盐穴储气库水溶造腔技术概述及优劣势比较

盐穴储气库在中国正处于快速发展阶段,山东、湖北、江苏等盐矿丰富的地区均已开展盐穴储气库建库研究工作。水溶造腔技术是盐穴储气库建库技术的关键技术之一,通过介绍单井对流、单井油(气)垫对流、水平对接井开采、小间距双井单腔等几种常见的水溶造腔技术,系统性分析不同造腔技术的适宜场景以及应用情况,对比其优缺点,以期为后续盐穴储气库水溶造腔技术的选择提供参考。

不同浓度淡卤水对盐穴储气库造腔的影响

溶腔工程是一项复杂的系统工程,注水浓度高低对金坛盐穴造腔的溶解速率影响较大。为了对比金坛地区不同类型盐岩在淡卤水中溶解特性的异同,本文开展不同浓度卤水中盐岩的上溶与侧溶试验。此次试验为以后进行溶腔施工工程提供了宝贵经验。

山东岩盐溶腔储气造腔技术研究展望

山东省岩盐资源丰富,岩盐开采形成的溶腔空间巨大,因岩盐地层具有较好的密封性等特点,溶腔可以用来储气缩能。国内岩盐溶腔储气研究始于2000年前后,而山东省岩盐溶腔储气研究尚处于起步阶段。该文在碳中和战略背景下,总结了国内层状盐层溶腔建库存在的问题,提出山东省岩盐溶腔建设储库所面临的难题和研究的方向,对山东省内岩盐储气库规模化建设与评价具有重要意义。

厚夹层盐穴储气库扩大储气空间造腔技术

针对目前国内盐矿普遍发育厚夹层的问题,通过室内实验、数值模拟和现场试验,分析厚夹层是否可以垮塌,以实现上下盐层连通,扩大单腔储气空间。分析夹层的水溶机理、水浸后力学参数变化规律后发现:水浸后夹层呈蜂窝状溶解且产生裂缝,利于剥落,剥落残渣占据空间较小;水浸后夹层力学强度明显降低,易发生破坏,有利于夹层垮塌。利用夹层垮塌临界跨度计算模型可预测夹层垮塌时机,通过数值模拟获得了厚夹层垮塌规律,表明夹层厚度越小,夹层埋深、腾空跨度和盐腔高度越大,夹层垮塌的可能性越大。提出了"充分浸泡夹层、二次建槽"的设计思路,针对某储气库12 m厚夹层进行造腔试验设计,并在2口井进行了现场试验,表明厚夹层可以垮塌,且增加了造腔高度,提高了单腔工作气量,具有技术和经济可行性。

快速造腔技术的研究及现场应用

快速优质溶漓成稳定的腔体是缩短盐穴气库建造时间、节约建库资金、提高建库效益的关键技术,对保证西气东输工程安全供气具有重要意义。对盐岩溶蚀机理及快速造腔方法进行了分析,以空化射流理论为基础,论述了造腔工具的促溶工作原理,设计了造腔工具地面试验方法及装置。现场应用效果表明,造腔工具可以将建槽期的盐岩溶腔速度提高2倍以上,同时有利于提高返出卤水浓度,满足盐化企业的处理要求。

水平井组造腔提能方法探讨

目前,对于全球双碳经济背景及国内储能调峰的需要,岩盐开采后形成的溶腔(采空区)如何加以利用日趋得到重视。本文提出水平井组造腔提能方法,主要基于新建井组与现生产相结合,实现高效建腔、提能采卤、减少污染的目的,以作为解决当前瓶颈的有效途径之一。

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。

金坛盐穴储气库JT1井造腔异常情况分析

JT1井是中石化金坛储气库项目的第一口井,用于获取地质资料及开展早期造腔试验。针对JT1井生产一年多来,在生产、测腔、修井作业过程中出现的实测体积和计算体积差异大、腔底抬升快、造腔内管断裂/变形、造腔外管变形等异常情况,通过体积计算、软件模拟等方式,从不溶物体积和折算采盐体积对比了体积差异,分析了不同侧溶角对腔体形状、腔体体积等方面的影响,通过文献调研、现场生产参数分析,找出造腔内管、造腔外管变形的原因为储气库井高效造腔、平稳运行提供经验。

盐穴储气库造腔系统地面工艺技术探讨

盐穴储气库的建设中,造腔过程尤为重要,通常采用注水溶漓法进行造腔。在实际操作中,造腔注水流量的变化较大,压力高且介质具有一定的腐蚀性,这些特点对地面工艺技术和设备提出了更高的挑战。然而,现有的工艺流程和设备仍存在诸多问题,亟待进行优化和改进。本文旨在总结现阶段造腔系统地面主工艺流程和设备的现状,并探讨了卤水消化和合作建库的相关问题。首先,本文对盐穴储气库造腔过程中的地面工艺流程进行了详细的梳理,指出了在这一流程中存在的主要问题和瓶颈。然后,针对这些问题,提出了若干优化措施,并对这些措施进行了实际应用效果的分析。此外,本文还对卤水消化问题进行了深入的研究,分析了卤水消化对造腔系统地面工艺流程的影响,并提出了有效的解决方案。同时,也探讨了合作建库的可能性和实施策略。本文的研究成果可为盐穴储气库的造腔系统建设提供参考,进一步优化地面工艺技术和设备,提高盐穴储气库的建设质量和效率。

