地下盐穴储气库周期注采运行稳定性评价

地下盐穴储气库库容量大、运行时间长、注采运行频繁,针对储气库周期注采运行稳定性的分析至关重要。以中国某地下盐穴储气库为例,根据实际注采运行数据,利用Flac3D有限差分软件模拟注采运行过程,通过分析盐岩扩容损伤、塑性区分布、水平位移、体积收缩率,得到了盐岩性质、矿柱稳定性、注采气对腔体稳定性的影响。结果表明:在7年的周期注采后,盐腔周围未发生扩容损伤破坏,安全系数大于5;两腔之间矿柱塑性区未发生连通,矿柱稳定;盐腔体积收缩率最大为1.78%,腔体的年体积收缩率符合安全标准,储气库处于稳定状态。     

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。     

合理矿柱宽度下盐穴双储库腔体的稳定性分析

盐穴储气库是天然气储存与调峰的重要设施。为分析矿柱宽度对盐穴双储库腔体稳定性的影响,在保证腔体安全、提高造腔效率、最大化利用盐层的基础上,以金坛盐穴地下储气库为例,依据变形稳定理论,基于FLAC 3D软件,利用有限元分析方法建立双储库数值模型,模拟分析不同矿柱宽度条件下双腔体的稳定性,确定盐穴双储库合理矿柱宽度,分析合理矿柱宽度内双腔体间的最大破损距离、破损区体积、无损宽度、收缩率的变化规律。结果表明:研究区双储库合理矿柱宽度为1.5～2.5倍腔体直径;在合理矿柱宽度下,矿柱宽度与最大破损区距离呈正比,与破损区体积关系不大,与无损宽度和腔体收缩率呈反比;随蠕变时间延长,最大破损区距离、破损区体积及收缩率逐渐增大,无损宽度逐渐减小;金坛盐穴储气库设计矿柱宽度平均为2.0倍腔体直径,在合理矿柱范围内,现场应用证实了双储库稳定性模型可靠性较好,准确性较高。(图13,表1,参20)     

盐穴地下储气库的建设与运行特征

地下储气库在调峰保供中发挥着不可替代的作用。盐穴地下储气库属于洞穴型储库,在建设方面具有建设周期长、投资高、工艺技术复杂等特点,但其无需达容时间,可边建设边投产,垫底气比例低且可完全回收。盐穴地下储气库具有采气能力大、注采气灵活、天然气耗损率低等运行特征,不仅能够满足常规季节调峰需求,也能满足日、小时调峰及应急调峰需求。通过分析国内外盐穴地下储气库建设运行数据,梳理金坛地下储气库在实际运行中发挥的重要作用,针对盐穴地下储气库功能定位进行思考,为盐穴储气库的进一步优化合理发展提供参考。     

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。     

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)     

盐穴储气库稳定性的实时微地震监测

盐穴地下储气库常面临地表沉降、盐岩破坏、气体渗漏及腔体收缩过快等安全稳定性问题。为了监测盐穴储气库注水排卤和注气排卤过程中的腔体稳定性,确保储气库安全平稳运行,利用实时微地震技术对金坛盐穴储气库连续监测12天,通过在井下布置高精度检波器,接收生产过程中的微地震事件,研究储气库造腔及注采气过程中微地震事件诱发因素,综合分析不同微地震信号特征。研究表明:检波器位于3层套管中导致储气库微地震信号衰减严重,特别是套管间环空液体对横波的阻碍;观察到的一些微地震事件可能为腔壁垮塌或破裂诱发所致,注水排卤工艺参数变化会引起微地震信号突然增多,统计微地震信号数量认为当前的生产工艺参数可以满足储气库安全稳定运行。     

淮安盐穴储气库注采循环运行压力限值确定

基于淮安库区盐岩的物理力学参数实验结果,结合现场地层资料和储气库设计形状资料,首先采用压力梯度原则和相关技术规程,确定内压上下限的初值,然后利用FLAC 3D软件进行恒压流变分析,仿真模拟了盐腔注采循环内压变化的全过程.通过分析盐腔最大主应力和腔体体积收缩率模拟规律,综合考虑模拟计算结果和国外相关经验,建议淮安库区典型井的注采循环内压取12～26MPa.研究成果可为该储气库的运行及复杂地下大埋深盐穴储气库长期稳定性的评价提供参考.     

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）     

盐穴型地下储气库建设与声纳测量技术

利用声纳测量技术对在建的盐穴腔体的形状和体积进行及时测量和评价,是保证盐穴腔体按设计形状和设计体积建造的必要手段和措施。介绍了声纳测量技术在盐穴型地下储气库建设中的作用、基本工作原理和声纳测量设备的基本构成,并对目前我国首次建设的金坛盐穴型地下储气库施工中引进的德国SOCON公司声纳测量设备的基本参数进行了介绍。     

盐穴地下储气库注采系统软件的开发

将盐穴天然气地下储气库井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统,提出描述注采动态过程相互耦合的数学模型及求解方法,并开发了相应的数值计算软件.该软件可用于地下储气库的设计规划、各种储气运行方案的比较和判断水化物形成的危险范围等.     

