盐穴储气库溶腔收缩规律分析

盐穴储气库在运行过程中溶腔周围的盐层受到地层压力和溶腔内压的多重作用而产生应力变化。由于盐层具有蠕变特性，并且溶腔内压力始终小于周围岩层的地层压力，因此溶腔周围盐层会产生指向溶腔内部的位移而导致溶腔收缩，从而引发储气库单腔库容和工作气量的变化。溶腔的收缩可以通过盐层蠕变测试结合数值模拟进行预测。通过对国内某盐穴储气库实际岩石力学参数测定和溶腔运行模拟预测发现，溶腔建成初期有一个短暂的快速收敛阶段，后期收敛速度较为平稳并有逐步减缓的趋势。运行10年，溶腔的体积缩小逾8%，对应的储气库库容和工作气量也将减少8%以上。因此在盐穴储气库运行的初期，必须密切注意溶腔蠕变，制定合理的运行参数，确保溶腔快速收缩阶段的溶腔稳定。在中后期必须新建溶腔，以弥补因溶腔收缩而减少的库容量及工作气量。     

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我国的西气东输工程从新疆塔里木油田到上海，管线长度达4000公里，为确保对长江三角洲地区安全稳定的供气，就必须在长江三角洲地区建设地下储气库，从而保证在管线故障期间应急供气，同时利用地下储气库调节冬季和夏季用气量的差异，保证长输管线的高效、平稳运行。在长江三角洲地区经地库址选择，目前准备将常州盆地的金坛盐矿用以建设地下储气库。盐穴地下储气库主要选择在盐层或盐兵上，利用水溶方式形成地下溶腔进行储气，选择合适的建库地址要结合地质、水、工程等诸多因素，造腔过程中需要采取一系列控制技术，在造腔过程中还要及时采取声纳测井技术进行跟踪监测，造腔过程的检测及腔体完成后的密封安全性检测是气库能否投入运行的关键。     

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。     

岩盐储气库水溶建腔施工参数优化

岩盐储气库水溶建腔常采用油垫法，其造腔主要施工参数包括：油垫、中间管、中心管等。通过分析在岩盐储气库水溶建腔过程中，油垫位置、中间管位置、中心管位置不同时对溶腔的影响，得出了水溶建腔施工参数对溶腔的影响规律，并结合实际盐矿资料给出了计算实例。研究结果表明，在控制溶腔形状的工艺参数中，油垫位置的控制对腔体形态变化的影响最大，改变油垫的位置，可以有效控制腔体形态；中间管位置在溶蚀过程中是决定溶腔最大半径的主要因素，溶腔的形态受中间管位置的影响很大；中心管位置的变化对溶腔形态的影响很小。掌握油垫、中间管、中心管等位置不同时对岩盐储气库造腔的影响规律，能够为岩盐储气库的溶腔设计与生产提供理论依据和决策手段，以便科学合理地进行设计和生产。     

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。     

盐穴地下储气库溶腔形态变化数值模拟

盐岩蠕变对盐穴地下储气库的溶腔形态有着较大的影响,易造成储气库失效、泄漏、破裂等安全问题。为此,利用美国ITASCA咨询集团公司开发的FLAC3D快速拉格朗日差分软件,建立了盐穴储气库模型,对储气库溶腔蠕变规律进行了数值模拟,分析了在不同蠕变时间内、不同内压下储气库溶腔在不同直径处的变形量,得到在盐岩蠕变下,盐穴储气库溶腔形态的变化规律,并给出了相应操作建议:1盐穴储气库溶腔不同直径处产生的变形量是不同的,溶腔最大直径处变形量最大,随着直径的增大变形量增大,且呈非均匀性增大,因此在建设盐穴储气库时,应对储气库溶腔的高径比进行严格地计算;2溶腔内压对储气库溶腔变形量有直接作用,较高压力下的盐岩蠕变对储气库溶腔形态变化的影响比低压时小,因此建议在盐穴储气库实际运行过程中,尽量避免低压运行,以保证储气库溶腔形态的完整性。该成果为盐穴储气库的安全运行与维护提供了可行的依据。     

