监测方法及装置与流程

本发明涉及环境领域，具体而言，涉及一种监测方法及装置。

背景技术：

二氧化碳地质封存技术是指在地面捕集CO₂，再注入地下封存的技术，这一技术可以大大减少CO₂向大气排放的排放量。注入的CO₂在地下将会与地层水缓慢发生物理、化学作用，最终会形成稳定的水溶液与矿物共存体。但在这一过程中，CO₂存在从封存的地层向上逸出的可能性，而CO₂一旦从封存的地层逸出，则会导致封存失败，并发生严重的环境问题。为此建立严密的监测体系，监测注入、封存的CO₂是否处于安全封存状态就非常关键。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种监测方法及装置，以至少解决相关技术中CO₂在地下封存时难以监测的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种监测方法，包括：通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，上述第一监测井设置在上述注入井的最小地应力方向上；通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，上述第二监测井设置在上述注入井的最大地应力方向上，上述最大地应力方向与上述最小地应力方向垂直，上述目标气体是通过上述注入井注入到上述注入层中的。

进一步地，上述第一监测井具有多个监测口，不同的监测口对应着不同的监测层，上述注入井具有多个注入口，不同的注入口对应着不同的注入层，其中，通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通包括：监测上述注入井的各注入口所对应的注入层与在相应水平面上的上述第一监测的各监测口所对应的监测层之间是否连通；若连通，则确定上述注入井的各对应注入层在横向上是连通的；若不连通，则确定上述注入井的各对应注入层在横向上是不连通的。

进一步地，通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效包括：通过上述第二监测井对盖层上部的砂层进行定期取样，得到定期取样结果，其中，上述盖层在上述注入层之上；根据上述定期取样结果，分析上述盖层上部的上述砂层中上述目标气体的浓度的变化情况；若上述砂层中上述目标气体的浓度逐渐变大，则确定上述目标气体在纵向上封存的无效；若上述砂层中上述目标气体的浓度不变，则确定上述目标气体在纵向上封存的有效。

进一步地，在确定上述目标气体在纵向上封存的无效之后，上述方法还包括：监测上述注入井周围近地表1米深度范围内上述目标气体的通量的变化情况；若上述目标气体的通量逐渐变大，则确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出地表；若上述目标气体的通量不变，则确定注入到上述注入层的上述目标气体未溢出地表。

进一步地，在确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出地表之后，上述方法还包括：监测上述注入井周围预设区域内的上述目标气体的浓度的变化情况；若上述预设区域内的上述目标气体的浓度逐渐变大，则确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出到大气中；若上述预设区域内的上述目标气体的浓度不变，则确定注入到上述注入层的上述目标气体未溢出到大气中。

进一步地，上述方法还包括：通过上述第二监测井对盖层以上部分进行时移检测，其中，上述盖层在上述注入层之上；根据时移检测结果，判断上述盖层以上部分是否存在气相目标气体；若存在，则确定上述目标气体在纵向上封存的无效；若不存在，则确定上述目标气体在纵向上封存的有效。

进一步地，上述方法还包括：通过卫星监测上述注入井周围的地表形变情况；根据地表形变监测结果，判断上述注入井周围的地层中是否有断层被激活；若有，则确定设置在上述注入层之上的盖层不完整；若没有，则确定设置在上述注入层之上的盖层完整。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种监测装置，包括：第一监测单元，用于通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，上述第一监测井设置在上述注入井的最小地应力方向上；第二监测单元，用于通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，上述第二监测井设置在上述注入井的最大地应力方向上，上述最大地应力方向与上述最小地应力方向垂直，上述目标气体是通过上述注入井注入到上述注入层中的。

进一步地，上述第一监测井具有多个监测口，不同的监测口对应着不同的监测层，上述注入井具有多个注入口，不同的注入口对应着不同的注入层，其中，上述第一监测单元包括：监测模块，用于监测上述注入井的各注入口所对应的注入层与在相应水平面上的上述第一监测的各监测口所对应的监测层之间是否连通；第一确定模块，用于连通的情况下，确定上述注入井的各对应注入层在横向上是连通的；第二确定模块，用于不连通的情况下，确定上述注入井的各对应注入层在横向上是不连通的。