盐穴储气库储气与注采系统完整性技术进展

完整性管理是储气库安全管理的发展方向,储气与注采气系统是盐穴型储气库最重要的组成部分,研究并实施储气与注采气系统的完整性管理对保障盐穴型储气库安全运行具有重要意义。综述了在盐穴型储气库储气与注采气系统完整性管理中风险评估和完整性评价两项关键技术的研究进展。在风险评估方面,识别出了风险因素,建立了定量风险评估方法,包括失效概率计算方法、失效后果估算方法及风险评估方法;在完整性评价方面,分析了井筒损伤因素及其类型,提出了储气库溶腔稳定性评价、含缺陷套管完整性评价以及注采气管的疲劳寿命和冲蚀寿命预测方法。（图8,表1,参10）     

盐穴地下储气库注采过程热工参数的计算

提出了一个描述天然气盐穴地下储气库注采动态过程的数学模型.该模型包括实际气体性质、盐层与库内气体的对流换热,可求出任意连续注采循环时天然气压力和温度随时间的变化.该模型可应用于储气库的设计规划、各种储气方案的比较和判断水化物形成的危险范围等.     

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。     

基于可靠度理论的地下盐穴储气库矿柱稳定性

基于摩尔库伦准则建立盐穴矿柱失效函数，采用蒙特卡洛抽样法分析储气库矿柱安全可靠性，打破了传统方法难以对储气库可靠性具体量化的局限性。应用该方法计算了国内某盐穴储气库矿柱的可靠性指标和失效概率，结果表明：矿柱的失效概率随着盐穴埋深增加和夹层数增多而增大，随着储气库内压增大和矿柱宽度增大而减小；盐穴储气库的矿柱宽度对矿柱可靠性影响最大，在保证资源使用率最高的情况下，应尽量保证盐穴矿柱宽度／盐穴直径（跨径比）大于2；建议造穴时尽量采用埋深浅、夹层数少的优质盐岩层；储气库宜采用较大运行压力的运行模式，运行期间尽量减少低压运行时间。（图7，表3，参14）     

盐穴地下储气库井口破裂火灾事故危险分析

盐穴地下储气库井口设施一旦发生泄漏,即可能引发火灾或爆炸事故,因此研究盐穴地下储气库井口火灾事故危险具有重要意义.采用喷射火危害模型分析了盐穴地下储气库井口破裂火灾事故危险,建立了井口破裂模式下的气体泄漏率和损失气体体积的准瞬态计算模型,预测结果能够反映井口破裂泄漏的实际情况.同时,基于热通量伤害准则,给出了危害半径的计算公式,分析了危害半径与盐穴压力的关系,即灾害半径随盐穴运行压力的增加而增大,由此提出在储气库安全设计阶段需要留出必要的安全距离,并制定相应的防范措施.该研究结论可为盐穴地下储气库泄漏后果评估提供重要参数和技术支持,并可为减少事故损失提供理论指导.     

碳酸盐岩底水气藏型储气库动态特征及水淹机制

储气库注采气能力、库容及工作气量是衡量储气库能力的重要指标,储气库动态特征分析是评价储气库能力的重要手段。基于某碳酸盐岩底水含硫气藏改建储气库(A储气库)的多周期注采生产情况,通过系统分析储气库运行动态特征,评价了水平井注采气生产能力,利用两种方法对储气库库容进行复核,分析了气藏H2S质量浓度变化,评价了脱硫运行方式,结果表明:该储气库单井产能高,库容落实程度高,具备高效开发潜力,但仍需探索脱硫运行方式。研究分析了A储气库生产中出现的AH1井水淹停产问题的形成机制,提出了恢复气井生产能力的具体方案,并成功应用于现场。研究成果对中国碳酸盐岩底水气藏型储气库生产运行及能力评价具有指导作用。(图1,表5,参20)     

盐穴储气库造腔设计与跟踪

中国适合建库的地质条件为层状盐岩,造腔盐层段具有厚度小、夹层多、含盐品位低等特点,其地质结构决定了中国盐穴储气库造腔设计不能完全借鉴国外设计经验。根据近十年来盐穴腔体造腔设计和现场实践,首次提出了适合层状盐岩造腔设计关键参数的选取原则,并基于此原则编制了初步造腔设计与调整方案,以指导现场造腔实践,效果良好。在现场造腔跟踪期间,形成了造腔动态分析、阻溶剂界面监控、造腔进度跟踪及声呐测腔等一系列跟踪与监测技术,有效避免和减少了现场造腔异常并及时发现和解决造腔突发问题,保证了腔体在建造期间正常有序。研究成果可为其他盐穴储气库建设提供设计依据和技术支持。