盐穴储气库首次注气排卤技术探讨与实践

首次注气排卤技术是盐穴储气库的核心技术之一,技术要求高,安全风险大。目前国内盐穴储气库已经形成了常规首次注气排卤技术,但常规首次注气排卤技术具有排卤效率低、排卤管柱易堵塞、排卤后需采取不压井作业起出排卤管柱等不利因素。为保证盐穴储气库的安全高效建设,对常规首次注气排卤技术存在的问题进行了分析,提出了一种排卤管柱和注采气管柱一体化的新型首次注气排卤技术,目前该技术已在金坛盐穴储气库成功应用,显著提高了注气排卤效率,为中国盐穴储气库完井设计及首次注气排卤技术跨入国际先进行列铺平了道路。     

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。     

注气排卤技术在盐穴造腔中的应用

西气东输盐穴地下储气库是西气东输输气管线建设的关键配套工程,也是我国首座盐穴地下储气库工程.注气排卤技术作为盐穴造腔的关键技术,在国内首次应用.通过对老腔进行注气排卤试验,并简化地面排卤、反冲洗工艺流程,确定了井口排卤流量与压力之间关系,确定了合理的排卤流量、压力范围、周期和冲洗周期,为西气东输二线和三线盐穴造腔技术奠定了基础.     

盐穴储气库高效注排采一体化管柱

注气排卤是实现盐穴储气库腔体注采运行的重要工序,目前国内注气排卤工艺存在管柱注排过流面积小、排卤周期长、带压起出排卤管柱风险大、工序复杂等问题。结合金坛盐穴储气库现场情况,研制了新型高效注排采一体化管柱,并通过入井试验开展了管柱的可行性、时效性、安全性及经济性的研究。结果表明,采用新工艺后平均排卤速度由108.59 m3/h上升至136.94 m3/h,排卤效率提高约26%,单口井平均注气排卤时间从115 d缩短至91 d,节省注气排卤时间24 d;采用丢手丢弃尾管,省去了带压起排卤管工序,缩减作业时间10~15 d。新型高效注排采一体化管柱可有效提高建库速度,减少安全风险,降低建库成本,可以在盐穴储气库建设过程中推广使用。     

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。     

盐穴储气库注气排卤阶段管柱复杂情况处理方法

在盐穴储气库单井注气排卤阶段,由于腔体腔壁盐块掉落砸坏排卤管柱、排卤管柱距离腔底过近导致管柱内部堵塞、排卤期间卤水在排卤管柱内部结晶等原因,可能出现导致无法正常注气排卤的复杂情况。因此选择正确、有效的处理办法可以安全、经济的解决此类问题。在金坛盐穴储气库,通过这些方法成功处理了多起排卤管柱故障导致无法注气排卤的问题,应用效果良好。     

盐穴地下储气库气密封检测技术

建设盐穴地下储气库是一项高风险的复杂工程,对盐穴的气密封性有着很高的要求,其密封性检测技术就成为评价建库工程成败的关键。为此,分析了中国建设盐穴地下储气库的特殊性（盐穴储气库的盐层具有矿层层数多、单层厚度小、夹层多、含盐品位低、共生组分多和相变大等特点）,指出了建设盐穴地下储气库工程发生天然气泄漏的主要影响因素（井筒工程因素、地质因素和地面设备因素）,重点论述了建设盐穴储气库钻完井井筒密封性检测技术、水溶造腔过程中腔体的检测技术、首次注气排卤前盐穴完整性气密封检测技术和盐穴地下储气库运行后的评估检测技术。以上技术具有气密封性检测精度高、工期短、能耗低、工序简化及节省投资等特点,对我国正在建设和今后准备建设的盐穴储气库工程具有参考和借鉴作用。     

盐穴地下储气库排卤管柱盐结晶影响因素实验研究

在盐穴地下储气库注采井注气排卤阶段,常因排卤管柱内部饱和卤水析出晶体而导致排卤管内壁结晶、排卤流量减小、注气排卤时间及成本增加,严重时甚至还可能导致排卤管柱被盐结晶堵死,无法继续注采作业。为此,通过分析研究卤水盐结晶成因,发现过饱和度、温度、卤水流速及排卤管内壁表面粗糙度是影响排卤管柱内卤水盐结晶的主要因素,据此设计了相应的实验。研究结果表明:①卤水盐结晶受温度影响,卤水在排卤管中低速流动且温度降低1℃时,管内壁即会结晶;②排卤流量越小,流体剪切力越小,生成的盐结晶结构不易被破坏,结晶现象越明显;③相同条件下,排卤管内壁表面越光滑,新生成的晶核不易附着、生长,排卤管内壁生成的盐结晶量越少。结论认为:盐穴地下储气库注气排卤过程中,采用高温淡水低流量反冲洗、升高注气温度以及排卤管内壁加涂油漆等措施,均有助于预防和解决因盐结晶而带来的堵管问题。     