进一步地，上述第二监测单元包括：取样模块，用于通过上述第二监测井对盖层上部的砂层进行定期取样，得到定期取样结果，其中，上述盖层在上述注入层之上；分析模块，用于根据上述定期取样结果，分析上述盖层上部的上述砂层中上述目标气体的浓度的变化情况；第三确定模块，用于在上述砂层中上述目标气体的浓度逐渐变大的情况下，确定上述目标气体在纵向上封存的无效；第四确定模块，用于上述砂层中上述目标气体的浓度不变的情况下，确定上述目标气体在纵向上封存的有效。

进一步地，上述装置还包括：第三监测单元，用于在确定上述目标气体在纵向上封存的无效之后，监测上述注入井周围近地表8米深度范围内上述目标气体的通量的变化情况；第五确定模块，用于在上述目标气体的通量逐渐变大的情况下，确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出地表；第六确定模块，用于在上述目标气体的通量不变的情况下，确定注入到上述注入层的上述目标气体未溢出地表。

进一步地，上述装置还包括：第四监测单元，用于在确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出地表之后，监测上述注入井周围预设区域内的上述目标气体的浓度的变化情况；第七确定模块，用于在上述预设区域内的上述目标气体的浓度逐渐变大的情况下，确定注入到上述注入层的上述目标气体已溢出到大气中；第八确定模块，用于在上述预设区域内的上述目标气体的浓度不变的情况下，确定注入到上述注入层的上述目标气体未溢出到大气中。

进一步地，上述装置还包括：时移检测单元，用于通过上述第二监测井对盖层以上部分进行时移检测，其中，上述盖层在上述注入层之上；第一判断单元，用于根据时移检测结果，判断上述盖层以上部分是否存在气相目标气体；第九确定模块，用于存在的情况下，确定上述目标气体在纵向上封存的无效；第十确定模块，用于不存在的情况下，确定上述目标气体在纵向上封存的有效。

进一步地，上述装置还包括：第四监测单元，用于通过卫星监测上述注入井周围的地表形变情况；第二判断单元，用于根据地表形变监测结果，判断上述注入井周围的地层中是否有断层被激活；第十一确定模块，用于在有的情况下，确定设置在上述注入层之上的盖层不完整；第十二确定模块，用于在没有的情况下，，确定设置在上述注入层之上的盖层完整。

在本发明实施例中，采用一种检测气体的方法，通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，上述第一监测井设置在上述注入井的最小地应力方向上；通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，上述第二监测井设置在上述注入井的最大地应力方向上，上述最大地应力方向与上述最小地应力方向垂直，上述目标气体是通过上述注入井注入到上述注入层中的，由于通过全方位的监测，达到了可以有效证明封存的CO2是否处于有效封存状态的目的，从而实现了有效封存，保护环境的技术效果，进而解决了相关技术中CO₂在地下封存时难以监测的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的监测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的不同井相对位置关系的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的监测装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种监测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种可选的监测方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，第一监测井设置在注入井的最小地应力方向上；

步骤S104，通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，第二监测井设置在注入井的最大地应力方向上，最大地应力方向与最小地应力方向垂直，目标气体是通过注入井注入到注入层中的。

也即，第一监测井在注入井的最小地应力方向上，可以监测注入层在横向上是否连通，第二监测井设置在注入井的最大地应力方向上，可以监测目标气体在纵向上封存的是否有泄漏。注入层扩散运移监测证明注入层连通性与盖层的完整性，可以有效证明封存的CO2是否处于有效封存状态。

通过上述方式，采用一种检测气体的方法，通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，上述第一监测井设置在上述注入井的最小地应力方向上；通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，上述第二监测井设置在上述注入井的最大地应力方向上，上述最大地应力方向与上述最小地应力方向垂直，上述目标气体是通过上述注入井注入到上述注入层中的，由于通过全方位的监测，达到了可以有效证明封存的CO2是否处于有效封存状态的目的，从而实现了有效封存，保护环境的技术效果，进而解决了相关技术中CO₂在地下封存时难以监测的技术问题。

