盐穴储气库注采运行时温效应对腔体稳定性的影响

地下盐穴储气库注采周期的变化会导致腔内气体的温度、压力发生周期性变化,从而导致围岩中产生热应力,进而危及储气库注采过程中的安全运行。基于变质量热力学理论,推导出了注采过程中变注采速率的条件下腔内气体温度、压力随时间变化的微分方程,并结合已有的研究实例进行验证。基于单个腔体热固耦合模型,分别研究了注采气过程中,热效应、注采速率以及盐岩导热系数对腔体稳定性的影响。对于注气过程,热效应的存在、注气速率的增加以及盐岩导热系数的增大有助于避免围岩中发生拉伸损伤,维持腔体的稳定性;而对于采气过程,热效应的存在、采气速率的增加以及盐岩导热系数的增大会加剧围岩中的拉伸损伤,不利于腔体的稳定性。     

热力耦合作用下地下盐岩储气库注采运行稳定性研究

在地下盐岩储气库注采运行过程中,因腔内气体压力和温度变化而产生的地层压力和热应力变化,会影响腔体围岩的稳定,从而影响整个储气库的稳定性。为探究热力耦合条件下地下盐岩储气库运行的稳定性,建立了储气库腔体温度和压力计算模型,对不同注采速率和注采时间的腔体温度和压力进行计算,将计算值作为数值模拟的边界条件,运用FLAC 3D软件模拟注采过程中的腔体稳定性变化情况。结果表明：如果只考虑压力的影响（压力作用）,则腔体在注采过程中只发生剪切损伤;如果同时考虑压力和温度影响（热力耦合作用）,则腔体在注气过程中会产生剪切损伤,在采气过程中会产生拉张损伤、剪切损伤和膨胀损伤。研究成果对地下盐岩储气库运行安全管理具有一定的指导意义。     

盐穴储气库全周期注采模拟——以JT储气库X1和X2盐腔为例

中国盐穴储气库建设运行时间短,与国外具有成熟技术的盐丘型地层建库相比,多为复杂层状盐岩地层建库,存在盐层品位低、夹层多、形成的盐腔不规则等问题,对盐腔的稳定性和储库运行的安全性评价提出了更高的要求。利用大型物理模拟实验装置,根据岩石力学相似性原理,研制相似性材料和相似模型,对盐穴储气库的注采进行全周期模拟,用以研究盐穴储气库注采运行规律、盐腔周围应力—应变特征及盐腔变形特征。研究结果表明,实验过程中腔周应力和应变的反应较盐腔内气压变化滞后;采气降压时腔周应力增大,应变也随之增大,腔顶位置较其他部位更易出现应力集中的趋势,而腔腰和最大腔径处的变形相对较大。结合数值模拟研究和现场生产测试,对JT盐穴储气库的盐腔和盐柱受力与变形特征进行研究的结果表明,目前运行各阶段应力分布均为压应力,主要在盐腔顶部和盐腔中间位置发生应力集中,但无拉应力,未产生拉应力损伤破坏;内压最小时盐腔周围的安全系数都在1.5以上,压力最大时安全系数在3.0以上,这两种状态下均未发生扩容损伤破坏。研究成果对中国类似盐穴储气库运行方案的设计、稳定性评价及腔体损伤评估、灾害预防等具有重要的指导作用。     

盐穴地下储气库注采热工性能模拟

储气库在建造和运行时，一方面溶腔内气体通过自然对流与周围盐层进行热交换，与周围盐层壁面形成不稳态导热温度场；另一方面连续注采循环，使腔内气体压力、温度发生变化，特别是在连续采气时，降压的焦耳-汤姆逊效应极易使井口气体压力和温度进入生成水化物的危险范围，因此动态确定盐穴储气库注采天然气时的热工特性变化十分必要。为此，根据热力学、传热学和流体力学理论，针对注采过程天然气在井筒流动和溶腔内传热过程的特点，将井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统，提出了描述注采动态工程相互耦合的数学模型及其求解方法，并开发了相应的数值计算软件。该软件可预测盐穴地下储气库在连续注采气过程中，溶腔内及井筒顶、底部气体的压力和温度，并判断水化物形成的危险范围等。研究成果能对盐穴地下储气库的建造和技术特性做出预测分析，对其运行工况给予指导，并对注采气地面系统的优化设计提供理论分析依据。     