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。     

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。     

盐穴地下储气库选址与评价新技术

为了满足我国南方非油气主产区和天然气主要消费市场寻找有利盐矿建设盐穴地下储气库的需求,解决盐穴储气库库址筛选条件不清、建库条件评价的内容与深度不一致的问题,在分析国内外盐穴地下储气库资料的基础上,提出了地质、地表条件相结合的库址筛选原则,创建了盐穴地下储气库建库条件评价体系;然后利用上述筛选原则和评价体系对长江三角洲、中南地区、东南沿海等3大天然气主要消费市场的部分盐矿进行了筛选排序;进而对其中条件较好的淮安盐矿进行了建库条件评价。研究结果表明:①盐穴储气库库址筛选的原则包括构造、埋深、含盐地层厚度、氯化钠含量、顶板和储量等6项地质原则和地表条件、水源与卤水、与管网距离等3项其他原则,利用上述原则可以对筛选目标进行快速地优选排序;②建库条件评价体系包括对构造、含盐地层特征、密封性与稳固性、可溶性、储气规模以及地表条件等的综合评价。结论认为,所建立的评价新技术可以有效地指导盐穴地下储气库的选址与评价,为盐穴储气库的方案设计提供了依据和有力的技术支持,所提出的厚夹层利用先导性建议现场实施效果好;该项研究成果对于加快我国地下储气库的建设具有积极的意义。     

盐穴储气库井筒泄漏监测室内模拟实验

由于盐穴储气库注采井井筒管柱和胶结水泥石长期受到交变温度及应力的影响,容易发生漏失,为了保障储气库平稳安全运行,结合光纤分布式声波传感系统(DAS)进行了井筒泄漏监测的室内模拟实验。实验模拟盐穴储气库选用?177.8 mm 和?244.5 mm的油套管柱组合,内管注气、环空注液、设置中间丝扣为泄露点,通过注氮气控制内外压差为0~12 MPa,结合光纤分布式声波传感系统(DAS)及噪声测井技术进行模拟分析。实验结果明确了分布式振动光纤泄漏监测系统的泄漏特征为DAS瀑布图、DAS频谱图均有异常显示,系统的精度为±1 m以内,泄露测量下限为0.83 L/min;系统能有效判别并实时监测气体在注采运行过程中是否发生泄漏,为盐穴储气库井筒泄漏监测技术提供参考和技术支持。     

榆林南地下储气库注采井完井管柱的优化设计

地下储气库注采井与常规气田开发井运行工况存在着很大差异,要求具有采气和注气双重功能,能够实时监测井下动态,在长期(30~50a)频繁剧烈的注采气和压差变化下能够确保井筒的密封性和安全性。为此,针对鄂尔多斯盆地榆林南地下储气库注采井气量大、周期性强注强采的特点以及高安全性能、长使用寿命等的特殊要求,应用节点分析方法对天然气的流入、流出注采过程、不同尺寸油管注采能力等进行了分析,并结合冲蚀流量和临界携液流量等的计算结果,最终确定了Ⅰ类注采井(小于等于200×104 m3/d)采用139.7mm油管,Ⅱ类注采井(小于等于80×104 m3/d)采用114.3mm油管。通过管柱结构优化设计,注采井采用井下悬挂压力计测压完井管柱,从上至下完井工具包括"上流动短节+井下液控安全阀+下流动短节+循环滑套+永久式封隔器+磨铣延伸筒+堵塞坐落短节+带孔管+悬挂坐落短节"等。现场2个注采周期运行试验结果表明,完井管柱能够满足地下储气库生产运行要求,其设计方法可供同类储气库注采井完井设计时参考。     

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...     

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介绍了西起新疆塔里木气区轮台县 ,东达上海市的“西气东输”管道干线工程建设情况。该管线全长约 390 0km ,设计年输气量 12 0× 10 8m3 ,设计压力 10MPa、管材为X70、管径 10 16mm。沿线设有线路截断阀室137座 ,压缩机站 10座 ,分输站 9座 ,分输清管站 4座 ,独立清管站 8座 ,分输阀室 3座 ,末站 1座 ,地下储气库 2座。全线的数据采集、监控和调度管理采用SCADA系统 ,通讯采用光缆和卫星。该工程在X70钢大口径制管工艺、内涂敷、自动焊接和无损检测技术 ,压缩机增压系统优化以及大中型河流穿跨越和山区隧道工程等施工技术方面都取得了突破性进展 ,并首次使用地下盐穴作为储气库。工程设计中对管线途经的野生动植物自然保护区进行了生态环境影响评估。在详勘中采取避绕措施 ,管道施工完成后治理弃渣、恢复植被以保护生态环境。对管线途经的地震多发地段 ,岩崩、滑坡和湿陷性黄土塌陷地段 ,都采取了相应措施以保证管道建设和今后运行的安全。     

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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。