可选地，第一监测井具有多个监测口，不同的监测口对应着不同的监测层，注入井具有多个注入口，不同的注入口对应着不同的注入层，其中，通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通包括：监测注入井的各注入口所对应的注入层与在相应水平面上的第一监测的各监测口所对应的监测层之间是否连通；若连通，则确定注入井的各对应注入层在横向上是连通的；若不连通，则确定注入井的各对应注入层在横向上是不连通的。

例如，图2是根据本发明实施例的一种可选的不同井相对位置关系的示意图；如图2所示。设计两口监测井，包括监测井1和监测井2，其中监测井1布置在注入井最小主地应力方向上，距离注入井50～100m，用于监测注入层在平面上的连通性。监测井2布置在最大水平主地应力方向上，可以距离注入井30m，监测井2用于监测CO2在纵向上封存有效性。因地层最大主应力与最小主应力相互垂直，因此，监测井1和监测井2与注入井的夹角为90°。通过注入井进行干扰试井，证明注入井的各注入层与监测井的监测层是否连通，以判断注入的CO2是否能在注入层内扩散运移。

可选地，通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效包括：通过第二监测井对盖层上部的砂层进行定期取样，得到定期取样结果，其中，盖层在注入层之上；根据定期取样结果，分析盖层上部的砂层中目标气体的浓度的变化情况；若砂层中目标气体的浓度逐渐变大，则确定目标气体在纵向上封存的无效；若砂层中目标气体的浓度不变，则确定目标气体在纵向上封存的有效。

也即，第二监测井用于监测目标气体如CO2在纵向上封存有效性，通过对注入层盖层上部的砂层进行定期采用U型管取样分析，监测在注入层上部的砂层中CO2浓度变化情况，观察是否有CO2透过盖层向上运移。如果砂层中目标气体CO2的浓度不变，则确定目标气体在纵向上封存的有效。否则，确定目标气体在纵向上封存的无效。

可选地，在确定目标气体在纵向上封存的无效之后，方法还包括：监测注入井周围近地表1米深度范围内目标气体的通量的变化情况；若目标气体的通量逐渐变大，则确定注入到注入层的目标气体已溢出地表；若目标气体的通量不变，则确定注入到注入层的目标气体未溢出地表。

也即，在确定目标气体如CO2在纵向上封存的无效之后，可以通过注入井周围近地表1米深度范围内的CO2通量是否有变化，判断地下的CO2是否有逸出到地表。在注入井周围近地表1米深度范围内目标气体的通量不变时，则确定注入到注入层的目标气体没有溢出地表。否则，确定注入到注入层的目标气体溢出地表。

可选地，在确定注入到注入层的目标气体已溢出地表之后，方法还包括：监测注入井周围预设区域内的目标气体的浓度的变化情况；若预设区域内的目标气体的浓度逐渐变大，则确定注入到注入层的目标气体已溢出到大气中；若预设区域内的目标气体的浓度不变，则确定注入到注入层的目标气体未溢出到大气中。

也即，当确定注入到注入层的目标气体已溢出地表之后，可以通过注入井周围1平方千米范围内的CO2浓度是否有变化，判断地下的CO2是否有逸出到大气中。如果预设区域内的目标气体的浓度不变，则确定注入到注入层的目标气体未溢出到大气中，如果预设区域内的目标气体的浓度逐渐变大，则确定注入到注入层的目标气体已溢出到大气中。通过上述方式，以地表CO2通量与大气CO2含量监测证明注入的CO2没有发生逃逸。

可选地，方法还包括：通过第二监测井对盖层以上部分进行时移检测，其中，盖层在注入层之上；根据时移检测结果，判断盖层以上部分是否存在气相目标气体；若存在，则确定目标气体在纵向上封存的无效；若不存在，则确定目标气体在纵向上封存的有效。

也即，通过第二监测井对盖层以上部分进行时移检测，可以是定期的进行时移VSP监测，以判断盖层以上是否有气相CO2存在。如果判断盖层以上部分存在气相目标气体，则确定目标气体在纵向上封存的无效。如果判断盖层以上部分不存在气相目标气体，则确定目标气体在纵向上封存的有效。

