盐穴储气库水溶造腔的影响因素

盐穴储气库由于其吞吐量大,注采灵活等优势受到越来越多的关注。大量腔体的完腔数据显示,盐穴储气库的完腔体积与初始设计体积存在一定差距,因此保证盐层利用率达到最大化尤为重要。结合金坛盐穴储气库水溶造腔实例,详细分析了井下异常情况以及地面临井的相互影响这两大因素在造腔过程中对腔体体积的影响,认为建槽期腔体直径、夹层的存在以及腔体偏溶、井眼轨迹偏离等因素对造腔有较大影响。提出造腔过程中应在建槽期充分扩容,制定有效的夹层处理方案并监控各动态参数,防止造腔过程中出现偏溶以及管柱脱落等异常情况,从而保证盐层利用率最大化。(图8,参24)     

金坛盐穴储气库精细造腔腔体体积优化

为了充分利用金坛盐矿区有限的盐矿资源,使整个库区盐腔的总体积最大化,需要从金坛储气库正在造腔的井中,筛选出直径可适当增大的盐腔,并优化腔体体积。首先排除即将完腔的、严重偏溶的、临腔最小矿柱比小于2.3的3类直径不可增大的腔体,然后通过临腔腔体评价,从金坛库区26口正在造腔的井中筛选出10口腔体,确定最大直径后,重新对腔体体积进行模拟。优化后,10口腔体的总体积约增加26×10~4 m~3,不仅充分利用了盐岩资源,而且降低了造腔成本,可为今后其他盐穴储气库的建设提供参考。     

层状盐岩溶蚀形态特征及主要影响因素

中国盐岩大多以层状产出为主,盐岩地质条件复杂多变,盐层溶腔形态各异,研究层状盐岩溶蚀成腔的形态特征和主要影响因素,可以为优化造腔工程设计、高效建设储气库提供参考。利用金坛、楚州、五里铺及应城等盐矿的盐层地质资料、生产资料、腔体声呐检测数据,从生产方式、造腔排量、埋藏深度、盐岩品位、夹层厚度及地层倾角等方面分析了各因素对盐腔形态的影响。结果表明:金坛和楚州地区盐腔形态较为规则,五里铺腔体形态和应城盐矿盐腔形态不规则,单井对流或双井对流溶蚀形成的腔体形态相近,盐腔的溶蚀形态是多种因素综合作用的结果,其中盐岩品位和夹层是影响腔体形态规则的主要因素,地层倾角是造成腔体偏溶的决定性因素。研究结果可为储气库井位设计和造腔设计提供依据。     

盐穴储气库天然气阻溶造腔数值模拟

为指导存在偏溶、形状不规则特点的腔体进行天然气阻溶造腔修复作业,开展了相关数值模拟研究。盐穴修复过程中,为保证腔顶安全,仅对目标深度段进行造腔修复,防止腔顶继续拓展,阻溶剂需求量大,因此选择来源便捷的天然气作为阻溶剂。建立数学模型,考虑盐岩上溶特征,编写盐穴储气库天然气阻溶造腔模拟程序,并针对金坛盐穴储气库L井进行天然气阻溶造腔模拟。天然气阻溶造腔可优化单腔形状和体积,提高优质盐层利用率,降低腔体不规则对注气排卤作业的影响风险,保证腔体满足安全要求。研究结果表明:编制的程序可有效模拟天然气阻溶造腔过程中腔体形状的发展,模拟结果与现场工程作业一致,研究成果对提高单个腔体有效体积及腔体稳定性具有重要意义。     

基于光纤技术的盐穴储气库溶腔过程油水界面监测

中国盐穴储气库在溶腔过程中为保证腔体形状和腔体侧溶,在腔体顶部注入柴油,若溶腔过程中油水界面位置不精准或失控,将会造成腔体顶板溶蚀、腔体形状不受控制、腔体体积损失及生产套管鞋处溶穿等问题,腔体稳定性遭到破坏,直接影响储气库的经济效益和运行安全,甚至导致腔体报废。传统工艺利用中子测井方法监测油水界面,作业程序较复杂、费用高且无法实现连续监测。利用腔体内柴油和卤水比热容不同,研发光纤测油水界面技术及设备(光纤油水界面仪),应用于金坛盐穴储气库8口溶腔井,实现了在不停产的情况下对油水界面深度的连续监测。现场试验应用表明:该技术具有可连续监测、精度高、费用低及操作简便等优点,目前已在金坛盐穴储气库全面推广应用。(图1,表1,参18)     

