金坛盐矿工程地质特性研究

在盐矿地层中建造地下油气储库群,是国际上广泛采用的能源储备方式。为了论证在金坛深部盐岩地层中建造大型储气库的可行性,针对金坛盐岩的区域地质构造特性和层状盐岩赋存特性,开展了相关物探和地质特性研究工作。研究结论如下:(1)金坛盐盆的沉积构造边界受周围几条断层控制,但这些断层如今已不活动,属于压性断层,密闭性较好;(2)区域内盐岩层主要分布于始新统阜宁组四段,呈盐岩与非盐夹层韵律分布,水平构造、向四周渐趋尖灭,厚度达68~231m,盐质较佳,储库潜力十分巨大;(3)盐层上覆盖层和下伏底板均为封闭性能较好的泥岩、石膏岩等致密岩层构成,有利于拟建储气库的密封性。综上可知:金坛盐盆的区域封闭性和稳定性极为良好,可作为储气库建造的较好备选场址。     

金坛层状盐岩的基本力学特性

拟在江苏金坛深部盐岩地层中开展战略能源储备建设工作。地层的力学特性是开展造腔方案设计、稳定性评价等的基础。基于此,针对所取层状盐岩系统开展了单轴、三轴、直剪和劈裂试验。通过试验研究表明:(1)金坛盐岩属于典型软岩,单轴仍以脆性劈裂为主,三轴压缩下强度大大提高,塑性变形能力大大增强,适合储气库的变形要求;(2)夹层的存在提高了盐岩强度,对盐岩具有加紧作用,有利于腔体稳定性;(3)界面的强度与盐岩和夹层相当,不是一个弱面,有利于维持储气库的稳定性和密闭性。研究结果为金坛储气库的建设提供了重要依据。     

中国盐岩能源地下储存可行性研究

选定我国江苏金坛盐矿为示范工程，通过深部盐岩的力学及蠕变试验，研究了深部盐岩的变形规律，建立了深部盐岩溶腔的腔体变形三维计算模型。结合示范工程的具体地质条件，对深部地下盐岩溶腔的洞形、稳定性及长期稳定性进行了数值模拟，研究了不同压力下溶腔容积的变化规律。通过现场储气库压腔试验，验证了计算分析采用的参数合理性。研究结果表明，从地下工程稳定性方面来看，利用我国盐岩实施能源储备是可行的。     

不同储气内压下盐岩地下储气库可靠性分析

目前我国已经开始大规模兴建盐岩能源地下储库群,客观存在的不确定性因素使得盐岩地下储气库不可避免地存在风险,因此开展盐岩地下油气储库风险分析研究具有重要的理论意义和工程应用价值.本文探索基于可靠度的随机力学方法在盐岩地下储气库工程中的应用,以金坛盐岩地下储气库为研究对象,基于可靠度随机力学分析方法对盐岩地下储气库的可靠性...     

灰色理论与熵值法在盐穴储气库评价的应用

以5个盐穴储气库为研究对象，选取盐岩顶面埋深、含盐地层厚度、含盐率、氯化钠含量、储气规模、夹层厚度以及距管网距离7个评价指标，利用灰色理论进行盐穴储气库建库可行性的评价与优选。采用熵值法和层次分析法计算权重平均值作为评价指标的综合权重，通过计算得到各盐穴储气库综合靶心距，进行盐穴储气库建库可行性的评价与库址优选。研究结论为：评价结果与盐穴储气库所在区域现状基本一致，表明利用灰色理论与熵值法进行盐穴储气库建库评价与优选，可信度较高，实用性较强，可为工程实践提供技术支撑。     

基于生长曲线的互层状盐岩储气库地表沉降预测

地表沉降是影响地下储气库稳定性的关键因素,准确预测和计算沉降量是保证储气库安全运行的重要手段。本文针对平顶山盐田地区特殊的地质条件,在分析沉降机理的基础上提出了基于Schnute生长曲线的沉降计算模型,利用监测数据通过非线性拟合得到模型参数,并对薄层状盐穴储气库地面沉降进行了理论计算。研究结果表明,储气压力为10MPa的40万方储气库,在蠕变5a、10a、15a、20a和30a之后,中心点沉降分别为26.4mm、50.4mm、58.5mm、61.9mm和65.1mm。预示着互层状盐岩地下溶腔的围岩比较稳定,不会造成上覆地层的大规模移动,研究成果对盐岩储气库工程建设和地质灾害防治具有一定的参考意义。     

