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。

基于分形理论的盐岩储气库腔底堆积物粒度分布特征

国内盐岩储气库由于建库盐层本身地质特点,在造腔结束后,底部一般会堆积大量的不溶物,既浪费了部分有效库容,又为整体建库施工带来诸多不利。为科学评价储气库腔底堆积物,合理采取后续作业处理措施,需要对其分布特性进行研究。首先对其形成过程和存在影响进行了分析阐述,并通过室内实验获取了堆积物岩样,然后利用实验测定了粒度分布数据,最后采用分形分布理论研究其粒度分布特征。结果表明:在双对数坐标系下,腔底堆积物颗粒尺寸与累积数量呈线性关系,即其粒度分布具有分形特点,且分布分形维数可作为描述其粒度分布的特征参量,用以反映颗粒的均匀程度与集中性。研究成果可为堆积物体积评价、后续作业处理措施布置以及腔体库容计算提供理论参考与借鉴。

盐穴储气库天然气阻溶回溶造腔工艺

盐穴储气库完腔后无法继续使用柴油阻溶剂对不规则腔体进行回溶造腔,因此迫切需要发展天然气阻溶回溶造腔技术。研究了该技术的工艺流程、工艺参数、造腔模拟技术,并在西气东输金坛储气库开展现场试验,效果超出预期:A腔体增加自由体积14 000 m3,腔体上部突出的岩脊发生自然垮塌,排除了后期注气排卤过程中盐层垮塌砸坏排卤管柱的风险。该试验为国内首次腔体扩容及修复试验,对今后盐穴储气库建腔技术的推广及削减造腔成本具有重要的工程指导意义。

盐岩地层地应力测试方法

盐岩地层地应力是储气库形态设计、运行压力区间确定的重要影响因素,为了获得盐岩地层地应力参数,采用水压致裂法和多极子阵列声波测井计算盐岩地层地应力。针对盐岩的非渗透性特点,水压致裂法增加了回流工艺,在多个操作参数下进行多期裂缝重张测试,利用不同数据分析方法计算盐岩最小主应力得到了统一结果,误差低于5%。结合多极子阵列声波测井,分析了盐岩地层各向异性,依据密度测井资料和弹性波动理论,计算了地层水平主应力。阵列声波测井计算结果与水压致裂测试结果一致,测试盐岩地层中3个主应力值接近,为该地区盐穴储气库建设和优化设计提供了可靠的依据。

盐穴储气库天然气阻溶造腔数值模拟

为指导存在偏溶、形状不规则特点的腔体进行天然气阻溶造腔修复作业,开展了相关数值模拟研究。盐穴修复过程中,为保证腔顶安全,仅对目标深度段进行造腔修复,防止腔顶继续拓展,阻溶剂需求量大,因此选择来源便捷的天然气作为阻溶剂。建立数学模型,考虑盐岩上溶特征,编写盐穴储气库天然气阻溶造腔模拟程序,并针对金坛盐穴储气库L井进行天然气阻溶造腔模拟。天然气阻溶造腔可优化单腔形状和体积,提高优质盐层利用率,降低腔体不规则对注气排卤作业的影响风险,保证腔体满足安全要求。研究结果表明:编制的程序可有效模拟天然气阻溶造腔过程中腔体形状的发展,模拟结果与现场工程作业一致,研究成果对提高单个腔体有效体积及腔体稳定性具有重要意义。

热应力对盐穴储气库稳定性的影响

盐腔注采周期的变化导致腔内温度周期性变化,进一步导致围岩热应力的周期性变化。由于盐岩抗拉强度低,当这种周期性热应力为拉应力且数值较大时,盐岩将破碎从而导致腔体垮塌。结合声呐带压测腔实测的盐穴腔体形状和体积数据,采用有限元数值模拟方法,将温度场与已建力学模型进行耦合建立热应力模型,并对常规模型和热应力模型进行对比,以分析热应力对腔体稳定性的影响。结果表明:在常规模型中表现稳定的部分区域,在热应力模型中却发生垮塌现象,热应力模型计算结果与声呐实测带压测腔结果吻合,由此推断温度变化所产生的热应力是影响腔体稳定性的重要因素,严重时可能导致腔体垮塌。因此,腔体热应力影响因素的提出,进一步完善了腔体稳定性评价体系,使评价结果更加接近于地层的真实情况。

盐穴储气库造腔过程动态监控数据分析方法

为保证储气库造腔正常进行,需持续对造腔过程中的各项生产动态数据进行监控分析,及时发现问题并采取相应措施。对造腔过程中监测到的压力排量、排卤浓度、形态体积等生产动态数据实际值与计算的理论值进行对比,通过分析两者的差异性与油垫深度、两管距、不溶物蓬松系数等造腔参数之间的关系,形成了一套根据生产动态数据判断造腔参数是否异常的方法。如果造腔过程中造腔内管脱落,会出现油垫压力实际值大于理论值,排卤浓度实际值小于理论值的现象;若油垫上升,则油垫压力实际值小于理论值,排卤浓度实际值大于理论值。结合声呐测腔数据,用生产实例对该方法进行了验证,对分析造腔过程是否偏离设计方案具有重要的指导意义。

金坛盐穴储气库JZ井注采运行优化

JZ井是金坛盐穴储气库第一口先导性试验井,目前已投产5年。基于最新声呐测腔及力学特征分析,JZ井目前注采运行方式无法满足腔体稳定性要求,腔顶曾发生部分垮塌。利用有限元数值模拟软件对JZ井最新腔体形状进行注采运行方式优化和力学稳定性评价分析,结果表明:注采运行压力由原来的7~17 MPa优化至10~17 MPa;最低运行压力的停留时间实现量化表征,不超过10天;每年进行6次调峰可以保证腔体运行安全;腔体运行单日压降控制在0.5 MPa以内,采气速率控制在50×10~4 m^3/d。针对不同腔体形状优化相应运行压力范围及条件,对于保证金坛盐穴储气库安全运行及精细化管理具有重要意义。

盐岩储气库注气排卤工艺参数的数值模拟

盐岩储气库注气排卤后期,由于气水界面锥进形成气窜使得腔底大量卤水无法全部排出,从而导致腔体利用率无法最大化。为尽可能多地将卤水排出以实现腔体库容优质建设,以金坛库区A井为例,基于其声呐测腔数据,利用数值模拟软件建立腔体地质模型,进而模拟不同注气压力和注气量条件下注气排卤生产情况,并进行了相应的排卤效果对比分析,结果表明:注气压力或注气量越大,产生气窜现象时间越早,最终累积排出卤水也越少;随着注气参数的提高,日均排卤量增大,但增长幅度变小,并逐渐趋于平稳。