盐穴储气库溶腔排量对排卤浓度及腔体形态的影响

为了研究盐穴储气库溶腔过程中不同排量对排卤浓度及腔体形态的影响规律,通过对溶蚀速率公式的推导及变形,分析了排量与排卤浓度及造腔体体积的相关性,而后利用Win Ubro造腔数值模拟软件建立了理想的腔体模型并赋予其一定的假设条件进行对比分析。为了验证所得结论的可靠性,对金坛现场溶腔井进行数据统计与整理,对各个溶腔阶段进行对比与分析,并以部分井的典型阶段为例进行详细分析,所得结论与理论分析一致,即溶腔时注淡水排量越小,排卤浓度越高,腔体形态越规则。     

金坛盐穴储气库现场问题及应对措施

金坛盐穴储气库采用单井双管油垫法分步式进行造腔。由于地下情况复杂,盐穴腔体在建造期间可能会遇到注水排卤井口泄漏、井筒泄漏、阻溶剂界面异常、造腔管柱故障及腔体泄漏等问题,若不能及时发现并采取应对措施,将会导致阻溶剂界面失控、造腔中断以及腔体体积损失等后果。金坛盐穴储气库通过在造腔实践中解决现场问题,形成了完善的造腔现场应对措施和监控体系,积累了处理造腔突发异常情况的经验,有效地保证了造腔的连续性,缩短了建腔周期,对后续盐穴储气库建设提供了理论依据和技术支持。     

金坛盐穴储气库腔体畸变影响因素

金坛储气库在建设过程中,腔体不同程度地存在形状不规则的特点,分析腔体形态发育情况,找出腔体形态畸变的关键因素,并在后续造腔过程中加以控制,对于保障储气库经济效益和安全生产具有重要意义。基于金坛储气库的地震、测井和造腔数据分析,从地质和工艺两个方面出发,研究了多种因素对于盐穴形态变化的影响,结果表明：金坛储气库盐穴所处的构造位置、夹层的展布、不溶物的分布对盐穴的畸变无明显影响;而夹层数量和夹层厚度是影响盐穴形态的主要因素;溶腔速率的增大,会导致盐穴畸变;油垫层的位置和厚度会影响盐穴的形状;停井静溶期间,因卤水很快达到饱和,对腔体形态不会产生影响。目前,国内对于该问题的研究尚属空白,处于探索阶段。（图8,表2,参6）     

盐穴储气库造腔过程夹层处理工艺——以西气东输金坛储气库为例

国内盐穴储气库造腔层段岩性复杂,不同深度存在不同厚度的夹层,夹层厚度从1 m至10 m以上,造腔结果相差较大。以金坛储气库8口造腔井为例,通过造腔参数分析,研究不同夹层处理工艺下的造腔效果,总结出多夹层盐岩段造腔工艺技术方案:使油水界面在夹层上部且距离夹层至少3~4 m;当油水界面在夹层下部时,控制油垫厚度小于0.1 m且腔顶直径不要太大;当前阶段油水界面位于夹层下部且腔体需要扩容时,将油水界面调整至夹层上部;当处理腔体下部夹层时,使内管位于夹层下部,至少在夹层位置。上述技术方案可为其他盐穴储气库建设提供参考和技术支持。     

盐穴储气库天然气阻溶回溶造腔工艺

盐穴储气库完腔后无法继续使用柴油阻溶剂对不规则腔体进行回溶造腔,因此迫切需要发展天然气阻溶回溶造腔技术。研究了该技术的工艺流程、工艺参数、造腔模拟技术,并在西气东输金坛储气库开展现场试验,效果超出预期:A腔体增加自由体积14 000 m3,腔体上部突出的岩脊发生自然垮塌,排除了后期注气排卤过程中盐层垮塌砸坏排卤管柱的风险。该试验为国内首次腔体扩容及修复试验,对今后盐穴储气库建腔技术的推广及削减造腔成本具有重要的工程指导意义。     

