盐穴储气库水平腔溶蚀特征实验

中国盐岩资源具有夹层多、盐层薄、品位差等特点。常规单井垂直造腔腔体体积小、盐层利用率低,不能满足快速、高效建库的要求。水平多步法造腔可提高盐层利用率,适合在薄盐层盐矿建设大型储气库。腔体形态是影响水平腔体积和稳定性的关键因素。在此开展了水平腔溶蚀特征物理模拟实验,探究了排量、排卤管高度、退步步长等造腔参数对腔体形态和排卤浓度的影响。结果表明：大排量和高排卤管口位置会降低排卤浓度,且在造腔前期影响更显著;小步长宜形成驼峰形腔顶,大步长和使用阻溶剂宜形成平顶形腔顶,双井交替注水则形成两端大、中间小的腔体。实验得到的腔体形态与数值模拟结果基本一致,验证了实验结果的准确性。并且结合实验结果给出现场水平多步法造腔排量、步长等参数的参考值,以建造驼峰形水平腔,从而提高腔体稳定性和储气能力。（图5,表3,参24）     

盐穴储气库造腔过程动态监控数据分析方法

为保证储气库造腔正常进行,需持续对造腔过程中的各项生产动态数据进行监控分析,及时发现问题并采取相应措施。对造腔过程中监测到的压力排量、排卤浓度、形态体积等生产动态数据实际值与计算的理论值进行对比,通过分析两者的差异性与油垫深度、两管距、不溶物蓬松系数等造腔参数之间的关系,形成了一套根据生产动态数据判断造腔参数是否异常的方法。如果造腔过程中造腔内管脱落,会出现油垫压力实际值大于理论值,排卤浓度实际值小于理论值的现象;若油垫上升,则油垫压力实际值小于理论值,排卤浓度实际值大于理论值。结合声呐测腔数据,用生产实例对该方法进行了验证,对分析造腔过程是否偏离设计方案具有重要的指导意义。     

金坛地下储气库盐腔偏溶与井斜的关系

在金坛储气库造腔过程中,盐腔偏溶问题层出不穷,对腔体体积、造腔进度、注气排卤、运行安全等的不良影响不容小觑。为此,对金坛储气库28口造腔井的声呐数据、连斜数据、管柱提升记录、施工记录和原始溶腔设计等资料进行统计分析。结果表明:金坛储气库多口盐井偏移方向规律明显,大多偏北,少数偏南;多数盐腔偏溶方向与井轨迹偏移方向一致。由此提出盐腔偏溶与井斜有着密不可分的关系,并初步认定地应力对盐腔偏溶起到一定作用。     

井间距对盐穴储气库小间距对井造腔的影响

中国盐岩赋存的主要特点是夹层多、盐层薄，对于单直井造腔方法有诸多限制，为此提出采用小间距对井造腔方法克服不良地质条件。该方法利用大尺寸造腔套管对井直流排卤，具有造腔速度快、建库周期短、盐层利用率高等优点。基于该方法开展不同井间距以及不同腔体连通方式的物理模型实验，探究井间距对腔体最终形态的影响规律。结果表明：井间距较小时，腔体水平方向长度小，未充分利用水平空间；井间距较大时，水平段的腔体溶解速度明显降低，且腔体形态不规则；预制对接井的造腔方法具有更高的成腔速率。实际对井造腔工程中双井间距需依据地质条件与工程需求确定。研究结果为盐穴储气库小间距对井造腔腔体形态设计及工艺参数优化提供了借鉴与指导。（图8，表3，参23）     

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。     

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。     

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。     

盐穴储气库气卤界面光纤式检测

盐穴储气库从建成到投产运行需要经历注气排卤阶段,气卤界面检测与控制是注气排卤的关键技术,现有检测方法检测成本高、不能连续检测,为此提出光纤式界面检测技术。该技术利用分布式光纤测试技术,通过井下光纤测量温度变化,根据温度曲线拐点判断气卤界面的位置,操作简单、探测范围广、监测成本低、能连续测量井下气卤界面位置。将该方法应用于工程实际,并与现有检测方法进行对比和评估,效果良好,其不仅可应用于盐穴储气库注气排卤阶段,还可在氮气阻溶、天然气阻溶造腔过程中使用,具有广阔的应用前景。     

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)     

盐岩储气库注气排卤工艺参数的数值模拟

盐岩储气库注气排卤后期,由于气水界面锥进形成气窜使得腔底大量卤水无法全部排出,从而导致腔体利用率无法最大化。为尽可能多地将卤水排出以实现腔体库容优质建设,以金坛库区A井为例,基于其声呐测腔数据,利用数值模拟软件建立腔体地质模型,进而模拟不同注气压力和注气量条件下注气排卤生产情况,并进行了相应的排卤效果对比分析,结果表明:注气压力或注气量越大,产生气窜现象时间越早,最终累积排出卤水也越少;随着注气参数的提高,日均排卤量增大,但增长幅度变小,并逐渐趋于平稳。     

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。     

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。     

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。     

盐穴地下储气库大尺寸管柱造腔方式效果分析

为了研究大尺寸管柱造腔方式在我国特殊地质条件下的适用性,以我国某盐矿多夹层含盐地层为造腔目标,设计多套造腔地质方案开展模拟预测,分析其现场应用的可行性,并对造腔速率、耗电量等进行对比分析,同时对单井建腔的钻井、造腔、注气排卤等工程费用进行测算。结果表明:在特定的地质条件下,建造单腔有效体积38×104 m3的盐腔,大尺寸与常规尺寸造腔管柱组合的造腔方式相比,可以节约工期约30%,降低能耗约58%,节约单井建腔投资约17%。因此,大尺寸造腔管柱组合的造腔方式在加快造腔进度、节约成本、降低能耗方面具有明显优势,有必要加强攻关研究与推广应用。     

复杂对流井连通老腔改建储气库技术

盐化公司拥有丰富的对流井老腔资源,如果能够有效利用此类腔体,不但可以缩短储气库建库时间,而且可以大幅降低工程投资。介绍了盐化溶盐采卤生产模式,基于数值模拟与声呐检测数据,探讨对流井采卤老腔改造过程中存在的形状检测、注气排卤模式等难点,论证了对流井老腔改造的可行性,提出对流井改建储气库的方法。盐化公司对流井老腔改造技术拓宽了盐穴储气库建设的新思路,尤其是针对中国普遍夹层多、纯度低的盐层改建储气库具有重要意义。     

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。     

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。