盐穴储气库地面工程技术要点研究

金坛储气库是我国仅有的1座已建成投产的盐穴储气库,对其设计、建设和运行经验进行总结,可为平顶山和淮安等盐穴储气库的建设设计提供指导。盐穴储气库是利用地下已有的盐层,采用人工的方式在盐层中水溶形成腔体,用于天然气回注、储存和采出的系统体系。盐穴储气库地面配套工程须额外增加造腔地面配套系统和注气排卤系统;注采气工艺中压缩机的选型也须兼顾注气排卤工况;盐穴采出气含有卤水,且各腔体独立,压力会有所不同,采气脱水工艺须能够适应腔体温度、压力变化。处理装置设计规模须根据盐穴储气库的功能定位、注采周期和注采能力等因素确定。多级离心泵作为造腔注水泵是最适宜的注气排卤设备,可满足各种工况条件下的快速造腔和盐厂的卤水回收要求。采出气处理工艺的选择须避免水合物生成并合理地控制水露点,三甘醇脱水和J-T阀+乙二醇技术是常用的脱水工艺。压缩机厂房的降噪是储气库建设的重要设计之一,采用吸声、隔声、隔振和通风消声等噪声控制措施可以实现整体降噪的目的。     

西气东输盐穴储气库库容及运行模拟预测研究

掌握盐穴储气库的库容量和运行过程中的状态变化是合理制定盐穴储气库调峰方案的基础。在溶腔体积一定时,通过气体状态方程可求出单个溶腔的库容量,但需充分考虑溶腔的最大压力和温度对库容及工作气量的影响。在气库的注采过程中,天然气的不断压缩和膨胀并在井筒和地层中产生热交换,引起井筒和溶腔内的温度和压力变化。该变化过程遵循能量守恒和质量守恒定律,可建立相应的数学模型对溶腔和井口的温度压力进行预测。对西气东输盐穴储气库单腔运行过程的模拟发现,溶腔投入运行后的首个注采周期是温度、压力变化最剧烈的阶段,且单腔的工作气量并非一成不变,它与溶腔同一周期的采气时间长短成负相关关系,开采周期越长,溶腔温度变化越平稳,能采出的工作气量也越多;反之,则工作气量越少。因此在制定盐穴储气库调峰方案时,应尽量避免单个溶腔的强注强采而导致溶腔温度压力的剧烈变化,从而最大限度地提高单腔工作气量,发挥储气库的最大调峰能力。     

TJ盐穴地下储气库注采气运行动态分析

TJ地下储气库通过改造5口盐穴老腔,建成了我国第一座盐穴地下储气库,它的建成和投产为解决西气东输管道下游调峰和应急供气发挥着巨大作用。储气库投产三年多以来,通过对储气库的注气排卤和注采气运行的动态分析,可以认识到,在其运行周期内的数次注采气过程中,注采气量基本平衡,在压力稳定阶段储气库井口压力保持稳定,腔体无泄漏迹象,没有明显收缩,盐穴储气库运行安全平稳。     

地下盐穴储气库注气排卤及注采完井技术

盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层或盐丘,采用人工方式在盐层或盐丘中水溶形成洞穴储存空间来存储天然气,是储气库的主要类型之一。盐穴储气库建成后第一次注气排卤及注采完井是储气库建造和应用以及安全运行的关键。为了满足我国首座盐穴储气库--金坛盐穴储气库建设的需要,根据该储气库建库的特点,进行了注气排卤及注采完井工艺技术研究,通过注气排卤及注采完井方案的优选,制定了现场施工工艺,形成了我国盐穴储气库注气排卤及注采完井配套工艺技术,并成功运用于该储气库已有溶腔改造的5口井中,填补了我国盐穴储气库的注气排卤及注采完井工艺技术的空白。     

