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.     

盐穴地下储气库注采方案

盐穴地下储库的天然气注采性能是衡量储气库效能的重要指标,也是影响储气库稳定性的重要因素。依据实测地层信息建立两种不同形状的储库模型,基于天然气的市场需求规律制定盐穴储气库的注采方案,进行30年的蠕变模拟运行,研究注采方案变化对盐穴体积收缩、塑性区发展及盐穴腔壁位移量的影响。结果表明:形状差异对盐穴腔体性质的影响不明显;体积收缩随着时间的延长而增大,但增大速度逐渐变缓,低压运行期是引起盐穴腔体收缩的主要阶段;紧急采气后的低压运行期会对盐穴腔体产生不利影响,建议对不同盐穴轮流紧急采气以降低单个盐穴腔体紧急采气频率,或者采用在采气结束后立刻跟进注气的方法,保证盐穴的长期有效运行。     

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。     

盐穴地下储气库失效分析与预防措施

阐述了盐穴地下储气库失效的概念,确定将泄漏和传输能力下降作为盐穴地下储气库的2种失效模式;回顾了国内外盐穴地下储气库的失效事故,分析了失效原因,并对套管失效和盐岩蠕变等失效原因进行了详细分析;提出了盐穴地下储气库失效的预防措施,包括定期对注采井、套管及水泥环胶结的状态进行检测,加强注采井动态参量的监测,完善运行数据管理程序,开展盐穴体积收缩率的预测工作,在储气库设施和城市之间设置监控井等。     

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.     

盐穴储气库井口水合物生成的影响因素

介绍了储气库井口的水合物生成条件,分析了井口温压变化规律及天然气各组分对水合物生成的影响.分析结果表明,储气库溶腔建腔过程中形成的残留水以及运行过程中连续的注采循环为井口水合物的生成提供了条件;天然气中各主要组分对水合物的生成也存在一定程度的影响.分析结果可为防治盐穴储气库井口水合物的生成,采取有效的预防措施提供理论参考.     

中国盐穴储气库建设关键技术及挑战

中国盐穴储气库的建设历程划分为技术研究与探索、技术消化与形成、技术成熟与发展3个阶段,在建设过程中形成了老腔改造、腔体气密封测试、光纤测试油水界面以及高效注气排卤等多项特色技术。为保证盐穴储气库的安全稳定运行,提出了一套在注采运行过程中监测井口温度压力、地面沉降、腔体形态、井筒完整性在内的体系及方法。指出中国盐穴储气库建设存在造腔速度慢、老腔改造难、适建库址少等问题,现有工艺技术尚不能完全满足中国层状盐层地质条件下盐穴储气库建设的需要。针对盐穴储气库建设过程中面临的技术挑战,提出了相应的攻关研究内容,为中国盐穴储气库的技术发展指明了方向。     

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。     

利用卤水试压法评价老腔的密封性

利用盐化企业采卤形成的盐腔改建储气库,是加快盐穴储气库建设进度的有效方法。中国各地盐化企业由于长期生产形成的盐腔数量众多,快速、准确地评价其密封性是老腔改造过程中的重要问题。卤水试压法利用泵车和管道从井口注入饱和卤水,通过监测注入压力和卤水流量,计算腔体漏失量来评价盐腔的密封性,其无需向井下下入任何仪器和设备,对井况条件要求低,具有操作简单,测试成本低的优点。现场应用结果表明:该方法可以有效判断盐穴是否发生明显泄漏,是评价老腔前期密封性的可行方法。     

盐穴储气库快速造腔方案北大核心

储气库作为天然气管网的配套设施,对于维持天然气供应平稳有重要作用。中国储气库建设近年来发展飞速,但由于其建设相对较晚,尚无法满足日益增加的天然气需求,冬季“气荒”现象时有发生。储气库建设投入大、周期长,一个储气库从造腔到投产约需要4年时间。在此提出一种快速造腔投产方案,即在造腔的同时注气,利用注入的天然气作为保护腔顶的阻溶剂。这种快速造腔方式不仅降低了阻溶剂的成本,同时还将腔体投产时间大大提前。模拟分析表明,边建边储的盐穴地下储气库造腔方式是可行的。     

