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。     

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。     

盐穴天然气地下储气库运行管理综述

在盐穴储气库运行过程中,溶腔气体与周围盐层的热交换,连续的注采循环,焦耳-汤姆逊效应等作用,不仅对盐穴的稳定性、安全性造成很大的影响,而且易使气体的压力和温度进入水合物的生成区间而妨碍正常输气。为研究盐穴储气库的运行特性,寻找最佳的运行方案,结合国内外相关技术文献及研究成果,对盐穴储气库的运行特性和运行过程中的关键技术问题进行了论述,为今后国内盐穴储气库的运行研究提出了一些建议。     

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。     

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。     

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。     

盐穴储气库采气过程甲醇注入量的分析

盐穴储气库是利用地下较厚的盐层,通过水溶造腔的方式,形成的腔体。由于腔体底端的卤水无法全部排出,采出的天然气处于含水饱和状态,有时甚至含有游离水。在连续采气的过程中,在一定的温度和压力下,就需要在井口对含水的天然气注入水合物抑制剂—甲醇。甲醇的注入量与诸多因素有关,针对多种因素的影响,需要对甲醇的注入量进行综合分析,分析的结论对盐穴储气库的生产运行具有一定的实际意义。     

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。     

盐穴地下储气库稳定性评价系统及其应用

近年来盐穴地下储气库失效事件时有发生,因此提高其稳定性已经成为储气库安全运营的关键。为此,首先在对地下溶腔的内在特征、外界环境构成要素以及注采气运行状况进行详细分析的基础上,采用层次分析法构建了多层次、多指标的盐穴地下储气库稳定性综合评价体系,并根据实验和有限差分软件FLAC3D的数值模拟结果,建立了各评价指标的评分模型;进而结合模糊综合评判法确定了盐穴地下储气库稳定性评价的定量值和稳定性等级,并以此为基础设计开发了盐穴地下储气库稳定性评价软件以方便对储气库稳定性进行预测和管理;然后以江苏金坛储气库为例对地下溶腔稳定性进行了定量评价,并将该评价结果与历史评估数据相比较。结果表明:在2~8 MPa采气压力条件下,评价系统预测结果与历史评估数据相吻合,储气库稳定性得分为50.618,稳定性级别为不稳定。最后进一步分析说明盐岩地下储气库应重点控制低压运行、高压运行、周围盐岩层厚度以及套管鞋高度等影响储气库安全的因素。该方法可为盐穴地下储气库的管理提供参考。     

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。     

�ݽ������ش������꾮����

钻注采井是建设枯竭油气藏储气库的重要环节。在建设大张坨储气库时，大港钻采工艺研究院对枯竭油气藏地下储气库注采井的钻井工程进行了详细研究，形成了该类储气库注采井的钻井技术，并对大张坨、板876、板中北高点地下储气库进行了钻井工程设计。从完井测试及注采生产情况来看，应用效果较好，基本能够满足储气库建设的要求。文章以大张坨储气库为例，从井口布置及井眼轨道优化、井身结构设计、套管柱设计、套管柱设计、固井设计、钻井液体系和储层保护设计、重点施工措施以及钻探效果等方面阐述了利用枯竭油气藏建地下储气库的钻井技术。     

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。     

确定地下储气库工作气量的优化方法

块状底水砂岩油藏在开采后期改建地下储气库需要解决的核心关键技术之一就是如何确定最大库容量和最佳工作气量。通过借鉴国外含水层储气库注采运行的经验，在物质平衡原理基础上，提出了描述块状底水砂岩饱和油藏改建地下储气库注采运行的预测模型。该模型能够比较准确地预测建库能够达到的最大油气界面位置和库容，并在此基础上进一步预测最佳工作气量和相应的气垫气量。通过实例求解得出工作气体积与油气界面深度存在着极值关系：即在一定的增压系数范围内，存在一个油气界面的最佳深度，在这个深度时，工作气体积达到最大值；同时随着增压系数的增大，工作气与气垫气的体积比迅速增加，气库效率随之提高。因此提高增压系数是提高块状底水油藏储气库效益的重要途径。     

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。     

模糊综合评判法优选地下储气库方案设计研究

在天然气供应与消费之间，一直存在着可靠、安全、平稳、连续供气与消费需求量季节、昼夜、小时不均衡性的固有矛盾。随着天然气国际贸易的发展和边远气田的开发,以及输气的平均运距和运时大大增加，使这一矛盾进一步加剧。而地下储气库则能够解决这一矛盾。由于天然气地下储气库建库方案的确定具有多目标性，因此建设天然气地下储气库前期必须对储气库的建库方案进行充分的技术和工程论证。为此，在研究天然气地下储气库建设方案设计部署原则的基础上，确定了8项评价因素：地层注气末压力、地层采气末压力、工作气规模、垫层气比例、工作井数、单井注气能力、单井采气能力和单位注采气成本。采用模糊数学中的综合评判方法，对地下储气库的建库方案进行了综合评判，应用最大隶属度原则确定出方案集中的最优方案。通过计算实例，验证了模糊综合评判法优选地下储气库方案的可行性，得到了某地下储气库的最优建设方案。     

地下储气库盐穴及盐层固井技术

分析了西气东输地下储气库盐穴及盐层固井存在盐穴无井底、盐层固井、井底温度较高、井眼尺寸大、水泥石长期胶结性能要求高等固井技术难点,采用打水泥塞建立人工井底、半饱和盐水水泥浆体系、提高大井眼顶替效率等技术措施,解决了采卤井老井改造固井技术难题,实现了无井底盐穴固井,通过改进欠饱和盐水水泥浆性能,提高了新腔钻井的盐膏层固井质量。在江苏金坛盐矿完成的6口储气库盐穴固井和8口新腔钻井固井作业表明,该固井技术适合储气库盐穴盐层固井的需要,可以提高固井质量。     

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。     

���β��н��财�������״���ƻ���

随着我国西部天然气于2003年底开始向上海市供气，建设地下储气库以保证长江三角洲地区和西气东输管线沿线城市的有效、安全用气已刻不容缓。介绍了在盐层中建设储气库采用的水溶采卤技术：通过向溶腔中注入淡水，降低卤水浓度，溶蚀岩盐，使得溶腔不断扩大。为保证储气库长期安全、稳定地运行，必须在建腔过程中控制其形状，使之具有一定的力学稳定性。通过机理分析与模拟实验研究，探索了溶腔形状控制机理，以及在盐层中建设储气库的形状控制技术。