国外盐穴地下储气库发展趋势及启示

采用水溶开采的方式在地下盐层中建造人工洞穴称为盐穴,在盐穴中注入天然气,利用压差进行天然气注入和采出即形成盐穴地下储气库。盐穴地下储气库主要与天然气长输管网配套,进行季节调峰、应急调峰,同时可以满足贸易需求。截止2015年,世界范围内共有13个国家运行着90多座盐穴地下储气库,总工作气量280亿m3、总最大日采气能力15.57亿m^3/d。文章分析研究世界范围内盐穴储气库发展现状、特征以及发展趋势,对我国盐穴储气库建设运行起到了良好的借鉴启示作用。

构造应力对地下储油岩库稳定性影响数值模拟

我国某拟建大型地下储油岩库选址区存在构造应力,使水平主应力大于对应深度的自重应力。针对构造应力对地下储油库稳定性的影响问题,建立二维有限元模型进行弹塑性数值模拟分析。结果表明:储库洞室轴线与水平最大主应力方向存在夹角时,位移值、应力值及塑性破坏均大于平行时。综合考虑洞室轴线与最大主应力方向平行时储库稳定性较好。建议在实际工程设计中,应使储库洞室轴线方向与水平最大主应力方向平行,以减小构造应力的不利影响。

含夹层盐岩蠕变特性试验及其本构关系

为了解某拟建盐穴储库围岩含夹层盐岩的蠕变特性,对该库址含泥岩夹层盐岩、纯泥岩和纯盐岩3种岩芯试样进行了不同围压下三轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变变形规律。实验结果表明:含夹层盐岩初始蠕变阶段的持续时间大于泥岩试件而与盐岩试件基本相同,即第1蠕变阶段的持续时间主要由层状盐岩试件中盐岩体部分决定;第2蠕变阶段的稳定蠕变速率则随着泥质夹层含量的不同呈现较大的差异,在相同应力条件下,含泥质夹层盐岩试件的蠕变速率小于盐岩而大于泥岩。根据3种岩样第2蠕变阶段的蠕变特性,基于含泥质夹层盐岩试件中泥质夹层的体积分数,推导了含夹层盐岩蠕变力学参数与纯盐岩及纯泥岩蠕变参数的关系。

不同渗透压力下盐岩的渗透率测试研究

地下盐腔被广泛应用于核废料地下处置、石油天然气地下储存和二氧化碳封存,由于盐岩的低渗透性,目前很难通过试验获得其渗透率。通过稳态法对3种不同成分盐岩进行渗透特性试验研究,获得盐岩的渗透参数,并对拟压力法和考虑克氏效应的2种渗透率计算方法的结果进行对比研究。结果表明:(1)盐岩的渗透率与孔隙度极低,孔隙度为0.3%～3.0%,纯盐岩渗透为10-20m2左右,而含杂质盐岩渗透率更低,为10-20～10-21m2;(2)对盐岩的气测渗透率进行测试,进气压力为1～5 MPa时,Klinkenberg效应影响明显,当渗透力超过5 MPa后,岩体在渗透力作用下会产生损伤,渗透率升高;(3)通过对比,考虑Klinkenberg效应的方法较拟压力法在盐岩渗透率计算中更为理想。

盐穴地下储气库库址地质评价与建库区优选

盐穴地下储气库具有注采率高、短期吞吐量大、垫层气量低并可完全回收等优点。随着中国天然气工业的不断发展,更多的盐穴地下储气库将建成并投入运行,在天然气储备与调峰中发挥重要作用。中国天然气地下储气库建设相对滞后,目前已建成投产的盐穴储气库只有1座,尚未形成系统的盐穴储气库库址评价优选及方法,严重制约了中国盐穴储气库的发展建设。以金坛储气库为例,从构造特征、盐层发育情况、盐层埋深、盐层厚度、盐岩品位、盖层性质及厚度、密封性等方面,系统、定量的阐述盐穴地下储气库库址的优选评价指标,旨在为中国盐穴储气库库址的优选和评价提供可行方法和理论依据,对中国盐穴储气库的建设和发展具有深远的战略意义。

