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。     

盐穴储气库水平腔形态稳定性优选

目前盐穴储气库主要采用单井垂直造腔方式建造,但对于薄盐层,该方法造腔体积小,盐层利用率低,并不适用。采用双井水平造腔方式可有效解决上述问题,而水平腔形态对腔体的稳定性和储气能力至关重要。为了优选出最佳形态,提出了一种水平腔形态优选方法。通过造腔物理模拟实验获得不同形态的水平腔模型,并采用逆向工程建模,利用FLAC3D软件进行静力学和恒压流变稳定性评价优选。实验结果显示,水平腔形态可分为4类,“驼峰”型、“一端大一端小”型、“两端大中间细长”型、“平顶”型;根据变形、塑性区分布、体积收缩率综合评价,“驼峰”型腔体稳定性明显好于其他形态腔体。因此,建议现场采用水平多步法造腔方式,设计建造“驼峰”型水平腔,可提高腔体稳定性和储气能力。     

一种地下盐穴储气库溶腔体积的优化计算方法

盐穴储气库井的溶腔体积主要通过物质平衡法,即通过地面采盐量来折算地下盐岩的溶解体积。但现有计算方法精度较差,应用效果并不理想,体积误差往往超过10%。通过重新建构盐穴储气库井的物质平衡理论关系模型框架,并在其基础上对原有的体积计算方法进行了优化,大大提高了盐穴储气库井溶腔体积的计算精度。     

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。     

盐穴储气库溶腔几何形状的设计方法

根据岩石力学稳定性,探讨了盐穴储气库溶腔的几何形状。在保证稳定性的前提条件下,对溶腔的几何形状进行了优化设计。利用压力拱模型求解了上部溶腔壁的几何参数,利用最危险滑动面模型求解了下部溶腔壁的参数,并分析了内部气压对腔壁稳定性的影响。应用实例表明,最小内压决定上部溶腔壁的设计,而最大内压决定下部溶腔壁的设计。     

盐穴地下储气库注采热工性能模拟

储气库在建造和运行时，一方面溶腔内气体通过自然对流与周围盐层进行热交换，与周围盐层壁面形成不稳态导热温度场；另一方面连续注采循环，使腔内气体压力、温度发生变化，特别是在连续采气时，降压的焦耳-汤姆逊效应极易使井口气体压力和温度进入生成水化物的危险范围，因此动态确定盐穴储气库注采天然气时的热工特性变化十分必要。为此，根据热力学、传热学和流体力学理论，针对注采过程天然气在井筒流动和溶腔内传热过程的特点，将井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统，提出了描述注采动态工程相互耦合的数学模型及其求解方法，并开发了相应的数值计算软件。该软件可预测盐穴地下储气库在连续注采气过程中，溶腔内及井筒顶、底部气体的压力和温度，并判断水化物形成的危险范围等。研究成果能对盐穴地下储气库的建造和技术特性做出预测分析，对其运行工况给予指导，并对注采气地面系统的优化设计提供理论分析依据。     

盐穴地下储气库氮气阻溶管柱腐蚀寿命预测

为分析盐穴地下储气库氮气阻溶条件下管柱的氧腐蚀情况,预测其服役寿命,通过室内高温高压腐蚀失重试验,研究氮气纯度对N80管材的气液两相腐蚀规律,并结合X射线荧光光谱(XRF)分析、X射线衍射(XRD)分析、 扫描电镜(SEM)分析等表面分析技术对腐蚀产物进行表征分析.最后基于均匀腐蚀速率对管材的腐蚀寿命进行预测.研究结果...     

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。     

盐穴储气库造腔地面工艺技术

金坛盐穴储气库造腔地面注水、采卤的介质环境对地面工艺和设备提出了更高的要求。玻璃钢管道的应用降低了大排量、长距离输送过程中的摩阻损失,解决了常规钢质管道输送河水及卤水介质时的结垢及腐蚀带来的运行成本增加。给出了计算溶腔过程中有效体积的理论计算方法。     

盐穴地下储气库对流井老腔改造工艺技术

国内盐矿存在的老腔主要为对流井老腔,但目前国内外暂无对流井老腔改建为盐穴地下储气库的案例。为了充分增加盐腔的有效体积,在对比不同改造技术的基础上,提出封堵原有两口老井并钻新井,在通道中间打一口排卤井与原水平通道对接的对流井老腔改造工艺技术,并采用该工艺技术对国内某对流井老腔进行了改造试验。研究结果表明:①在水平通道中间打一口连接井的技术切实可行,可最大限度地利用盐腔下部残渣中的孔隙体积,并且改造后的盐腔能够满足储气库注采运行的要求;②在不溶物残渣中卤水排出20%～40%的情况下,试验井可增加腔体体积13.94×10~4～27.88×10~4m~3,增加工作气量1 763×10~4～3 526×10~4 m~3。结论认为,该对流井老腔改造技术可充分排出对流井老腔不溶物残渣中的卤水,大幅度提高盐穴腔体的有效体积,可推广到类似对流井盐腔的改造实践中,具有广阔的应用前景。     

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...     

