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。     

注水排量对水平井造腔腔体形态影响实验研究

针对国内盐穴储气库普遍存在的盐岩层厚度小、隔夹层厚度大的问题,提出采用具有造腔成本低、成腔率高的水平井多步法造腔技术。通过建立物理相似实验平台开展不同排量对水平腔体形态影响的实验,研究水平井造腔腔体形态扩展与排量的关系。结果表明:当排量为5~10 mL/min时,腔体发展呈现不均匀性,腔体最终呈“鞋”形态;当排量为20~30 mL/min时,腔体形成的顶部高度差较小,形状规则,呈圆柱形;造腔排量存在一临界值,该临界排量为20 mL/min,高于该临界值时,单位时间内的腔体累积产盐量随排量增大而减小,低于临界值时,腔体累积产盐量随着排量增大而增大。通过合理调配造腔参数,水平腔体最终呈“隧道”形。该研究对水平多步法造腔技术应用提供了一定理论基础并为水平井造腔在盐穴储气库规模化使用提供技术支持和借鉴。     

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。     

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。     

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。     

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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。     

CSAMT法在盐化老腔形状检测中的勘探试验

盐化企业采卤形成的地下空间是一种宝贵的储气资源,盐化老腔直接改造成储气库可以缩减建库时间、迅速提高库容和节省资金。目前老腔形状检测是改造过程中的技术瓶颈,腔体的形状直接关系腔体稳定性。腔体卤水和围岩在电阻率上存在差异,这为CSAMT法提供了地球物理勘探前提条件。本次试验选择在淮安地区开展可控源音频大地电磁勘探法,采用合理的野外排列方式、数据处理、资料解释及腔体形态构建,确定了腔体的空间形态展布。     

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段的长度对后期造腔管柱的影响较大,盐穴储气库定向井第2直井段计算方法可以定量确定下部直井段最小长度,使造腔管成自然垂直状态,一定程度上避免了造腔过程中腔体偏溶情况的发生,保证了腔体体积,提高了盐层的利用率,符合现场实际要求。该方法对盐穴储气库定向井钻井设计及现场施工具有一定的指导作用。     

盐穴储气库技术现状及发展方向

总结国内外盐穴储气库建设技术发展趋势,认为国外的丛式井布井方法、大井眼井身结构与大排量造腔、卤水回注地下等技术手段值得借鉴。同时国内盐穴储气库建设仍面临优质库址资源少、造腔周期长、腔体有效利用率低等难题。为破解这一系列难题,在开展市场化运作模式探索的同时,更需要加大核心技术攻关,加强建库地质评价、钻完井工程、造腔设计与控制、复杂连通老腔利用、扩大储气空间等多个方面核心技术的研究,大幅度提高储气库建库效率,促进我国盐穴储气库可持续发展。     

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。     

盐穴地下储气库盐岩力学参数的校准方法

盐穴地下储气库具有调配灵活、垫层气量需求量少、吞吐能力强等优点,但同时也面临着诸如地表沉陷、盐岩破坏、气体渗漏以及腔体收缩过快等安全稳定性问题。盐穴稳定性评价中一些关键力学参数的选择和校准极为重要,评价所涉及的岩石力学参数主要包括盐岩弹性参数和黏塑性参数。在盐穴腔体设计阶段,关键的力学参数的选择只能通过室内岩心试验来确定,其数值的大小可能与实际的原岩参数有较大出入,这在其他的地下岩体开挖工程中也经常碰到,需要进一步对盐岩力学参数进行校准。为此,在国内盐穴储气库造腔和注采运行的多年经验和数据积累的基础上,应用造腔和注采运行回归法,利用现场数据校准蠕变参数,建立了盐穴地下储气库岩石力学参数校准的试验方法。应用该方法对江苏金坛盐穴地下储气库的盐岩的弹性和黏塑性参数进行了校准,所获得的力学参数现场应用效果良好。校准后的力学参数对优化已运行腔体注采方案、提高储气库运行经济性和安全性都有重要作用。     

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。     

鄂尔多斯盆地北部杭锦旗马家沟组四段碳酸盐岩储层分布规律

鄂尔多斯盆地北部灰岩喀斯特储层是近年发现的一种新储层类型，分析其形成机理与分布规律对该地区的天然气勘探意义重大。通过洞穴结构解剖，分析储层与洞穴相的关系；在洞穴测井响应研究的基础上，拉平基准面，研究风化壳古地貌和洞穴层的纵向分布规律，阐释多层洞穴与构造隆升之间的关系；利用地震资料，进行洞穴的分布规律研究。结果表明：①不整合面之下的表层孔洞大多被泥质充填而失去储集能力，远离不整合面的洞穴是喀斯特储层的主要储集空间；②洞顶相和洞穴未充填相是主要的储层发育段；③马四段灰岩发育三层洞穴，洞穴层分布稳定，平面上可对比性强，西部发育程度好于东部，三层洞穴是加里东期盆地北部幕式隆起的结果；④井-震结合对洞穴分布进行预测，北部以大量的落水洞为特征，向南转变为地下暗河；洞穴在平面上呈网状分布，断裂对其影响不大。古潜水面控制着洞穴的分层。马四段多层灰岩洞穴的发育极大地拓展了盆地北部下古生界的天然气勘探范围。     

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。     

盐穴储气库无垫底气技术探讨

盐穴储气库运行过程中垫底气始终无法采出,增加了储气库工程建设成本,降低了储气库运行经济效益。基于盐穴储气库注气排卤技术经验,提出了盐穴储气库无垫底气技术。从储气库运行方式、腔体利用效率、建设成本、建设地质门槛和腔体长期稳定性等方面,对无垫底气运行和常规运行两种方式进行了对比,并以2个储气库为典型代表,给出了薄盐层和深部盐层利用2种不同技术建库的对比案例。结果表明,无垫底气技术可以大幅度提高盐穴储气库腔体利用效率,显著降低盐穴储气库工程建设成本,降低盐穴储气库建设地质门槛,有利于腔体长期稳定性运行,该研究可为我国盐穴储气库建设带来更好的效益。     

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。