盐穴储气库单腔长期注采运行分析及注采压力区间优化——以金坛盐穴储气库西2井腔体为例

西气东输金坛盐穴储气库建设于地质条件复杂的层状盐层中,耗资巨大且有一定的使用期限,因此,确保腔体在安全稳定运行的前提下,尽量增加其工作气量,意义重大。以西气东输金坛盐穴储气库的盐矿老井西2井腔体为例,通过声纳数据对比分析,发现在目前的注采运行方式下存在一定程度的效益浪费,因而利用数值模拟方法校核了盐岩的蠕变参数,并利用修正后的参数对注采最小气压和最大气压进行了优化,增加了单腔工作气量,提高了经济效益。     

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。     

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。     

盐穴储气库在新型电力系统的发展机遇

中国某省在盐穴储气库老腔改造领域取得一定成果,部分盐穴老腔改建后由于工作气量小、垫气成本高,不适于储存天然气用于管网调峰。然而地下盐腔仍是非常重要的战略资源,若将其建设成压缩空气储能电站,则可用于谷电阶段电力资源的储存。根据国外成功案例,结合中国某省地下盐穴老腔的具体情况,计算改建储能电站的具体参数,并对老腔改建储能电站的经济性进行分析。结果表明：X1地下老腔可储存能量3.07×10⁶ kW·h,考虑实际情况单一注采周期可发电17.49×10⁴ kW·h。在“双碳”背景下,盐穴储气库改建储能电站若能在提升技术的同时,探索建立合适的商业模式,则有良好的发展前景。(图3,表1,参20)     

光纤技术在盐穴储气库油水界面监测中的应用

盐穴储气库腔体形态控制是制约储气库库容和实现储气库稳定运行的重要因素,控制阻溶剂界面位置是控制腔体形态的关键。为了改进现有控制方法监控成本高、不能实时测量等缺点,提出光纤式界面监测方法:使用新型光纤界面测试仪进行测量,利用分布式光纤测试技术,通过光缆中的电缆加热,由于卤水和垫层介质(一般用柴油、氮气)的比热容不同,光缆与周围介质进行热交换发生温度变化,根据温差即可判断介质界面位置。基于光纤式界面监测方法,研制了新型的分布式光纤界面测试仪,其具有操作简单、探测范围广、监测成本低、实时测量井下介质界面的优点。利用该技术可实现盐穴储气库的大规模反循环造腔,加快造腔速度,保障腔体安全。     

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)     

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)     

盐穴储气库地质体完整性管理体系

在储气库完整性管理中储气库地质体的完整性管理必不可少。目前,储气库地质体完整性管理概念不清、界面模糊、体系不健全,且仅局限于气藏储气库完整性评价方面。为此,在分析气藏储气库地质体相关研究成果的基础上,提出盐穴储气库地质体概念,建立盐穴储气库地质体完整性管理体系。结果表明：储气库地质体完整性管理体系由以危害因素识别与资料分析为基础,风险评价与完整性评价为核心的4项内容组成;盐穴储气库地质体风险分析以盐腔体积收缩率、天然气渗漏量及地面沉降量3项指标的分析为主;盐穴储气库地质体完整性评价技术系列由盐腔与地面稳定性、断层稳定性、夹层与盖层完整性评价3项技术构成。盐穴储气库地质体完整性管理体系的建立弥补了储气库完整性管理体系中地质体管理的缺失,为储气库的安全运行管理提供了技术支撑与新的应用方向。（图1,表2,参31）     

盐穴储气库水平井造腔模拟试验

水平井造腔是中国盐穴储气库的必然发展趋势,盐穴形态发展规律不明确是制约这一技术发展的瓶颈。利用研发的水平井造腔模拟试验装置开展试验,实时观测盐腔形态扩展过程。同时,研制了卤水质量分数同步取样装置,可以实现同一时刻盐腔不同部位卤水取样,分析盐腔内部卤水质量分数分布规律及其与注水流量的关系,探究盐腔形态扩展规律及其成因。研究结果可为水平井造腔技术的规模化应用提供技术支持与借鉴。(图11,表1,参25)