机械性封堵的方法。对于无套管废弃井的处理可直接灌注大量水泥；对于有套管的废弃井，虽然套管可以在一定程度上起到防泄漏的作用，但过长的时间套管可能遭受腐蚀，使套管与水泥墙、套管与水泥塞以及套管本身都可能存在潜在的泄漏通道，因此需要移出套管后，直接灌注水泥，通过水泥封堵CO₂潜在的泄漏通道。封堵后的废弃井要定期使用被动声波等手段进行CO₂泄漏监测。

5.井外泄漏监测

井外泄漏监测可参考前述的大气环境和土壤大气CO₂通量监测技术展开。不同之处在于，井外监测主要以灌注井、监测井之间以及井周围小范围为监测区。灌注试验阶段，在小范围区域内，灌注的CO₂主要受灌注压力的驱动向四周扩散。因此，监测点布置主要按照均匀网格化形式进行部署，监测点之间距离为5～10m，大气监测点和土壤监测点可交叉设置。

6.CO₂扩散运移监测

CO₂扩散运移监测主要采用时移VSP地震监测和流体化学背景值监测。当CO₂灌注到储层后，将通过溶解、弥散、扩散和对流等各种物理和地球化学捕集机制，分布于盖层之下的储层内。时移VSP监测方法通过分析不同阶段野外采集资料的地震波场特征，建立地震波场特征改变与CO₂封存引发的地层参数变化之间的关系，确定地下CO₂的扩散运移过程和空间分布状况。定期采集地下水水样并对其组分进行分析，通过原位在线监测系统对部分参数（pH值、电导率等）进行实时监测，可发现由于CO₂导致的地下水化学组分的变化，从而间接判断CO₂运移和分布状况。

（1）时移VSP地震监测：时移VSP地震监测在监测井中展开，包括零井源距VSP、Walkaway-VSP和Walkaround-VSP三类监测方法。根据实际的监测需求，可能采用3种方法中的一种或几种组合。由于时移VSP地震监测需要钻孔的配合，因此这种方法只能监测钻孔附近一定范围内的CO₂扩散运移情况。时移VSP地震监测的监测周期一般为1年或几个月。时移VSP地震监测的观测点距、观测级数、激发点方位和偏移、激发能量等参数需要依靠现场试验确定。以下简述3类典型的工作方法。

1）零井源距VSP地震监测：震源在地表，靠近井口，偏移距一般小于200 m，检波器在井中，接收初至波和续至波。零井源距VSP地震监测测量井眼附近一定深度范围内的CO₂运移过程和空间分布状况。工作示意图和处理流程见图7-13和图7-14所示。

图7-12 灌注井、监测井压力和温度监测示意图（据北京华油油气技术开发有限公司，2010）

图7-13 零井源距VSP工作示意图（据东方地球物理公司，2010）

图7-14 零井源距VSP资料处理流程图（据东方地球物理公司，2010）

2）Walkaway-VSP地震监测：震源在地表，检波器在井中，接收初至波和续至波，震源不是固定在一个点，而是沿一条线移动。Walkaway-VSP地震监测的测线数目要根据监测需求确定，至少为一条。Walkaway-VSP地震监测测量以井眼为中心的测线断面一定深度范围内的CO₂运移过程和空间分布状况。工作示意图和处理流程见图7-15和图7-16所示。

图7-15 Walkaway-VSP工作示意图（据东方地球物理公司，2010）

图7-16 Walkaway-VSP资料处理流程图（据东方地球物理公司，2010）

3）Walkaround-VSP地震监测：震源在地表，检波器在井中，接收初至波和续至波，震源不是固定在一个点，而是沿一个圆周移动。Walkaround-VSP地震监测圆弧状测线数目要根据监测需求确定，至少为一条，关键区域可以适当加密测线。地震监测测量以井眼为顶面圆心的一个圆台的一定深度范围内的CO₂运移过程和空间分布状况。工作示意图和处理流程见图7-17和图7-18所示。