层状盐岩溶腔储气库长期运行稳定性研究

针对我国盐岩矿床地质结构的典型特征:单层厚度薄、软弱夹层多,盐岩夹层对储气库的建造及稳定性具有很大影响,提出了层状盐岩溶腔储气库稳定性研究内容,并运用块裂介质固流耦合数值模拟方法对其影响作了进一步分析.主要结论如下:(1)层状盐岩矿床储气库建造中必然会受到高盐份泥岩夹层的影响.夹层的存在使腔体的稳定性减弱,延缓了腔体内流体的输运、对流扩散过程,增加了建腔的时间,盐岩与盐岩夹层由于蠕变率不同而造成损伤,形成裂隙气体渗漏.(2)高盐份泥岩夹层对储气库的稳定性影响很大,由弹塑性数值模拟可知,运行气压为8-24MPa,形状为椭球腔,且长短轴为7/4时结构最稳定.(3)盐岩夹层对储气库的渗透性具有一定影响.蠕变损伤在盐岩与夹层交接面处产生的裂隙是气体渗透的主通道,具有较强的导气能力,但渗透速度随着时间的延长而减小,最后达到稳定状态,且最外缘气体压力始终低于0.2MPa,从考虑气体渗透的角度,在层状盐岩矿床内建造储气库是可行的.所得结论可为我国薄盐岩矿床内建造储气库提供一定的参考依据.     

交变气压风险条件下层状盐岩地下储气库注采气大型三维地质力学试验研究

利用深部盐岩洞穴进行天然气储备是目前国际上广泛采用的一种方法。为研究注采气交变气压、气压变化速率对储气库运行安全的影响,设计研制出三维梯度非均匀加载地质力学模型试验系统、注采气智能控制系统以及基本满足相似条件且具有显著流变特性的层状盐岩模型相似材料。通过江苏金坛盐岩地下储气库注采气大型三维地质力学模型试验,有效获得交变气压、气压变化速率等风险因素对储库运营安全稳定的影响。试验结果表明:采气降压和注采气压变化速率是影响盐腔运营安全的重要因素,洞腔径向收敛位移和径向应变随储气内压的减小逐渐增大,为保证储库运行安全,储库储气内压应大于4MPa。注采气压变化速率越快,洞腔径向收敛位移和径向应变变化速率越大,因此,应有效控制储气库的注采气压变化速率。研究成果为储库运营安全控制提供可靠的试验依据。     

层状盐岩储气库物理力学特性与极限运行压力

分析研究层状盐岩中盐岩与夹层的孔隙率与渗透率,指出在未遭受变形破坏条件下,盐岩及其夹层本质致密,不会对储气库安全造成影响.但是,对盐岩与夹层的单轴和三轴力学特性、长期蠕变性进行实验研究与理论分析认为,盐岩与夹层间存在的力学特性差异及变形不协调,会造成2种岩性交界处的剪切破坏,影响储库安全性.在此基础上,提出层状盐岩储气库极限运行压力确定原则,包括顶板稳定、蠕变控制、腔体致密及裸井致密等,并结合实例进行分析研究.所得结果对我国层状盐岩中天然气储库的建造与运行具有一定指导意义及应用价值.     

我国首个燃气企业盐穴储气库投产

正2018年10月31日,我国首个燃气企业大规模地下盐穴储气库—港华金坛储气库在江苏常州金坛顺利投产。港华金坛储气库由香港中华煤气有限公司、中盐金坛盐化有限公司合作建设,总投资约12亿元。第一期计划建设10口井,年总储气量将达4.6亿m~3,工作气量近2.6亿m~3,最大供气能力为500万m~3/d。此次启动投产的3口井,总储气量近1.5亿m~3,     