西气东输二线平顶山盐穴储气库建设可行性

河南平顶山盐矿盐层主要为舞阳凹陷内下第三系核桃园组二段上部和核桃园组一段,盐层分布稳定,含盐面积大。盐层埋深适中,盐层厚度大,具备建设盐穴储气库的地质条件。盐矿的沉积中心部位是建设盐穴储气库的最佳区块,可建成超过140×108m3工作气量以上的地下储气库。根据盐层的特点,可以建造单个盐穴几何体积为43×104m3,有效体积为23×104m3的盐穴储气库。根据盐层的地质特征模拟分析结果,单个盐穴的建造周期超过1200d,依据该地区卤水处理能力,按10～12年的储气库建库周期,可以在该区块建设14×108m3工作气量以上规模的储气库。由于该储气库位于中原地区,可以为西气东输一线和西气东输二线提供应急保障,并作为湖北、河南等地区的调峰储气库。

建设中国天然气调峰储备与应急系统的建议

天然气调峰储备与应急系统是天然气工业体系中的一个重要组成部分。随着中国天然气市场的快速发展,用气规模的不断提高,迫切需要形成与之相适应的天然气调峰储备应急系统。为此借鉴国内外天然气调峰应急储备系统的已有经验,提出了建设中国天然气调峰储备应急系统的建议,指出了建立中国天然气调峰储备应急系统需要做好的几项工作:建立调峰储备枢纽、建设区域储备调峰中心、做好气田资源性储备、促进储气库建设多样化、理顺储气库建设投资价格体系、倡导储气库建设投资主体的多元化等。这些工作的开展实施,有利于促进天然气调峰储备应急系统的建立,有利于中国天然气业务的均衡快速发展。

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3个地区层状盐矿岩样的短期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明:(1)3地区中单轴抗压强度和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。(2)不同地区的岩样都有随围压的增大峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。(3)不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。

层状盐岩建库技术难点与对策

我国含盐盆地主要为陆相沉积,盐矿多为湖相沉积形成的薄层状结构,具有单盐层薄、夹层多、不溶物含量高等特征,与国外盐丘建库相比,我国层状盐岩建库面临着造腔速度慢、腔体形态控制难、成腔效率低等技术难题。文章主要针对我国层状盐层造腔过程中面临的主要建库技术难题,深入研究水溶机理和夹层垮塌机理,提出造腔优化、水平定向井型、空间动用效率来解决造腔控制难、造腔速度慢、成腔效率低技术难题。

安宁盐穴储气库盖层密封性评价

盐穴储气库的盖层密封性是影响盐穴储气库密封性重要因素之一,本文利用地质综合分析法从宏观上对储气库盖层的密封性进行了评价,同时通过实验从微观角度研究盖层的密封性(评价参数包括孔隙度、渗透率、突破压力等),结果表明:储气库的盖层密封性较好,符合建设地下盐穴储气库。

围压影响的盐岩压缩力学特性及非线性本构模型

为了更准确地描述盐岩的力学特性,对盐岩开展多组单轴、三轴压缩试验。根据试验结果,多组试验数据得到的莫尔包络线具有非线性特征,并且盐岩力学特征对围压有很强的相关性。单轴及低于5 MPa围压时盐岩应力应变关系曲线表现弹性、应变硬化、软化3个过程,而当高于5MPa围压时盐岩延性特征显著,应力应变曲线硬化阶段比例加大,扩容点前移,而软化过程有一定程度的减弱。基于Hoek-Brown准则的软化模型将应力应变曲线峰前阶段改进为弹性非线性弹性模型,得到一种新的非线性本构模型。结果表明这种非线性本构模型可以很好地吻合不同围压作用的盐岩应力应变曲线。