盐穴储气库造腔技术研究进展

盐穴储气库具有建设周期较长、单井吞吐量大、注采转换灵活、采收率高等特点。近年来,国内外不断推进盐穴储气库相关工作,在提升建库速度、扩充有效库容、降低工程投资、节约造腔能耗等建库关键技术方面取得了大量成果,同时推动了盐穴储气库建设迎来了高峰期。本文给出了盐穴储气库造腔技术的研究现状与建议,可为我国盐穴储气库建库提供借鉴作用。

大尺寸型盐造腔相似试验研究

基于相似理论中的量纲分析法,建立型盐造腔相似试验模型,通过试验找到一种可用于模拟造腔的型盐,并利用自行研制的模具成功制备直径为300 mm,最大高度为500 mm的大尺寸型盐。在3组不同造腔工艺下进行大尺寸型盐造腔相似试验。在试验过程中,提出一种利用饱和盐水导电特性测量腔体形状的方法。试验结果发现:造腔工艺影响腔体形状和造腔速率,主要影响因素有套管位置组合、油垫位置、造腔时间、注水流量;在分步扩展造腔工艺下,造腔效率较高,腔体形状为下大上小的倒梨形,腔体体积达到4 200 cm3,腔体最大直径达到24 cm,平均直径为20 cm,腔体高度达到27 cm,造腔过程中排出的卤水浓度达到22%左右,符合采盐工艺的要求。依据相似试验模型中的相似判据,建立模型和原型相关参数的关系,对现场造腔的设计和控制具有指导意义。

盐穴储气库水溶造腔夹层垮塌力学机制研究

盐岩矿床中难溶泥质夹层的存在给地下储库水溶造腔带来了诸多不利影响,如何有效地预测与控制水溶造腔过程中泥质夹层的垮塌成为亟待解决的技术难题。夹层垮塌力学机制研究以该问题为背景,建立了水溶造腔过程中夹层垮塌分析的力学模型,并应用弹性板壳理论进行了求解,根据求解结果对夹层因局部破损及整体失稳引起垮塌的力学机制分别进行了论述,对夹层垮塌的力学机理进行了总结,给出了一种计算夹层极限跨度的方法。研究成果对水溶造腔过程中夹层垮塌的预测与控制有重要指导意义。

深部盐矿油气储库水溶造腔控制的几个关键问题

我国正在大规模规划和建设深部盐矿油气储库,如何实现安全、高效水溶造腔已成为亟待解决的技术难题。综合造腔工程实践和理论研究成果,解决该技术难题需要重点关注5个关键问题:我国盐矿夹层的典型分布特征,造腔环境下夹层溶蚀及力学特性弱化,夹层垮塌机制、模式和判别,管柱动力破坏机制与影响因素,造腔控制技术与现场应用。对与上述问题相关的主要研究进展进行系统综述和分析,认为近年来在典型夹层垮塌机制及造腔控制方面已取得一些重要的理论和技术突破,解决或者解释了一些工程问题,对我国盐穴储库建设提供了一定技术支撑,但在不同类型夹层溶蚀特性、多因素下管柱动力失稳模型以及造腔设计室内模拟等方面还远不够深入和全面。最后对近期迫切需要进一步开展的研究工作进行展望。

盐穴储油(气)库水溶造腔管柱动力特性初探

针对盐穴储气库单井水溶造腔过程中管柱动力特性开展了初步探讨,认为造腔工程中,管柱在受限空间的自激振动和动力失稳是导致管柱发生严重弯曲或者破损的主要原因。初步分析了无空间约束条件下内外管柱的振动特性,得到了理想条件下管柱临界流速的计算式。计算表明,无约束条件下造腔管柱一般会由于液-固耦联振动而发生动力失稳,而且造腔内管一般会先于造腔外管发生失稳破坏。鉴于问题的重要性和复杂性,还对造腔管柱临界流速全面计算力学模型应考虑的诸因素进行了探讨,初步分析了管道轴力、液体压力、造腔循环方式、管道水平支撑,以及轴向水击和管道横向振动耦合的影响,为进一步结合工程实际开展空间约束条件下造腔管柱动力特性全面分析提出了建议。

小间距双井水溶造腔腔体扩展特性

搭建了小井间距双井水溶造腔的实验装置,通过室内模型实验的方法研究了不同提管方式时溶腔腔体扩展的变化规律,并与单井造腔工艺进行了对比.结果表明:只提注水管时,腔体体积增长速率大于另外两种提管方式,最终形成的腔体体积也最大;不同提管方式对盐壁的溶解速率影响较小,腔底形成的溶蚀角相差也不大;同时提两管与只提注水管形成腔体形状为"船"形,提油垫时形成底部区域很大而上部为两个"塔"形的腔体形状;与单井造腔技术相比,小井间距双井水溶造腔技术在造腔前期具有较大的优势.