盐岩非线性蠕变损伤本构模型及其工程应用

盐岩以其良好的流变、低渗透率及损伤自我恢复等特性,是目前国内外公认的能源、废弃物贮存和高放射废物地质处置的首选介质。结合金坛储气库盐岩三轴蠕变的研究成果,建立盐岩三维蠕变损伤的本构方程和损伤演化方程,并将建立的本构方程编制成有限元计算程序,模拟金坛储气库在注采过程中的蠕变和损伤演化的影响范围。研究成果对金坛储气库的运行压力设计具有一定的参考意义。     

盐岩渗透特性的试验研究及其在深部储气库中的应用

为给深部盐岩地层(≥1 500 m)中所建天然气储库的稳定性和密闭性评价提供科学指导,针对取自江苏金坛的不同杂质含量盐岩试样,在荷兰乌德勒支大学HPT实验室开展了在三轴压缩条件下的瞬态法渗透率测试研究,揭示盐岩的变形特征与渗透率演化规律.试验研究表明:在围压20 MPa的常温测试条件下,随着偏应力从0～40MPa递增,损伤后的低含泥盐岩的渗透率从10-16 m2逐渐下降至10-21 m2以下,而损伤后的高含泥盐岩的渗透率则平均高出前者1～2个量级,推测表明损伤后的盐岩在加载下裂纹闭合、孔隙减小、逐渐压缩密实,进而渗透率快速降低,同时也表明外载压密作用对纯盐岩的裂纹压缩闭合、甚至损伤修复作用更显著.根据试验成果,并利用H.Alkan等[11]建立的盐岩压缩-扩容边界线对位于1 500～2 000 m深部的盐岩地层中的球形腔体的围岩应力状态分析显示,围岩几乎都位于扩容边界以下的安全区域,由此推知:即使在储气库低压运行条件下,围岩中较难发生扩容而导致密闭性失效事件发生,腔体的密闭性能极好.该研究为深部盐穴储气库的可行性和密闭性评价提供有利支撑.     

江汉盆地黄场盐穴地下储气库稳定性分析

江汉盆地黄场盐穴地下储气库已经进入溶腔阶段,针对腔体内天然气的压力高于周围地层压力时,可能出现天然气向周围地层中的渗漏隐患,在对黄场地区潜二段盐岩的地质特征、王58储气库蠕变试验、水密性实验以及王储6井气密性试验综合分析的基础上,对运行压力、腔体直径、安全矿柱等参数进行了优化,解决了储气库运行过程中压力差过大、安全矿柱过大或者过小等问题,同时兼顾了盐穴地下储气库安全性与经济性。     

建设地下盐穴储气库的可行性及关键技术

阐述建设地下盐穴储气库的必要性,分别从地下盐岩矿床的物理、化学特性,盐穴储气库的经济性和环保性,盐穴储气库建设技术的可行性3个方面分析了在盐岩层中建设天然气地下储气库的可行性。介绍了腔体形状控制、套管选材及设计工艺和腔体形状测量等地下盐穴储气库建设中的关键技术。     

不同盐岩组成含量对盐岩溶解速率影响规律研究

我国盐穴储气库建库地质条件复杂,建库目标位于复杂层状盐岩中,盐岩成分复杂、品味差、厚度薄、夹层多,对水溶造腔机理认识不清,故通过分析盐岩组成和测定不同组成盐岩在不同浓度氯化钠溶液中的上溶与侧溶溶解速率并建立人工神经网络预测模型,分析了盐岩不同组成含量对盐岩溶解速率的影响,为水溶造腔机理研究奠定基础。对不同盐岩组成含量对盐岩溶解速率影响规律研究表明,盐岩溶解速率都随盐岩中氯化钠含量的增加而增加,随盐岩中硫酸钠含量的增加而先减小后增加且在硫酸钠含量在6%时溶解速率最低,盐岩中硫酸钙含量对盐岩溶解速率无明显影响。     

盐穴储气库地面沉降监测与分析

盐穴地下储气库通过地下盐矿开采、溶蚀形成的地下空间,进行天然气的储存。在储气库的运营过程中,由于盐岩蠕变,腔体体积收缩会产生地面沉降或地面塌陷。在储气库运营过程中建立地面沉降监测网,捕捉因地层蠕变产生的地面沉降具有重要的意义。详细地介绍了我国第一个盐矿储气库的地面沉降监测,并分析运行过程中的地面沉降变化规律。分析揭示,监测数据与腔体体积的收缩具有较好的吻合性。     