可选地，方法还包括：通过卫星监测注入井周围的地表形变情况；根据地表形变监测结果，判断注入井周围的地层中是否有断层被激活；若有，则确定设置在注入层之上的盖层不完整；若没有，则确定设置在注入层之上的盖层完整。

也即，可以通过卫星地表形变测量，判断地表是否有不正常的形变，从而判断是否有断层被激活，间接判断盖层是否完整。

实施例2

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种监测装置，图3是根据本发明实施例的一种可选的监测装置的示意图，如图3所示，该装置包括：第一监测单元20，用于通过第一监测井监测注入井的注入层在横向上是否连通，其中，第一监测井设置在注入井的最小地应力方向上；第二监测单元40，用于通过第二监测井监测目标气体在纵向上封存的是否有效，其中，第二监测井设置在注入井的最大地应力方向上，最大地应力方向与最小地应力方向垂直，目标气体是通过注入井注入到注入层中的。

通过上述方式，由于通过全方位的监测，达到了可以有效证明封存的CO2是否处于有效封存状态的目的，从而实现了有效封存，保护环境的技术效果，进而解决了相关技术中CO₂在地下封存时难以监测的技术问题。

可选地，第一监测井具有多个监测口，不同的监测口对应着不同的监测层，注入井具有多个注入口，不同的注入口对应着不同的注入层，其中，第一监测单元包括：监测模块，用于监测注入井的各注入口所对应的注入层与在相应水平面上的第一监测的各监测口所对应的监测层之间是否连通；第一确定模块，用于连通的情况下，确定注入井的各对应注入层在横向上是连通的；第二确定模块，用于不连通的情况下，确定注入井的各对应注入层在横向上是不连通的。

可选地，第二监测单元包括：取样模块，用于通过第二监测井对盖层上部的砂层进行定期取样，得到定期取样结果，其中，盖层在注入层之上；分析模块，用于根据定期取样结果，分析盖层上部的砂层中目标气体的浓度的变化情况；第三确定模块，用于在砂层中目标气体的浓度逐渐变大的情况下，确定目标气体在纵向上封存的无效；第四确定模块，用于砂层中目标气体的浓度不变的情况下，确定目标气体在纵向上封存的有效。

可选地，装置还包括：第三监测单元，用于在确定目标气体在纵向上封存的无效之后，监测注入井周围近地表8米深度范围内目标气体的通量的变化情况；第五确定模块，用于在目标气体的通量逐渐变大的情况下，确定注入到注入层的目标气体已溢出地表；第六确定模块，用于在目标气体的通量不变的情况下，确定注入到注入层的目标气体未溢出地表。

可选地，装置还包括：第四监测单元，用于在确定注入到注入层的目标气体已溢出地表之后，监测注入井周围预设区域内的目标气体的浓度的变化情况；第七确定模块，用于在预设区域内的目标气体的浓度逐渐变大的情况下，确定注入到注入层的目标气体已溢出到大气中；第八确定模块，用于在预设区域内的目标气体的浓度不变的情况下，确定注入到注入层的目标气体未溢出到大气中。

可选地，装置还包括：时移检测单元，用于通过第二监测井对盖层以上部分进行时移检测，其中，盖层在注入层之上；第一判断单元，用于根据时移检测结果，判断盖层以上部分是否存在气相目标气体；第九确定模块，用于存在的情况下，确定目标气体在纵向上封存的无效；第十确定模块，用于不存在的情况下，确定目标气体在纵向上封存的有效。

可选地，装置还包括：第四监测单元，用于通过卫星监测注入井周围的地表形变情况；第二判断单元，用于根据地表形变监测结果，判断注入井周围的地层中是否有断层被激活；第十一确定模块，用于在有的情况下，确定设置在注入层之上的盖层不完整；第十二确定模块，用于在没有的情况下，，确定设置在注入层之上的盖层完整。

需要说明的是，实施例2中装置部分各实施方式与实施例1中方法部分各实施方式是相对应的，在此不再赘述。

本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。