盐穴储气库不溶物残渣颗粒在卤水中的沉降规律研究

由于我国盐穴储气库建库地质条件较为复杂,均为多夹层盐岩建库,造腔过程中会形大量的不溶物残渣。针对不溶物残渣在卤水中的沉降规律开展了室内实验,分析了影响不溶物残渣沉降速度的因素。结果表明不溶物残渣的沉降速度主要受自身粒度和卤水波美度的影响,颗粒的沉降速度随粒度的增加而增大,随卤水波美度的增加而逐渐减小。粒度小于0.1mm的残渣颗粒占残渣总量的40%左右,在卤水中基本不发生沉降,有利于造腔卤水的携带排出,能够提高盐腔有效利用空间进而扩大储气规模。

中俄东线楚州盐穴储气库建设的可行性

江苏楚州区盐矿层主要为淮安中断陷上白垩系浦口组二段上盐亚段第三岩性组合,盐层分布稳定,含盐面积大。第三岩性组合盐层埋深1 000 m^2 000 m,地层厚度300 m^800 m,盐岩累计厚度200 m^600 m,含矿率在70%左右,盐岩品味在60%左右,具备建设盐穴储气库的地质条件。张兴区块盐层厚度大,盐岩品味中等,钻井多,盐层认识程度高,是建设储气库的优选区块。根据优选的张兴建库区块和建库层段盐层特征,可建造单腔有效体积为24.4×10~4m^3,单腔库容为5 440×10~4m^3,单腔工作气量为3 086×10~4m^3。根据建库层段的盐层地质特征模拟分析,单个盐穴的建造周期需要1 670 d,按照当地盐化企业卤水消耗能力分析,部署27口盐腔建库周期10 a,可在该区块建设8.33×10~8m^3工作气量的储气库规模。该储气库位于长三角地区,距中俄东线和冀宁联络线较近,可为中俄东线和冀宁联络线提供应急保障,还可参与江苏省和山东省的调峰。

高效利用复杂连通老腔新方法与效果分析

盐矿采盐过程中形成的老腔资源丰富,将符合改建储气库条件的老腔改建成储气库,既可加快我国储气库建设进度,还可以降低盐穴储气库造腔成本。单井单腔老腔改建储气库技术成熟、效果良好,但对井老腔改建储气库的研究几乎处于空白。通过对复杂连通对井老腔地质条件的研究,利用物质平衡法,结合钻井井眼轨迹、声呐检测结果构建了对井复杂连通老腔的形态模型,预测了拟改造老腔的腔体形态和体积;本着充分利用盐腔空间,提高空间动用率等原则,提出在原注水井和采卤井之间新钻一口钻至水平通道的排卤井,实现将盐腔残渣中卤水尽可能排出来增加储气库空间的目标;上述方案通过现场实施,不仅验证了对井老腔形态预测模型的可靠性,也为复杂连通对井老腔腔体的高效利用提供一种有效方法。

基于概率法的油气储量不确定性分析

以塔里木某气藏为例,分析了概率法在油气储量计算及不确定性分析中的基本原理及应用。重点探讨了用多种理论分布函数对孔隙度、含气饱和度等参数进行拟合,并采用K-S检验和A-D检验优选合理的分布函数的方法。基于容积法计算公式,采用蒙特卡罗模拟对各参数的累积分布函数进行随机抽样,经过10000次的次迭代计算得到地质储量的期望曲线,并分析了概率法储量计算中的敏感性因素,从而实现对储量不确定性进行评价。研究表明概率法基于对储量参数值范围的认识和评估,可对独立变量的不确定性进行量化估计,给出油气储量的概率分布,是一种较好的风险分析方法。