盐穴储气库盐腔有效体积计算方法

盐穴储气库采用水溶采矿方式建造,需要根据盐腔有效体积定期进行声呐测腔和管柱调整。为此,提出一种盐穴储气库盐腔有效体积计算方法,包括排卤浓度测定方法和有效体积计算数学模型:利用银量法测定排卤浓度,计算采盐体积;再根据盐腔体积守恒原理推导出盐腔有效体积、盐层总动用体积以及膨胀后不溶物体积计算公式。将新方法应用于金坛A盐腔进行验算,结果表明:排卤浓度约300 g/L,接近饱和,平均造腔速度230 m3/d,成腔率为79%,接近金坛盐穴储气库群平均水平。该方法计算准确度高,可以满足现场应用要求,能够有效指导造腔现场施工作业。(图4,表1,参17)     

金坛盐穴储气库单腔库容计算及运行动态模拟

概述了金坛盐穴储气库单腔库容的计算方法,并对其最大工作气量进行了静态分析。结果表明,单个溶腔的储气能力和溶腔个数决定了盐穴储气库的储气能力,在溶腔体积一定的情况下,单个溶腔的储气库能力主要取决于溶腔的运行温度和压力。为防止热物理性能参数对储气库运行的变化,提出储气库运行可以通过建立相关数学模型进行预测。运行模拟预测发现,盐穴运行条件下最恶劣工况是注气排卤后的运行工况。通过对溶腔不同的开采状态进行模拟,分析了不同开采状态对采出气在井口的温度压力变化,可为地面设施的配套提供参数。     

盐穴储气库造腔技术现状与发展趋势

针对盐穴储气库,中国采用以正循环为主的单井对流法造腔,造腔速度慢,建造20×10~4 m~3腔体需要4~5年,且单一的造腔方式很难适应国内地下储气库快速发展的需求,因此需要寻求多种适应中国层状盐层建库的造腔方式,提高造腔速度。基于数值计算及现场应用,阐述分析了各种造腔方式的过程和优缺点,以及反循环造腔、大井眼造腔、双井造腔、双管柱造腔的提速原因。研究表明:反循环造腔、大井眼造腔、双井造腔、双管柱造腔是盐穴储气库造腔技术发展的主要趋势,可有效提高造腔速度。大井眼、双井以及双管柱造腔存在不足及难点,许多关键技术需要进一步攻关。大井眼固井难度大,双井造腔腔体控制及检测难,双管柱造腔过程中生产套管易受卤水腐蚀。反循环造腔技术已在金坛地区成功应用,造腔控制及检测技术较成熟,盐穴造腔速度能够提高20%以上,可有效推进中国储气库建设进程。     

盐穴储气库腔体形态控制新方法

根据盐穴溶腔过程中腔体形态控制的工艺原理,假设腔内气液不相溶,初步建立了以氮气作为保护层材料时气液界面深度的计算模型,给出了腔体内气水界面稳定时的井口注气量计算模型.以金坛某井盐穴储气库的造腔为例,计算了以氮气作为保护层材料时,该井所需的氮气注气量和气水界面深度.从材料费用角度对比分析了氮气和柴油作为保护层材料时的经济成本,结果表明,氮气作为保护层材料可大大降低储气库的建库成本.     

盐穴储气库国内外发展概况

国外利用盐穴作为储气库的历史最早可追溯到20世纪50年代,自1959年苏联建成第一个盐穴地下储气库后,该项技术在北美和欧洲得到推广应用,法国、德国、英国和丹麦等国相继建成盐穴储气库。截至2009年,全世界74座盐穴储气库的总库容量为229.42×10~8m~3,工作气量为161.98×10~8m~3,工作气量占总库容量的70.6%。我国对盐穴储气库的研究始于1999年,在西气东输配套工程的建设过程中,确定了江苏金坛作为国内首个盐穴储气库的建库目标,目前6口老腔已形成1.1×10~8m~3的储气能力,第1批新钻储气库井正在施工建设中,2009年底完成造腔,已形成3.8×10~8m~3的调峰能力。迄今为止,美国和德国在盐穴储气库的建设方面发展较快,详细介绍了美国盐穴储气库和德国盐丘/盐层储气库的建造技术。     

