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。     

快速造腔技术的研究及现场应用

快速优质溶漓成稳定的腔体是缩短盐穴气库建造时间、节约建库资金、提高建库效益的关键技术,对保证西气东输工程安全供气具有重要意义.对盐岩溶蚀机理及快速造腔方法进行了分析,以空化射流理论为基础,论述了造腔工具的促溶工作原理,设计了造腔工具地面试验方法及装置.现场应用效果表明,造腔工具可以将建槽期的盐岩溶腔速度提高2倍以上,同时有利于提高返出卤水浓度,满足盐化企业的处理要求.     

金坛盐穴储气库造腔关键参数优化

在金坛盐穴储气库工程建设中,由于缺乏造腔经验,导致造腔速度慢,盐腔有效体积小,严重制约了建库速度。为提高造腔有效体积和造腔速度,对现场造腔生产数据进行了分析,对造腔关键技术进行了优化:注水循环方式以反循环为主,正循环为辅;第一次建槽时,油垫距内管口一般为30~40 m,建腔期油垫提升高度约15 m,封顶期不大于10 m;注水排量循序渐进,平稳恒定,建槽期平均注水排量为80~90 m3/h,建腔期平均注水排量为90~100 m3/h;建腔期正、反循环造腔内外管优化距离分别不低于45、10 m,可有效保证排卤质量浓度。该研究可为盐穴储气库造腔参数优化提供指导。     

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。     

盐穴储气库溶腔促溶工具的研究

盐穴储气库溶腔的溶漓过程长,耗费淡水和能源较多,所用资金占建库资金的比例大。为此,根据盐穴建造阶段的需要确定了以促溶工具为主的建槽期快速溶腔工艺方案,研制了喷嘴式促溶工具、延伸式喷嘴促溶工具和软管式促溶工具,并阐述了这3种促溶工具的结构、特点、工作原理及主要技术参数。现场应用结果表明,建槽期前60d内,采用快速溶腔工艺及促溶工具能将盐穴溶腔速度提高1倍左右。     

盐穴型地下储气库注采井造腔工艺

目前国内乃至世界其他国家在储气库建设中都是在枯竭油气层的基础上建设的,而江苏金坛盐穴型地下储气库是我国乃至亚洲第一个利用可溶盐层地下造腔工艺完成的盐穴型储气库。简述了盐穴型地下储气库造腔工艺、施工工序及造腔施工的五个阶段,为我国在未来几年建设四大区域性联网协调的储气库群探索出一条成功的盐穴型地下储气库注采井造腔经验。     

盐穴储气库造腔管理分析系统设计与应用

在盐穴储气库建设过程中,由于经验不足,在管理和效率方面存在较多问题。为了提高盐穴储气库建库的工作效率和管理水平,自主设计和开发了盐穴储气库造腔管理分析系统。该系统利用关系数据库组织和维护造腔生产数据,设计和实现造腔分析、声纳分析、注采运行以及系统管理等功能模块,实现造腔进度快速计算和监控、油垫压力监测以及造腔参数优化等许多科学实用的功能,大大降低了人工计算量,确保造腔设计和进度监测的准确性,有效地提高了管理水平,具有非常好的推广价值。     

国外盐穴地下天然气储气库建库技术发展

建设与开发更多的地下盐穴天然气储气库，是21世纪天然气库发展的一个趋势。成熟的国外盐穴储气建库技术，主要包括盐穴储气库的选址技术、造腔淋洗技术、几何形状的控制技术、密封技术、盐穴储气库的稳定技术及检测技术。     

盐穴储气库造腔节能优化技术

为实现盐穴储气库建设降本增效,必须识别能耗关键点,针对注水造腔工艺过程进行优化,避免注水二次循环。在满足造腔量及外输卤水浓度的要求下,应用非线性规划理论结合水溶造腔生产实际,建立多井溶腔工艺参数优化数学模型,进行了多井溶腔工艺参数方案优化,提高注水溶盐效率。根据优化方案,改造现场注水工艺流程,保证一次循环多井采卤浓度满足外输要求,提高盐穴储气库建库效率。通过现场对工艺优化后,改造后工艺流程有效降低单位造腔体积能耗41.18%,对盐穴储气库建设具有重要意义。     

