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。     

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。     

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。     

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。     

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）     

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.     

盐穴储气库储气与注采系统完整性技术进展

完整性管理是储气库安全管理的发展方向,储气与注采气系统是盐穴型储气库最重要的组成部分,研究并实施储气与注采气系统的完整性管理对保障盐穴型储气库安全运行具有重要意义。综述了在盐穴型储气库储气与注采气系统完整性管理中风险评估和完整性评价两项关键技术的研究进展。在风险评估方面,识别出了风险因素,建立了定量风险评估方法,包括失效概率计算方法、失效后果估算方法及风险评估方法;在完整性评价方面,分析了井筒损伤因素及其类型,提出了储气库溶腔稳定性评价、含缺陷套管完整性评价以及注采气管的疲劳寿命和冲蚀寿命预测方法。（图8,表1,参10）     

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。(图5,表1,参24)