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）     

金坛盐穴储气库地质力学评价体系研究进展

基于盐穴储气库所在目标地层的地质特征、物性参数及运行参数等,建立盐穴储气库的地质力学模型对盐穴围岩响应规律进行研究,是目前盐穴储气库运行参数优化及安全评价的主要方法之一。通过对盐穴储气库地质力学评价中的岩石力学参数获取、地质力学模型建立及安全评价指标体系的国内外研究进展进行综述,并结合金坛盐穴储气库实际情况,对盐穴储气库地质力学评价体系的应用效果进行了验证。同时,根据金坛盐穴储气库后期发展面临的技术难题,对盐穴储气库地质力学评价体系进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

盐穴储气库国内外发展概况

国外利用盐穴作为储气库的历史最早可追溯到20世纪50年代,自1959年苏联建成第一个盐穴地下储气库后,该项技术在北美和欧洲得到推广应用,法国、德国、英国和丹麦等国相继建成盐穴储气库。截至2009年,全世界74座盐穴储气库的总库容量为229.42×10~8m~3,工作气量为161.98×10~8m~3,工作气量占总库容量的70.6%。我国对盐穴储气库的研究始于1999年,在西气东输配套工程的建设过程中,确定了江苏金坛作为国内首个盐穴储气库的建库目标,目前6口老腔已形成1.1×10~8m~3的储气能力,第1批新钻储气库井正在施工建设中,2009年底完成造腔,已形成3.8×10~8m~3的调峰能力。迄今为止,美国和德国在盐穴储气库的建设方面发展较快,详细介绍了美国盐穴储气库和德国盐丘/盐层储气库的建造技术。     

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.     

国外盐穴地下储气库的建设及研究进展

在具有岩盐矿床地质构造的地区，将天然气储存在地下含盐岩层内，在短期内实现提供高容量的储备，是目前各国普遍采用的方法。介绍了国外盐穴天然气地下储气库的建设情况及研究重点，主要包括盐穴储库的收敛性、防止水化物的形成、最佳盐穴的建设、井的密封性、以及盐穴热力学、传热学和流体力学条件等，研究结果可为今后在我国开展盐穴储库的建设、研究和开发工作提供依据。     

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。     

盐穴储气库运行损伤评价体系

腔体损伤评价是盐穴储气库安全运行涉及到的重要问题之一。通过对盐岩力学特性开展室内系统试验,利用损伤力学、岩石流变学理论及有限元数值模拟方法,研究了盐穴储气库运行过程中腔体损伤评价体系。盐岩损伤评价方法包括最大拉应力准则、最大剪应力准则、最大畸变能准则、膨胀强度准则、蠕变强度准则。利用ABAQUS软件对所关注盐穴的评价指标进行数值模拟计算,并将计算结果与声呐实测结果对比,表明:所采用的腔体损伤评价体系能够很好地对腔体注采运行过程中的损伤破坏进行评价,可为今后盐岩损伤评价预测及控制提供参考依据。     

盐穴型地下储气库调峰优化控制

在分析输气管道运行工况与城市用气特点的基础上,采用灰色理论与人工神经网络组合预测方法,建立了适用于含有地下储气库输气管道的负荷预测模型,提出了盐穴型地下储气库调峰工艺参数优化控制策略,并以实例形式给出了计算过程及分析结果,得出的结论有利于科学确定盐穴型地下储气库的生产方案,提高经济效益.     

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。