湖北省云应地区盐岩溶腔型地下能源储库密闭性研究

着眼于我国深部盐岩能源地下储备可行性分析,针对湖北省云应盐矿盐岩层薄、富含不可溶或难溶夹层的沉积特点,开展该地区层状盐岩构造中能源储库密闭性综合研究。其一是层状盐岩体中盐岩–硬石膏界面力学特性室内试验研究,包括直剪试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验。结果表明,层状盐岩体中盐岩–硬石膏界面具有较强的黏结力,不是一个弱面,这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性。其二是现场盐岩层钻孔高压压水试验,对盐岩层渗透的规律性、盐岩的封闭性以及围岩的承载能力开展研究。综合层状盐岩室内和现场试验的成果表明:湖北省云应地区层状盐岩构造满足盐岩溶腔型地下能源储库的密闭性要求。     

含夹层盐岩储气库气体渗透规律研究

 盐岩储气库气体密封性能是储气库的一项重要技术和安全指标,层状盐岩储气库极可能会使天然气沿着岩层逃逸,造成天然气的外部渗漏。含软弱夹层盐岩储气库的气体渗透机制十分复杂,含软弱夹层的渗流力学模型与数值计算方法是解决评估储气库气体渗透范围的关键。考虑夹层与盐岩层之间存在层面,假设软弱夹层和盐岩为多孔介质,建立了等效边界气体渗流模型,该模型既克服了等效介质模型不能正确反映层理面渗流问题,又克服了双孔双渗裂隙介质模型计算量大的缺点。结合金坛储气库建设,数值仿真了储气库在注–采气不同循环压力作用下5 a内围岩气体压力分布;研究了软弱夹层与盐岩的层理面渗透系数、采气速率和腔体群不同时注–采气等工况对储库围岩气体压力分布的影响。研究结果表明：层理面渗透系数对储气库压力分布有着至关重要的影响,溶腔群的采气速率和注–采方法对相邻矿柱的气体压力分布影响明显。研究结果为含夹层废弃盐腔储气库的设计和合理注采参数的确定提供了科学依据。     

极端风险因素影响的深部层状盐岩地下储气库群运营稳定三维流变模型试验研究

盐岩因其非常低的渗透特性与良好的蠕变行为被公认为能源储备最理想的介质。为有效反映不同采气速率、注气速率、运行低压、运行高压、储库失压、储气压差以及储库间距等极端风险因素对盐岩地下储气库群运营安全稳定的影响,采用满足流变相似条件的盐岩储气库介质模型相似材料,对江苏金坛深部层状盐岩地下储气库群的运营稳定进行三维流变地质模型试验。试验结果表明：(1) 洞腔径向位移和径向应变随着注、采气速率的增加而逐渐增大;(2) 洞腔随储气内压的减小而不断向洞内收敛变形,随储气内压的增大而不断向洞外扩张变形,当储库采气降压到3 MPa或注气升压到22 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(3) 相邻洞腔位移随着储气压差的增加而增大,当储气压差达到9 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(4) 储库群之间存在明显的相互影响,洞腔位移随着储库间距的减小而增大;(5) 当盐腔突然失压时,洞周径向位移和径向应变瞬间突然增大。因此,为保证盐岩地下储气库群的安全运营,建议储气库群的最大采气速率应小于0.65 MPa/d,最大注气速率应小于0.75 MPa/d;储气库群的最低运行气压应大于3 MPa,最高运行气压应小于22 MPa;相邻储气库间的最大储气压差应小于9 MPa;储气库之间的间距应大于1.5倍储库最大直径。这些研究成果可为盐岩地下储气库群的运营安全控制与管理提供重要的试验依据。     

港华金坛盐穴储气库项目初步设计顺利通过审查

正2014年3月27日,由江苏省住建厅组织的港华金坛盐穴储气库项目(地面工程)初步设计审查会在金坛市召开。江苏省能源局、常州市城乡建设局、金坛市发改委、住建委、安监局、规划局、环保局、规划局、消防大队、直溪镇政府等相关部门以及金坛港华、港华储气有限公司的