金坛盐穴储气库注采运行参数优化设计研究

随着国家对能源需求量的日益增加,盐穴储气库在天然气应急调峰和能源战略储备中的作用越来越大。储气库的运行参数设计决定了库区的工作气量和日常调峰能力,是影响储气库经济效益的关键因素。以金坛储气库H1井为背景,建立三维地质力学模型,对腔体下限运行压力及采气速率进行优化设计和数值模拟计算,并引入稳定性评价指标对计算结果进行检验,探讨了盐穴储气库注采参数对腔体注采运行安全性的影响。结果表明腔体稳定性随下限运行压力的升高而增加,随采气速率的升高而降低,夹层和腔顶平直处是腔体安全性的薄弱位置。该研究可为盐穴型储气库注采运行参数设计提供参考。     

不压井作业技术在金坛盐穴储气库中的应用

西气东输金坛盐穴地下储气库已有采卤溶腔单井（腔）注气排卤作业结束后，在投入正常注采气运行前，为确保?177.8 mm 注采气管柱通畅和注采气能力满足需求，以及井下安全阀在紧急情况下开关控制自如，需将仅用于排卤作业的?114.3 mm 管柱全部起出。鉴于金坛盐穴地下储气库的井（腔）的独特腔体、井身与管柱结构和较高的井口压力，决定采用不压井作业设备将?114.3 mm 排卤管柱一次性起出。该设备具备举升和运输能力的撬装，靠修井机、不压井作业辅助机和桥塞或堵塞器的相互配合来实现带压环境下起下管柱作业。采用不压井作业技术在金坛盐穴地下储气库进行了5 口井（腔）的施工，成功率100%，为金坛盐穴地下储气库后续不压井起同类大直径管柱作业储备了技术，具有一定的指导意义。     

储气库碳酸盐岩裂隙微粒运移实验模拟

储气库井在注采过程中因注采压力过大可能诱发微粒运移,为此,选用储气库碳酸盐岩储层岩心制取人工裂缝岩心,分别开展了应力敏感实验、干燥岩心和含水岩心气体速敏实验、模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的流动实验,测试了实验过程中岩心渗透率,并借助扫描电镜对模拟储气库注采压力增加时和应力敏感实验前后岩心的裂缝壁面进行检测,揭示储气库注采过程中微粒运移机理。实验表明:干燥岩心和含水岩心的速敏程度分别为中等偏弱—中等偏强和中等偏强—强,岩心应力敏感程度为弱—中等偏弱;模拟储气库注采压力增加时干燥岩心和含水岩心的平均渗透率损害率分别为77%和84%。研究认为,注采过程中的裂缝壁面的微粒在高速气流拖拽作用下发生拉张破坏和有效应力下岩石被破坏是微粒运移的重要诱发机制,含水情况下岩石强度弱化,会强化微粒运移。建议合理控制注采压力和减少流体进入储气库井,防止产生大量微粒,最终影响储气库的多尺度注采,同时对于合理控制储气库的注采压力具有借鉴意义。     

层状盐岩蠕变变形差异性及附加应力

基于伯格斯（M-K）蠕变模型,根据三维压缩蠕变实验条件,建立了层状盐岩轴向蠕变本构方程;推导出各单层岩性蠕变参数与整个层状盐岩样的蠕变参数关系表达式;同时,在建立层状盐岩径向蠕变本构方程的基础上,推导出层状盐岩各岩层由于蠕变变形差异产生的附加力求解公式;依据淮安库区某层状盐岩蠕变实验数据对所得到的结果进行了部分验证。研究表明,层状盐岩的蠕变破坏是岩层由于蠕变变形差异产生附加力与其作用方向上应力共同作用的结果,只有当其合应力超过夹层抗拉强度时,才会使盐岩夹层发生张拉破坏。研究结果为层状盐岩体中地下盐穴储气库的长期稳定性评价提供了理论分析基础。     

