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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

盐穴储气库巨厚夹层垮塌控制工艺

在盐穴储气库的建设过程中,巨厚夹层的存在不仅使造腔难度大幅增大,而且在不同程度上影响腔体形状。为了充分利用盐层,对巨厚夹层的垮塌过程及其控制工艺进行研究。以国内某储气库12 m的厚夹层为例,选取2口井进行现场试验。结果表明:巨厚夹层作为直接腔体顶板时,出现整体失稳垮塌的概率较小;在巨厚夹层达到一定跨度后,上下同时造腔,井眼处易产生局部破坏,从而引起夹层的大面积垮塌。结合现场数据分析可得:通过控制井下工艺使厚夹层跨度达到60 m时,既可以使厚夹层大面积垮塌,又可以减小井下工艺的复杂程度。研究结果对盐穴储气库厚夹层处理具有一定借鉴的意义。     

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。     

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)     

淮安盐穴储气库厚夹层盐层造腔工艺设计

为了充分利用已探明的优质盐矿资源建设盐穴储气库,尽量避免盐层中厚夹层对造腔的影响,需要开展厚夹层盐层条件下的造腔工艺研究。通过造腔试验,明确了厚夹层在造腔过程中是可以垮塌的,其下部盐岩可以造腔。基于盐层地质特征和中国同类项目造腔实践经验,将淮安储气库腔体的理想形态设计为顶底近似为圆锥体、主体为圆台,最大直径位于圆台底部。基于钻井资料,设计了造腔工艺方案并进行数值模拟,思路如下:首先采用正循环方式在厚夹层下部盐岩造腔,然后调整造腔管柱,在厚夹层上下同时造腔,促使厚夹层垮塌;进入造腔中后期,改为反循环造腔,可加快造腔进度。数值模拟与实际应用表明该造腔工艺方案可充分利用造腔段的盐岩,该设计思路可为造腔过程中厚夹层的处理工艺提供借鉴。(图5,参21)     

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...     

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）     

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）