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。     

金坛盐穴储气库注采运行参数优化设计研究

随着国家对能源需求量的日益增加,盐穴储气库在天然气应急调峰和能源战略储备中的作用越来越大。储气库的运行参数设计决定了库区的工作气量和日常调峰能力,是影响储气库经济效益的关键因素。以金坛储气库H1井为背景,建立三维地质力学模型,对腔体下限运行压力及采气速率进行优化设计和数值模拟计算,并引入稳定性评价指标对计算结果进行检验,探讨了盐穴储气库注采参数对腔体注采运行安全性的影响。结果表明腔体稳定性随下限运行压力的升高而增加,随采气速率的升高而降低,夹层和腔顶平直处是腔体安全性的薄弱位置。该研究可为盐穴型储气库注采运行参数设计提供参考。     

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。     

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。     

多场作用下盐穴储气库腔体稳定性的数值模拟研究

针对盐岩储气库在多年运行下出现的体积收缩、损伤破坏等问题,以金坛盐岩储气库X腔为背景,根据声呐测腔数据建立真实三维几何模型并采用嵌套式双重网格划分,对应力场和温度场作用下储气库运行10年期间进行了数值模拟,并通过模拟结果分析了周期注采工况下不同运行年限盐腔体积变形及腔周损伤规律,预测储气库运营期间腔体稳定性薄弱区域。结果表明,与腔体上部相比,腔体中部平滑位置位移变形量较小;随着工作年限的不断增加,同一位置处腔壁位移变形量逐渐增加,但增加的速率逐渐减小;储气库在运营10年后体积收缩率达到7%左右,运营期中储气库体积收缩情况有逐年减缓的趋势;盐腔中部至顶板处的腔壁突出位置是储气库腔体稳定性的薄弱区域,在盐穴型储气库造腔设计中应避免该区域的产生。     

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。     

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。     

高矿化度储层储气库井筒结盐机理研究

地下储气库在周期性运行注采的过程中,井筒内的温度和压力等条件发生变化会导致盐垢的形成;研究井筒内温度和压力发生变化形成结盐的结盐机理研究对于井筒内的清盐防盐工作有着重要的意义;本文通过选取X储气库A区块中各井为模拟对象,建立动态结盐模型,研究在不同压力和温度条件下井筒内的结盐规律,确立了储气库生产过程中合理的温度和压力控制的工作制度。     

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。     

基于盐腔时效收敛特征的密集地下储气库群地面变形动态预测

盐岩具有显著的蠕变特性,盐腔在内外压力相互作用下表现出较明显的收缩性。为了掌握密集地下盐穴储气库群地面变形的动态发展规律,在综合考虑影响腔体收敛的多种时效因素（腔体水溶速率、体积收敛系数以及收敛传递率等）的基础上,对盐腔建腔期和运营期的腔体时效收敛函数进行了合理简化,基于腔体收敛传递假设,推导出腔体收敛传递函数,并结合地面沉降高斯分布规律和变形叠加原理,建立起一套较为完整的密集盐岩地下储气库群地面变形动态预测计算模型,提出了基于盐腔时效收敛特征的密集地下储气库群地面变形动态预测方法。实际应用结果表明：①地面沉降平均速率会随着时间的增加由大变小并逐渐趋于稳定;②地面计算点距离盐腔中心越近,初始沉降速率越大,其速率降低得越快。     

地下储气库注采循环过程中储层干化问题研究

地下储气库在注采循环过程中,井周围区域会发生储层干化,这会对储气库的正常运行产生影响。为此,在分析储层干化机理的基础上,基于大张坨储气库储层参数及地下温度压力条件,建立了单井控制区域的组分模型并模拟储气库周期性注采气过程。模拟结果表明:井周围储层干化的区域会逐年扩大,半径甚至超过百米;储层干化主要发生在注气周期,回采周期对储层的干化作用轻微;储层干化的速率及波及区域的大小取决于注采井的年循环气量及注入和采出天然气中水蒸气含量的差异;不同回采周期采出的天然气中水蒸气的含量呈现规律性变化,从开始接近干气逐渐升高到地下温度压力条件下饱和水蒸气含量,且该过程逐年后延。该研究结果为深入研究储层干化现象对储气库正常运营的影响奠定了基础。      

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。     

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对于建造在枯竭油气田、含水层的地下储气库，在满足城市调峰的注采动态运行过程中，确保天然气回采率是保证储气库经济合理运行的基础。采用数值模拟与参数自动拟合相结合的算法，在动态确定储气库压力随时间的变化后，通过调整实际的注采量，使计算压力与实测压力吻合，所得到的计算注采量与实际注采量的差值，即为储气库的渗漏量。模拟实例的计算结果表明：所提出的方法能为实际储气库在动态运行时估算渗漏量、确定渗漏路线以及通过调整储运方式来减少渗漏量等提供理论依据。     

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在调研国外盐穴储气库相关资料的基础上，对用盐穴建设地下储气库的工艺工程、方法进行了探讨，内容包括：盐穴储气库的建造工艺过程；盐岩的特性；盐对固井水泥的影响；水溶采矿模拟研究结果；影响盐穴稳定性的主要因素；建造岩穴储气库的工艺方法；盐穴储气库运行压力的确定方法；盐穴储气库完井技术要点；国外盐穴储气库建造实例等。可为今后我国建设地下盐穴储气库提供参考。     

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。     

水淹枯竭气藏型地下储气库盘库方法

地下储气库多周期运行盘库,是研究气库运行规律、分析漏失、进一步提高气库运行效率和降低气库运行成本的关键环节。已建立的未水淹气藏型地下储气库盘库数学模型却并不适用于水淹枯竭气藏型地下储气库,评价结果明显高于实际注采气量。为此,通过深入分析水淹枯竭气藏型地下储气库气驱排水扩容机理、多周期注采运行过程中气水两相宏观与微观运动规律及可能的分布状态,创新性提出了可动用库存量的概念,以注采气量与视地层压力在一个注采周期内满足定容压升降方程为评价准则,建立了水淹枯竭气藏型地下储气库盘库模型。实例验证结果表明,该模型计算的结果与实际吻合,可用于水淹枯竭气藏型地下储气库多周期运行盘库计算和分析。为储气库运行、管理及调整提供了依据。     

气顶油藏型地下储气库注采动态预测方法

气顶油藏型地下储气库建设及运行在我国刚刚起步,尚缺乏现场实用的运行注采动态分析与预测方法。为此,根据气顶注采气过程中气相与油相的压力响应特征,引入了周期可变动用剩余油量与地层压力的关系,真实还原了剩余油量在注采气过程中对地下储气库运行的影响,建立了周期注采气动态预测数学模型,得到了一个完整注采周期内气顶自由气、地层剩余油的动用量以及与之相对应的库容参数预测指标。实例计算结果表明:(1)一方面,周期可动用剩余油量对气顶自由气动用量的影响不能忽略,可动剩余油的弹性作用使气顶内部压力响应特征产生了较为复杂的改变,有可能导致气顶油藏型地下储气库建库周期较气藏型地下储气库长;(2)另一方面,随着注采周期的延长,储气库内动用自由气、剩余油的动用量逐步增长,但趋势渐缓,从而使注入气向剩余油溶解扩散造成的损耗气量始终保持在较低水平,不会对储气库的稳定运行造成负面影响。