大尺寸盐岩溶腔模型制备研究及应用

利用现场钻取的岩心,模拟盐穴储气库水溶建腔过程,岩心尺寸小,且不能完全代表整个造腔层段的特征。经研究,提出了一种大尺寸盐岩储气库溶腔模型制备方法,采用氯化钠、泥土等材料配制盐岩溶腔模型;建立了盐穴储气库水溶建腔数学模型,利用相似比确定了实验参数;给出了利用人造盐岩模型开展造腔物理模拟的应用实例。     

江苏金坛盐穴储气库定向井轨道优化设计方法

针对盐穴储气库定向井下部直井段过短导致后期造腔管柱因不垂直而出现的盐腔严重偏溶的情况,采用五段式井眼轨道设计方法,结合材料力学相关理论,得出盐穴储气库定向井下部直井段最小长度计算方法,并对不同尺寸、不同钢级的造腔管所要满足的下部直井段最小长度进行了计算,完成了该方法在金坛地区11井次的应用.盐穴储气库定向注采井下部直井...     

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。     

水淹枯竭气藏型地下储气库盘库方法

地下储气库多周期运行盘库,是研究气库运行规律、分析漏失、进一步提高气库运行效率和降低气库运行成本的关键环节。已建立的未水淹气藏型地下储气库盘库数学模型却并不适用于水淹枯竭气藏型地下储气库,评价结果明显高于实际注采气量。为此,通过深入分析水淹枯竭气藏型地下储气库气驱排水扩容机理、多周期注采运行过程中气水两相宏观与微观运动规律及可能的分布状态,创新性提出了可动用库存量的概念,以注采气量与视地层压力在一个注采周期内满足定容压升降方程为评价准则,建立了水淹枯竭气藏型地下储气库盘库模型。实例验证结果表明,该模型计算的结果与实际吻合,可用于水淹枯竭气藏型地下储气库多周期运行盘库计算和分析。为储气库运行、管理及调整提供了依据。     

盐穴储气库底部碎屑旋转射流冲洗数值模拟

在地下盐穴储气库多夹层岩盐水溶造腔过程中,不溶于水的夹层碎屑极易在盐穴腔底过量沉积,引起有效造腔体积减小、造腔速度降低,从而影响储气库造腔的质量和进度。为此,提出了高压旋转水射流冲洗碎屑的新方法,阐述了通过射流冲击作用和旋流作用,完成高效冲洗腔底碎屑的工作原理;根据多相流理论,建立了旋转射流冲洗碎屑数学模型,数值模拟研究了排量、颗粒直径和工具转速等参数对碎屑冲洗效率的影响规律。模拟结果表明:排量和颗粒直径是影响碎屑冲洗效率的重要因素,冲洗效率随着排量的增大而显著提高,随着颗粒直径的增大而明显降低;在一定条件下,存在最优工具转速,但随着颗粒直径的增大,工具转速对冲洗效率的影响逐渐降低。旋转射流法冲洗盐穴腔底碎屑能够有效提高碎屑冲洗效率,该方法为我国多夹层岩盐的快速、优质和安全造腔作业提供了一条新途径。     

厚夹层盐穴储气库单井双腔可行性分析

我国盐岩地层通常伴有厚夹层,针对厚夹层的盐岩地质条件,采用单井双腔的造腔方式,避开建库层段厚夹层,利用厚夹层的上部和下部盐层资源造腔,可提高盐岩资源利用率,扩大单井有效储气空间。以我国楚州盐矿厚夹层上、下两段盐层为造腔目标,设计单井双腔造腔方案开展模拟预测,对单井双腔建腔的钻井、造腔等工程费用进行测算,并与单井单腔造腔方案对比,结果表明:在特定的地质条件下,单井双腔造腔方案的有效体积为27.8×104 m3,单井单腔方案的有效体积为18.0×104 m3,采用单井双腔比单井单腔增加有效体积约54.4%,增加工作气量41.5%,节约单方建腔投资约21%。因此,单井双腔的造腔方式在储气库空间体积利用及单方地下工程投资等方面具有明显优势,有必要加强攻关研究与推广应用。     

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。     

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。