盐穴储气库氮气阻溶造腔工艺技术及现场试验

自中国建设盐穴储气库以来,始终通过使用柴油作为阻溶剂控制储气库腔体形态,费用高、污染大,因此提出利用氮气作为阻溶剂进行造腔。针对氮气易泄漏、压缩性强、气水界面较难控制等问题,通过改造井口流程、研制现场配套注氮设备、发明气水界面监测控制系统等技术,制定了氮气阻溶造腔方案,并进行了现场试验。试验表明:盐穴储气库可以使用氮气作为阻溶剂进行造腔,造腔效果良好,气水界面可以得到有效控制,并形成了针对不同腔顶打开程度的氮气阻溶气水界面控制方法,为氮气阻溶造腔技术积累了现场经验。(图8,表3,参20)     

金坛盐穴储气库JZ井注采运行优化

JZ井是金坛盐穴储气库第一口先导性试验井,目前已投产5年。基于最新声呐测腔及力学特征分析,JZ井目前注采运行方式无法满足腔体稳定性要求,腔顶曾发生部分垮塌。利用有限元数值模拟软件对JZ井最新腔体形状进行注采运行方式优化和力学稳定性评价分析,结果表明:注采运行压力由原来的7~17 MPa优化至10~17 MPa;最低运行压力的停留时间实现量化表征,不超过10天;每年进行6次调峰可以保证腔体运行安全;腔体运行单日压降控制在0.5 MPa以内,采气速率控制在50×10~4 m~3/d。针对不同腔体形状优化相应运行压力范围及条件,对于保证金坛盐穴储气库安全运行及精细化管理具有重要意义。     

利用现有采卤溶腔改建地下储气库技术

为确保西气东输的安全平稳供气,需尽快建设与管道工程相配套的储气库。与采用钻新井、溶新腔的建设方式相比,利用现有采卤溶腔改建地下储气库,可以大幅度缩短建设时间,节约建设投资。介绍了利用现有采卤溶腔改建地下储气库的技术流程和主要配套技术,详细阐述了全井长井段套铣、腔体气密封检测等工艺技术难点的解决方案,为我国后续盐穴储气库的建设提供了技术储备。     

盐穴储气库天然气阻溶恒压运行技术北大核心

盐穴储气库作为天然气管网的配套设施,其高效运行对于保证管网平稳供气作用巨大。恒压运行是盐穴储气库采用流体置换方式进行天然气注采的新模式,注采过程中腔内压力相对稳定,不需要垫底气,较为安全经济。但这种注采模式需要大量的饱和卤水置换天然气,注气阶段采出的卤水需要极大的存储空间或卤水处理设备,大大降低了该模式的经济性和可操作性。为此提出一种将天然气阻溶造腔与恒压运行有效结合的新工艺,其既能实现恒压运行,又无需对置换介质进行处置,具有良好的应用前景。2018年,该技术在中国金坛盐穴储气库进行了先导试验,并取得成功。(图7,表2,参17)     

盐穴储气库造腔巨厚隔层处理的新思路

目前,在盐穴储气库造腔过程中,处理不溶物夹层的方式多为使其充分浸泡至弱化后自然垮塌,但对于厚度超过10 m的巨厚不溶物隔层,使其垮塌十分困难,巨厚隔层垮塌的极限跨度可达60 m左右,通过浸泡使其垮塌需要的时间长,造腔效率低,还可能损坏厚隔层下部的造腔管柱。以淮安储气库某井地质参数为例,提出一种在允许巨厚隔层存在的基础上进行造腔的新思路,即在隔层上下分别造腔,上部常规造腔、下部造水平腔,上下部的腔体在水平方向错开分布,以保证巨厚隔层作为下部水平腔顶板的稳定性。模拟结果表明:这种造腔方式比同等盐层条件下可多造约5×104 m3腔体,并且避免了下部造腔管柱被垮塌隔层损坏的风险。此外,提出在地面采用丛式井技术布井,以降低征地和钻机搬家安装费用,并使用移动式钻机优化钻井程序,改善造腔过程中钻井作业的经济性。