（2）流体化学背景值监测：流体化学背景值监测可采用两种方式。一是通过分层采样装置分别采集每个储层的地下水水样，然后采用现场快速检测设备或者送实验室进行检测；二是在储层内安装pH、电导率等流体参数在线自动监测仪器。

分层采样中利用封隔器隔离储层层位，每一层段设置一个液控开关，同时在距离井口以下一定位置安装螺杆泵。使用移动式地面驱动泵向油管内泵入液压油，实现井下开关换层，然后驱动抽油杆带动螺杆泵，驱动实现单层排液，井口取样（图7-19）。

图7-17 Walkaround-VSP工作原理示意图（据东方地球物理公司，2010）

图7-18 Walkaround-VSP资料处理流程图（据东方地球物理公司，2010）

分层取样时，需要注意以下几个问题。

1）每次换层取样前，要对取样层进行充分的排液置换，以剔除换层前混合积液对水样的影响。同时，排除监测层内一定量的液体，能够在地面上考察水质变化情况。

2）由于地面无法显示液面下液控开关的状况，每次换位要做好记录，以免取样时出现层位错乱的现象。

3）由于螺杆泵转子需要沉没在液面以下，否则会导致转子烧毁。为此需在取样管上安装流量计和电源监控装置。当启动螺杆泵后，而流量计没有流量显示时，一定时间内由流量计发出报警信号，应及时切断电源关闭螺杆泵。

pH值、电导率等化学流体参数的在线原位监测是将pH值、电导率等电极置于储层内，借助某种传输方式将原位监测结果传输到地面。原位监测不仅具有实时、自动、可靠性高等优点，而且能够在真实环境下对储层地下水水质进行监测，保证了参数的原质性，避免了水样的二次污染。

目前，用于深层远距离信号的传输技术相对比较成熟，如单芯电缆传输技术、CAN总线传输技术等。对于电极来说，由于监测层位较深（800m以下），一般玻璃离子选择性电极很难满足要求，开发能够满足深层监测的固体电极将是该领域的发展趋势和研究方向。

（四）技术要求

（1）保护好、维护好CO₂灌注井和监测井，做好警示标记，非专业人员不得开启。

（2）灌注试验的设计过程要充分考虑各项监测项目的影响因素，对妨碍得到准确数据的因素采取相应的措施予以消除或避免。注意试验细节的设计，针对试验中可能出现的突发性问题要有充分的应急措施。

（3）保证试验的可重复性。

（4）试验人员要求接受全面的培训，严格按照操作规程和试验方案进行。

（5）保证采集数据的准确性和可靠性，制定合理的试验和监测精度要求。

（6）灌注试验所用仪器的精度、材料质量要经过质量审核，符合国家和行业标准。

（7）灌注试验的操作规程可参照石油部门的相关技术要求进行。

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市北区17897297911： 灌注桩基施工完最短多久可以检测 - ？
驷雄凯舒： 一般最短需要7天时间.严格来讲需要更长时间的 ,因为要达到混凝土的近最高强度值. 另外需要提醒的是,灌桩桩护壁使用最好的泥浆是可利尔化学泥浆.

市北区17897297911： 混凝土灌注过程中应完成哪些试验?试件需要多少?测定哪些指标?？
驷雄凯舒： 1、桩位测量表 2、钻孔记录、成孔记录 3、成孔检验记录 4、钢筋笼检验记录 5、混凝土灌注记录 6、实验资料 所有资料监理签完字后放档案盒里

市北区17897297911： 我刚做监理,想问些关于冲孔灌注桩和旋挖桩在监理过程中要注意些什么? - ？
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市北区17897297911： 钻孔灌注桩成孔后应该进行哪些指标检测? - ？
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市北区17897297911： 钢筋计的观测阶段:用混凝土浇注前观测一次,浇注后的观测一次,之后怎么观测? - ？
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