反循环造腔技术在盐穴储库建腔中的应用探讨

为加快盐穴储库造腔进度,节约建腔成本,在建槽前期采用正循环获得一定不溶物底坑之后采用反循环方式进行造腔。在反循环造腔过程中,通过调整造腔管柱下深、垫层位置、注水量等参数对腔体形态进行控制,在确保腔体形态的基础上加快造腔进度。经过现场实践,反循环造腔技术在盐穴储库造腔中是可行的,满足现场造腔要求。

盐穴储气库造腔工艺技术研究

盐穴储气库以其独特的优势在世界范围的石油工业领域中受到越来越多的重视。以一定的形状在盐层内建造一个地下储气溶腔,是一项复杂的系统工程。结合我国在盐层建设储气库的特点,围绕造腔设计的腔体目标和实施工艺,对盐穴储气库造腔工艺技术进行了全面的论述。通过对储气库腔体形成过程的分析,从造腔工艺、腔体控制与检测方法等方面,提出了造腔井型、水循环方式、溶腔步骤、两口距调节方式、形状控制方法、顶板保护工艺、密封检测、腔体稳定性等多项技术,同时推荐了造腔管柱组合方式、注水流量确定方法和保持腔体稳定的措施,对盐穴储气库造腔设计和施工有一定的指导意义。

盐穴地下储气库水溶造腔管柱的动力稳定性试验研究

针对建设盐穴地下储气库在实施单井油垫法水溶造腔过程中经常出现的造腔管柱破损和失稳问题,开展了水溶造腔管柱的动力稳定性试验研究,结合现场调研和理论分析结果,揭示出管柱抗弯刚度、悬伸长度及过流面积等是影响管柱动力稳定性的关键参数。据此设计出悬臂管动力失稳物理模型试验装置,开展了水溶造腔管柱磨损和动力失稳的试验研究。试验中观察到5种力学响应现象:(1)水锤现象;(2)静力屈曲;(3)混沌运动;(4)"类悬臂管"受迫振动;(5)不同端部条件影响现象。试验结果表明,引起水溶造腔管柱液—固耦合失稳现象的主要原因包括:(1)造腔水流的波动性易引起水锤和受迫振动现象,超长的受限空间悬臂结构管柱易"放大"这种现象;(2)过大的造腔注水流量可能引起造腔管柱发生静力屈曲或混沌运动;(3)造腔管柱结构和力学特性对造腔管柱系统的稳定性和安全性有着重要影响。

小井间距双井水溶造腔腔体扩展规律研究

搭建了双井水溶造腔的试验装置,采用室内模型实验的方法研究了不同注水流量和井间距时腔体体积扩展规律。结果表明:(1)排卤口卤水浓度随注水流量的增加而减小,腔体体积随注水流量的增加而增加;注水流量越大,盐岩壁溶蚀速率也越大,注水口溶蚀速率要大于排卤口溶蚀速率。(2)井间距对卤水浓度的影响没有注水流量明显,浓度随井间距的增加缓慢地增长;井间距对溶腔体积的影响也较小,井间距由2 cm增加为4 cm,腔体体积增长了2%,井间距由6 cm增加到8 cm,腔体体积仅仅增长了1.8%;井间距主要影响腔体的扁平程度,井间距越大,腔体形状越扁平。该研究可为现场开展小井间距双井水溶造腔提供指导。

小井间距双井水溶造腔模型试验研究

以湖北云应盐矿水溶造腔现场先导试验为背景,在室内开展了小井间距双井水溶造腔模型试验研究,并压制出一种可用于模拟水溶造腔的大尺寸型盐。基于相似理论中的量纲分析法,建立了现场造腔与模型试验的相似比关系。研究结果表明:卤水平均浓度随造腔时间的增加而增大,并最终达到一个稳定的状态;在造腔速率上,试验1的提管方式要优于试验2,说明提进水管的方式更适合小井间距双井水溶造腔;试验1形成的腔体形状为"台阶状",可通过增加提管的次数来消除边界的不规则,小井间距双井水溶造腔的提管次数可借鉴单井水溶法,以8~10次较为合适,试验2形成的腔体形状为"宝塔状",此形状在空间利用上较差;小井间距双井水溶造腔形成的溶腔横截面为非对称的椭圆形,两组试验溶腔横截面的长短轴之比分别为1.44和1.17。