夹层对盐岩储气库注采运行稳定性影响研究

为保证含夹层盐岩储气库长期注采过程的安全稳定,开展夹层几何特征对盐岩储气库注采运行稳定性影响的研究。通过FLAC^(3D)开展数值模拟,研究单一夹层厚度、位置及夹层数量等几何特征对储气库围岩应力、变形的影响规律,并分析盐腔的稳定性和可用性对夹层几何参数的敏感性特征。结果表明:随夹层厚度、数量的增加,盐腔围岩所受压应力增大,收缩变形减小,体积收缩率增大;随夹层到腔体顶板距离减小,盐腔围岩所受压应力先减小后增大,收缩变形增大,体积收缩率减小。各夹层参数的敏感度系数排序为:夹层厚度、夹层数量、夹层位置。该结论可为层状盐岩储气库先导工程的可行性分析与稳定性评价提供参考。

盐穴储气库技术现状及发展方向

总结国内外盐穴储气库建设技术发展趋势,认为国外的丛式井布井方法、大井眼井身结构与大排量造腔、卤水回注地下等技术手段值得借鉴。同时国内盐穴储气库建设仍面临优质库址资源少、造腔周期长、腔体有效利用率低等难题。为破解这一系列难题,在开展市场化运作模式探索的同时,更需要加大核心技术攻关,加强建库地质评价、钻完井工程、造腔设计与控制、复杂连通老腔利用、扩大储气空间等多个方面核心技术的研究,大幅度提高储气库建库效率,促进我国盐穴储气库可持续发展。

厚夹层盐穴储气库单井双腔可行性分析

我国盐岩地层通常伴有厚夹层,针对厚夹层的盐岩地质条件,采用单井双腔的造腔方式,避开建库层段厚夹层,利用厚夹层的上部和下部盐层资源造腔,可提高盐岩资源利用率,扩大单井有效储气空间。以我国楚州盐矿厚夹层上、下两段盐层为造腔目标,设计单井双腔造腔方案开展模拟预测,对单井双腔建腔的钻井、造腔等工程费用进行测算,并与单井单腔造腔方案对比,结果表明:在特定的地质条件下,单井双腔造腔方案的有效体积为27.8×10^4 m^3,单井单腔方案的有效体积为18.0×10^4 m^3,采用单井双腔比单井单腔增加有效体积约54.4%,增加工作气量41.5%,节约单方建腔投资约21%。因此,单井双腔的造腔方式在储气库空间体积利用及单方地下工程投资等方面具有明显优势,有必要加强攻关研究与推广应用。

盐穴储气库水溶造腔数值模拟技术研究进展

盐穴储气库是保障我国天然气调峰需求的重要手段,其最重要技术之一为水溶造腔数值模拟。该技术以设计安全稳定、高效利用的腔体为目的,采用数学方法模拟腔体造腔全周期参数,目前国内已初步掌握该技术。但随着建库目标向薄盐层、低品位领域拓展,传统水溶造腔模拟软件无法实现水平井、定向对接井造腔模拟等问题愈加突出。文章通过分析水溶造腔数值模拟技术研究历史,总结数值模拟现有技术框架,预测数模技术未来发展趋势,试图呈现水溶造腔数值模拟技术框架的轮廓,为进一步深入研究层状盐岩造腔机理、编制适合我国层状盐岩工况的水溶造腔软件提供参考。

弱层台阶边坡可靠度非侵入式随机分析

为确保复杂结构边坡的安全稳定,针对弱层台阶边坡可靠性开展非侵入式随机分析。以抗剪参数为随机变量,采用局部平均法进行随机场离散,采用随机场和Monte-Carlo(SMC)法编制程序进行数值计算,并与Monte-Carlo(MC)法结果进行比较。结果表明:利用非侵入式随机分析方法计算可靠度效率更高且易于实现;随机场可以反映岩体力学参数的空间变异性以及参数之间相关特性,更接近于实际情况,弱层对边坡稳定性有重要影响,会导致边坡安全系数降低,且最大位移会显著增大;采用MC法会过度放大边坡的失效概率,而SMC法得到的结果更可靠。该结论可为复杂结构边坡的可靠性分析提供参考。