流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究

注水开发油田在生产过程中，渗流场会对油藏地应力场产生影响，在井壁附近产生应力集中。研究了注水过程中流固耦合作用下套管损坏的力学机理，在传统的Biot 方程的基础上，考虑介质渗透性能随应力的变化，建立了注采过程中流体渗流与固体弹塑性变形的非线性耦合数学模型，采用全耦合的有限元法对所建立的模型进行求解。通过对大庆油田南二区某注水井注水开发过程的数值模拟，分析了注水对储层孔隙压力、井壁围岩应力场和变形场的影响，并对比了不同注采情况下储层孔隙压力和井壁应力随时间的变化关系。研究表明，油藏注水开采过程中，油藏流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为合理建立油藏注水开发的流固耦合计算模型，合理控制注采压差，预防和减少该地区地层变形、套管损坏等提供了依据。     

盐穴储气库注采运行过程中的腔体形状检测

金坛储气库注采运行过程中,由于岩盐的蠕变特性,压力、温度的变化会对盐穴的形态产生影响,使盐穴发生片帮和收缩,严重的情况会影响到注采运行的安全。为了研究腔体形状的变化,评价其影响,为安全平稳的运行提供保证,也为今后国内盐穴储气库高压气腔声纳检测积累经验,给地下盐穴储气库的生产运行提供技术保障,金坛储气库对两口注采运行多年的老腔进行了检测。从高压气腔声纳检测现场施工出发,重点说明高压气腔声纳检测的详细操作程序及关键技术。这一工作在国内尚属首次。     

金坛盐穴地下储气库建库关键技术综述

金坛盐穴储气库是中国第一个盐穴储气库，建设金坛盐穴地下储气库是一个比较复杂的系统工程，建库中通过摸索形成和运用了多项关键技术。①地质评价：对建库区域的选择和溶腔密封性至关重要；②溶腔设计及稳定性评价：是确保溶腔稳定的最佳形态并达到体积最大化的技术保障；③造腔技术：是整个建库工程的核心，它是能否实现所设计的理想溶腔形态和体积的关键；④声纳检测技术：确定造腔过程和最终溶腔的体积和形态；⑤完整性测试溶腔：是能否开始建造和建造后可否投入运行的关键；⑥热动力模拟：是编制盐穴储气库运行计划并为地面设施配套的重要依据；⑦老腔井筒改造技术：部分形态较好的采盐溶腔改建成为储气溶腔，加快了储气库建设进程。金坛储气库的建设使中国具备了建设同类地下油气储备库的技术实力。     

水驱气藏型储气库储集空间动用率实验评价

水驱气藏型储气库高速注采气运行过程中伴随水体往复运移,建库储层地质条件和水体渗流特征对储气库储集空间动用效率影响较大。针对国内典型水驱气藏储气库储层特征,开展周期注采模拟饱和度场、核磁共振分析等实验。将物理模拟结果与数值模拟相结合,通过多方案对比分析注采参数,并利用相似准则转换为矿场指标。研究结果表明:水驱气藏型储气库多周期注采运行过程中,出现部分储集空间未动用的现象,三维饱和度场和核磁特征谱表明气驱纯气带是提高空间动用的主力区,而气水过渡带是导致储气库空间动用效果变差的主要区域,排驱扩容、气水互锁作用效果与储气库的注采速度和储集空间物性分区密切相关;对于华北典型水驱气藏型储气库多周期注采运行而言,在注气速度为291×104m3/d、采气速度为533×104m3/d时,26%库容为无效库容。研究结果为水驱气藏改建储气库及优化注采运行提供参考。