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...     

盐穴储气库天然气阻溶恒压运行技术

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)     

盐穴储气库快速造腔方案

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。(图9,表4,参20)     

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。     

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。     

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。     

盐穴储气库注水站整体造腔参数优化

针对盐穴储气库水溶建腔的优化问题,综合考虑水溶建腔过程涉及的诸多因素,结合非线性规划理论和水溶建腔的生产实际,建立了多井造腔工艺参数优化数学模型,计算得到最大造腔量和最小回罐量两种多井造腔工艺参数优化方案。研究表明:节约能耗不仅需要降低回罐量,而且需要保持卤水罐较低浓度;在淡水注入量一定的情况下,采用反循环的井越多,造腔量越大,配合高注入量可以显著增加造腔量,但卤水缓冲罐需维持较高浓度,能耗较大;较多地采用正循环,配合较低注入量,可以在满足淡水消耗量和卤水外输量要求下,减少回罐量,使卤水缓冲罐维持较低浓度,降低能耗。采用该模型,合理配置造腔井数并合理分配各井的循环模式、注入工质和注入量等参数,可以得到最优多井工艺参数配置方案,具有较好的指导意义。     

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。     

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。     

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...     

回声法检测盐穴造腔气水界面波形的数值模拟

回声法检测盐穴造腔气水界面具有操作方便、成本低等特点,能够有效控制腔体形态,然而盐穴造腔过程中环空状况复杂,波形识别难度大,导致回声法检测造腔界面存在精度不高的问题。为准确识别盐腔界面检测波形,首先利用Gambit软件建立了回声法检测盐穴造腔氮气-卤水界面数值模型,再利用Fluent软件数值模拟了回声法检测盐穴造腔氮气-卤水界面波形,给出了环空尺寸固定、缩小、扩大3种条件下的氮气-卤水界面检测波形特征。研究结果表明:在不同环空状态下,压力波曲线各有鲜明特征,由此可以利用回声法对盐穴造腔界面进行精确识别。研究成果对盐穴造腔回声法界面检测具有重要的理论与实践指导意义。     

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）     

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。     

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。