地下盐穴储气库盐岩热损伤机理

基于变质量热力学原理，建立盐穴储气库注采过程中的工程热力学分析数学模型，给出了单个注气和采气过程中温度和压力随时间变化的解析解，作为数值模拟的边界条件。根据金坛储气库的基本数据和盐岩实验研究参数，利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立单腔盐穴注采过程的温度-应力耦合模型，模拟恒定注采速率下盐腔围岩的拉伸损伤、剪切损伤和膨胀损伤分布情况，研究夹层和热应力对围岩损伤的影响。基于热应力理论，结合模拟结果分析盐穴储气库注、采气过程中围岩的热损伤机理。模拟结果表明：在热应力存在的情况下，夹层的存在促进了围岩损伤的产生，无夹层时围岩无损伤发生，有夹层时围岩存在损伤；注气过程和采气过程的损伤发生位置存在差别：注气过程损伤多发生在夹层附近的盐岩中，采气过程损伤多发生在夹层中；膨胀损伤的范围最广，且损伤范围覆盖了前2种损伤，因此实际生产过程中推荐使用膨胀损伤判据，损伤评价结果更为保守。     

盐穴储气库注采运行过程中的腔体形状检测

金坛储气库注采运行过程中,由于岩盐的蠕变特性,压力、温度的变化会对盐穴的形态产生影响,使盐穴发生片帮和收缩,严重的情况会影响到注采运行的安全。为了研究腔体形状的变化,评价其影响,为安全平稳的运行提供保证,也为今后国内盐穴储气库高压气腔声纳检测积累经验,给地下盐穴储气库的生产运行提供技术保障,金坛储气库对两口注采运行多年的老腔进行了检测。从高压气腔声纳检测现场施工出发,重点说明高压气腔声纳检测的详细操作程序及关键技术。这一工作在国内尚属首次。     

盐穴地下储气库风险评估方法及应用研究

随着我国地下储气库的建设投入逐步加大,如何有效防止地下储气库事故发生,在增强其运行安全性的同时合理利用资源,以获取最大经济效益,已成为储气库管理者重点关注的问题。为此,以盐穴地下储气库作为研究对象,将其划分为地下储气设施、地面站场设施和地面集输管线3个评价单元,采用系统分析和事故分析的综合分析方法,将该类储气库风险因素归类为腐蚀、冲蚀、水合物生成、设备失效、操作相关、机械损伤、地质构造因素以及自然力8类共性风险,包括14大类和45小类风险因素;研究建立了盐穴地下储气库风险评估方法,包括基于故障树技术的地下储气设施风险评估方法、地面站场设施的定量风险评估方法和地面集输管线的肯特管道风险评分法;并将建立的盐穴地下储气库风险评估方法应用于某盐穴地下储气库的风险评估,为盐穴地下储气库安全管理提供了依据,同时可为枯竭油气藏型和含水层型储气库的安全管理提供参考。     

盐穴储气库水溶建腔机理研究

盐岩腔体溶蚀过程是发生在边界层内的溶腔固壁表面与溶液之间的物质交换动态平衡过程，根据盐岩的水溶建腔机理建立数学模型，可以为盐穴储气库的水溶建腔设计提供理论依据。根据物质平衡原理及Fick扩散定律，建立了盐岩溶蚀物理模型；根据流体力学基本原理、对流扩散理论及物质平衡原理，建立了溶腔溶质传输-流体流动数学模型，可求解溶蚀过程中腔体内流体的浓度场和流动速度场分布；根据盐岩溶蚀机理研究，推导出盐岩溶解速度方程，可求解溶腔动边界。用该数学模型进行数值模拟得到的溶腔形态与物理模拟结果吻合较好，能够正确描述盐穴储气库水溶建腔的基本规律，可以用于指导水溶建腔的工程实际。图3表1参6     

国内外天然气地下储气库现状调研

天然气管网的最大特点是具有储气调峰功能,有利于保证用户用气的可靠性和安全性。这些功能可用来解决系统的供需矛盾,满足调节用户用气不均衡的需要。地下储气库是世界范围内广泛采用的主要储气调峰方式之一。章比较详细地介绍了迄今为止国内外天然气地下储气库现状,同时还简要介绍了地下储气库设计容量的确定等。     

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。     

中国地下储气库的需求与挑战

建设地下储气库是保障安全平稳供气的主要手段之一.为此,介绍了国外地下储气库建设的主要特点和成功经验,并总结出了对中国建设地下储气库的3点启示:①地下储气库因其储气规模大、占地少、安全性能高、不污染环境等特点,成为当今世界上最主要的天然气储存方式和调峰手段;②地下储气库工作气量应达到天然气年消费量的15％左右,才能有效保...