地下盐穴储气库快速建槽技术及其应用

我国地下盐穴储气库为层状盐层建库,盐岩品位低且夹层多,盐穴的建槽速度慢,腔体底部抬升较快,不能满足我国地下储气库建设的需要,迫切需要寻求新的建槽技术加快盐穴储气库的建槽速度。为此,介绍了盐穴储气库溶腔机理,提出了优化造腔参数、扩眼、使用快速工具促溶3种快速建槽技术：①通过数值模拟对造腔循环方式、管柱提升次数、注水排量等造腔工艺参数进行优化;②采用扩眼法加快建槽速度;③应用喷射式、延伸喷射式和软管式3种造腔工具加快建槽速度。现场应用效果表明：快速建槽技术能够加快盐穴储气库的建槽速度,缩短盐穴建库周期,提高盐穴建库效益。     

岩盐品位对岩盐储气库水溶建腔的影响

岩盐储气库就是根据水溶采矿的原理，通过采出盐水，利用在地下形成的溶腔作为天然气的存储空间。岩盐储气库水溶建腔技术是岩盐储气库的核心内容，直接影响着岩盐储气库的后期作业，对岩盐储气库运行效果、使用寿命等具有重要意义。为此，研究了岩盐品位对岩盐储气库水溶建腔的影响：根据水溶建腔机理，建立岩盐储气库水溶建腔数学模型；对岩盐品位不同的地层条件下岩盐储气库水溶建腔进行动态模拟数值计算；进而综合分析了岩盐品位对岩盐储气库水溶建腔的影响规律。结果表明：岩盐储气库应选择在岩盐品位高的地层建造，这样既有利于溶腔形态的控制，又能缩短建腔周期。     

盐穴型地下储气库建库评价关键技术及其应用

为了解决层状盐岩盐层展布不均、造腔机理复杂、造腔过程控制难、盐腔运行安全稳定性差、老腔改造利用难度大等技术难题,从盐穴地下储气库盐层利用最大化、提高造腔效率、缩短建库周期、保证腔体安全的设计目标出发,依托江苏金坛盐穴储气库的设计经验与现场实践,全面更新设计理念,提出了选址评价、造腔设计与控制、稳定性评价与库容参数设计、老腔筛选及利用、气库运行及监测等5项关键技术序列,丰富和完善了盐穴储气库建库评价技术体系。上述5项关键技术在金坛盐穴储气库建设中的实际应用效果表明:(1)地质方案实钻符合率高;(2)造腔形态符合设计预期;(3)腔体变形收缩率符合稳定性评价结果预期;(4)老腔改造利用成功;(5)部署监测网络保障了盐穴储气库的运行安全,为长江三角洲地区天然气调峰保供发挥了重要作用。结论认为,该项研究成果指导了盐穴地下储气库的建库方案设计及工程实施,为同类储气库的建设提供了理论支撑与技术保障。     

多夹层盐穴腔体形态控制工艺研究

盐层中多夹层的存在破坏了溶腔边界的连续性,不利于建腔和腔体形态的控制,需要建立多夹层盐穴储气库造腔数学模型,对循环方式、管柱提升次数、排量、管柱组合等盐穴腔体造腔工艺参数进行优化;给出多夹层盐穴腔体建造的顶板保护及腔体形态监测工艺;建立夹层破坏数学模型,提出造腔过程中采用夹层下部溶蚀、加快夹层中可溶物溶蚀速度以及采用工具直接破坏夹层等3种夹层破坏工艺。综合分析认为,采用合理的腔体形态控制及夹层破坏工艺,能够在含有多夹层的盐层中建造符合要求的盐穴储气库。     

