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。     

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。     

盐穴型地下储气库建设与声纳测量技术

利用声纳测量技术对在建的盐穴腔体的形状和体积进行及时测量和评价,是保证盐穴腔体按设计形状和设计体积建造的必要手段和措施。介绍了声纳测量技术在盐穴型地下储气库建设中的作用、基本工作原理和声纳测量设备的基本构成,并对目前我国首次建设的金坛盐穴型地下储气库施工中引进的德国SOCON公司声纳测量设备的基本参数进行了介绍。     

盐穴地下储气库的建设与运行特征

地下储气库在调峰保供中发挥着不可替代的作用。盐穴地下储气库属于洞穴型储库,在建设方面具有建设周期长、投资高、工艺技术复杂等特点,但其无需达容时间,可边建设边投产,垫底气比例低且可完全回收。盐穴地下储气库具有采气能力大、注采气灵活、天然气耗损率低等运行特征,不仅能够满足常规季节调峰需求,也能满足日、小时调峰及应急调峰需求。通过分析国内外盐穴地下储气库建设运行数据,梳理金坛地下储气库在实际运行中发挥的重要作用,针对盐穴地下储气库功能定位进行思考,为盐穴储气库的进一步优化合理发展提供参考。     

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.     

盐穴地下储气库注采过程热工参数的计算

提出了一个描述天然气盐穴地下储气库注采动态过程的数学模型.该模型包括实际气体性质、盐层与库内气体的对流换热,可求出任意连续注采循环时天然气压力和温度随时间的变化.该模型可应用于储气库的设计规划、各种储气方案的比较和判断水化物形成的危险范围等.     

盐穴地下储气库井口破裂火灾事故危险分析

盐穴地下储气库井口设施一旦发生泄漏,即可能引发火灾或爆炸事故,因此研究盐穴地下储气库井口火灾事故危险具有重要意义.采用喷射火危害模型分析了盐穴地下储气库井口破裂火灾事故危险,建立了井口破裂模式下的气体泄漏率和损失气体体积的准瞬态计算模型,预测结果能够反映井口破裂泄漏的实际情况.同时,基于热通量伤害准则,给出了危害半径的计算公式,分析了危害半径与盐穴压力的关系,即灾害半径随盐穴运行压力的增加而增大,由此提出在储气库安全设计阶段需要留出必要的安全距离,并制定相应的防范措施.该研究结论可为盐穴地下储气库泄漏后果评估提供重要参数和技术支持,并可为减少事故损失提供理论指导.     

盐穴地下储气库注采系统软件的开发

将盐穴天然气地下储气库井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统,提出描述注采动态过程相互耦合的数学模型及求解方法,并开发了相应的数值计算软件.该软件可用于地下储气库的设计规划、各种储气运行方案的比较和判断水化物形成的危险范围等.     

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。     

天然气的地下岩洞储存

介绍了非衬砌地下岩洞储库储存液化石油气(LPG)的方式,列举了国内LPG地下岩洞储库建设和运营的成功案例。概述了压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)的储存方式,着重介绍了在建造LNG地下岩洞储库方面失败和成功的经验教训,讨论了衬砌结构的组成和围岩冰环闭气系统的作用过程。结合2001年韩国大田第一座衬砌水封LNG地下岩洞试验库的建造和运营资料,介绍了这种先进储存方式的建造原理,分析了LNG地下岩洞储存与LPG地下岩洞储存的差异。     

岩盐地下储气库地质介质的应变及其控制

地下储气库是输气系统用来满足市场调峰需求的重要工程。由于岩盐地层具有流变性，在建造和使用地下储气库的过程中，在岩石压力的作用下，地下储罐的容积会逐步缩小，地面会发生沉降。针对岩盐地下储气库地质介质的应变问题进行了研究，并提出了预测和控制应变的方法。     

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。     

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）     

西气东输二线平顶山盐穴储气库建设可行性

河南平顶山盐矿盐层主要为舞阳凹陷内下第三系核桃园组二段上部和核桃园组一段,盐层分布稳定,含盐面积大。盐层埋深适中,盐层厚度大,具备建设盐穴储气库的地质条件。盐矿的沉积中心部位是建设盐穴储气库的最佳区块,可建成超过140×108m3工作气量以上的地下储气库。根据盐层的特点,可以建造单个盐穴几何体积为43×104m3,有效体积为23×104m3的盐穴储气库。根据盐层的地质特征模拟分析结果,单个盐穴的建造周期超过1200d,依据该地区卤水处理能力,按10～12年的储气库建库周期,可以在该区块建设14×108m3工作气量以上规模的储气库。由于该储气库位于中原地区,可以为西气东输一线和西气东输二线提供应急保障,并作为湖北、河南等地区的调峰储气库。     

多夹层盐穴储气库最小允许运行压力的数值模拟

通过室内单轴劈裂拉伸、单轴压缩和三轴压缩等试验,获得某油田H-1井多夹层盐岩力学性能参数,回归得到相应的Mohr-Coulomb准则表达式,并利用ABAQUS软件对多夹层盐穴储气库进行了数值模拟计算,分析了储气库的埋深、顶跨、顶部盐岩厚度、顶部相邻夹层厚度及弹性模量等参数对多夹层盐穴储气库最小允许运行压力的影响规律。结果表明:储气库最小允许运行压力随着顶跨的增加而升高,随着顶部相邻夹层弹性模量的增加而降低,而顶部盐岩和相邻夹层厚度对其影响不显著。研究成果可为多夹层盐岩地层储气库的安全运行提供参考。