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对盐岩地层建设地下储气库的溶腔数学模型进行了研究。为了设计和形成稳定的溶腔形态，依据流体力学、化学动力学及物质平衡原理，对水溶建腔机理进行了分析，建立了盐岩溶腔溶质传输—流体流动数学模型；根据流体力学基本原理和对流扩散理论以及物理模拟基本规律，建立了盐岩溶解速度方程；并通过数值方法对腔体态进行了模拟研究。结果表明，在合理的工艺条件下，通过盐岩水溶开采可以获得稳定的腔体形态，以满足地下储气库的要求，从而为盐穴储气库的溶腔设计提供理论依据和决策手段。     

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在调研国外盐穴储气库相关资料的基础上，对用盐穴建设地下储气库的工艺工程、方法进行了探讨，内容包括：盐穴储气库的建造工艺过程；盐岩的特性；盐对固井水泥的影响；水溶采矿模拟研究结果；影响盐穴稳定性的主要因素；建造岩穴储气库的工艺方法；盐穴储气库运行压力的确定方法；盐穴储气库完井技术要点；国外盐穴储气库建造实例等。可为今后我国建设地下盐穴储气库提供参考。     

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为保证我国西部天然气对长江三角洲的江苏省、浙江省、上海市等安全、稳定供气，并满足这些省市的用气量变化需求，决定在该区建设足够容量的地下储气库。文章介绍了利用该区金坛岩盐构造建造盐穴储气库的建库原则、建库地质条件、水溶采卤处理、盐穴设计等。同时还介绍了应用模拟计算设计方法进行计算所取得的盐穴设计几何高度、平均直径、最大高宽比，以及在运行压力范围内安全围岩矿柱宽度等重要参数。     

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为充分发挥“西气东输”管线和规划中的中国石化塔巴庙—济南长输管道系统的输气能力，确保季节调峰和供气的安全性，需建设配套的地下储气库。河南、山东所处中原地区与西部气源相距远，天然气管道输送距离很长，而中原油区恰好位于河南、山东两省交界处，具有丰富的天然气资源，同时具备多个建设地下储气库的枯竭性气藏。因此，宜在中原油区建设天然气地下储气库。对比国内外地下储气库建设情况，结合中原油区气藏地质特征和开发现状，提出了气藏改建为地下储气库的标准，然后对中原油区现有气藏进行筛选，从气藏的构造、断层及盖层的封闭性、储集层的物性、单井注采气能力与储气库容量等方面，综合分析气藏建库的可行性。在上述工作的基础上，优选出文96等4个气藏进行综合地质评价，评价结果认为在中原油区建设地下储气库完全可行，同时认为文96气藏可作为首选的储气库库址，卫11气藏可作为继文96气藏后的建设储气库的后续工程，文23气田、文13西气藏作为长远建设储气库工程的规划。     

盐穴地下储气库小井距双井自然溶通造腔工艺

为了解决盐穴地下储气库单井造腔速度慢、工期长的难题,通过调研盐矿的采卤工艺技术,借鉴盐矿对井开采溶腔的技术思路,提出了"单井建槽、自然溶通、双井对流建腔"的盐穴储气库造腔思路:基于室内对井采卤物理模拟实验,通过双井造腔连通方式与井距实验模拟,对小井距双井造腔自然溶通技术的可行性进行了分析和造腔效果预测,创建了盐穴储气库小井距双井自然溶通造腔工艺,并进行了现场先导性试验和声呐检测。结果表明:(1)利用双井可加快盐穴造腔速度,试验井比单井造腔速度提高了1.7倍;(2)要建造规则、可被检测的盐腔,宜采用小井距、自然溶通的造腔方式;(3)建造单腔有效体积为30×10~4 m~3的模拟预测方案显示,较之于单井造腔,双井造腔可缩短工期25%(约1年)、降低能耗55%左右。结论认为,双井造腔工艺在加快造腔进度、降低能耗方面效果显著,应加快对该工艺的攻关研究与现场试验,以期尽早推广应用。