R11井山头油藏改建地下储气库方案设计

许多国家改建地下储气库是利用枯竭气藏、水层、盐穴和废矿井，很少利用开采后期的潜山油藏。本文通过对R11井山头油藏的地质特点分析，研究了该潜山油藏改建地下储气库的可行性，在此基础上对改建后的储气库进行了库容计算和盖层压力分析，并编制了储气库的运行方案设计。该方案的成功设计将大大扩大改建地下储气库库址的筛选范围。     

盐穴储气库回溶造腔技术研究

为提高地下盐穴储气库的经济性,在确保运行安全前提下,开发企业要求盐穴储气库地下净体积尽可能大,而在造腔过程中由于地质情况、工程故障以及认识不到位等原因导致腔体部分盐层未得到充分溶蚀,体积没有达到最优,为充分利用日渐匮乏的适合建库盐层,有必要进行回溶造腔,提高单腔有效体积。利用注气排卤管柱,在注气排卤后,回注淡水,驱顶天然气使卤水界面至设计深度,对界面下盐层进行回溶扩腔。为此,建立了回溶造腔数学模型,并针对金坛储气库L井进行回溶造腔模拟研究。结果表明,L井回溶造腔一个轮次可有效提高腔体有效体积13.04%,效果显著。研究结果对提高盐层利用率和已有腔体有效体积等具有重要意义。     

盐穴地下储气库在我国的发展动力和趋势

本文从天然气产业发展的角度，分析了天然气生产、运输和市场对大型地下储气库存储设施的需求动力，根据不同类型地下储气库的运行特点，分析了未来10至20年盐穴地下储气库在我国的发展趋势。通过分析，我们能很清楚的看到大容量和高注采速率的盐穴地下储气库在我国南方地区的需求将会持续增加，但由于其建设周期较长，与当地盐化工产业的发展紧密相关，一般应提前3至5年先于管道工程建设，才能与管道系统的投产和运行紧密衔接，保证管道系统的调峰和安全运行，提高管道系统的运行效率和经济效益。     

金坛盐穴储气库腔体偏溶特征分析

国内可用于盐穴储气库建设的盐矿以层状盐岩为主,造腔过程中普遍存在腔体偏溶现象,研究其特征及成因对国内以后盐穴储气库的建设具有一定的借鉴作用。以国内第一个盐穴储气库金坛储气库为研究对象,基于声呐测腔数据,提出了以偏溶系数,即腔体最大半径与同一平面最小半径的比值,来定量表征腔体的偏溶程度,最大半径方向即为腔体偏溶方向。统计结果表明,金坛储气库腔体偏溶系数1.13~11.88,偏溶方向以北东南西向为主。结合夹层、可造腔盐层厚度和地应力数据,分析了腔体偏溶发生的原因,认为造腔过程中夹层的不均匀垮塌可促使腔体发生偏溶;可造腔盐层厚度越大,腔体发生偏溶的可能性就越大,偏溶程度就越严重;地应力方向对腔体的偏溶方向具有重要影响。     

平顶山盐穴储气库建库地质条件评价

 在平顶山盐岩矿区三维地震解释、资料井及老井钻探成果基础上,对研究区断裂发育、构造形态及盐岩地层横纵向展布特征进行精细研究,并对盖层和夹层分别取心开展室内实验以评价盖层及夹层密封性。通过对平顶山地区盐岩建库地质条件的综合评价,认为该地区适合建设盐穴地下储气库。结果表明:平顶山盐矿总体构造形态简单,盐岩沉积中心断裂不发育且盐层厚度较大;盐岩地层厚度大,横向分布稳定,其中14~20 盐群厚度平均200 m 以上,含矿率高,夹层数量少,可以作为建库的目的层位;盖层及夹层以泥岩为主,微观孔喉结构小,连通性差,渗透性能差,不利于气体的运移,具备一定的封闭能力,满足储气库地质评价要求。     

金坛盐穴储气库畸形对盐腔体积影响

金坛盐穴储气库属于层状盐岩型储气库，建设过程中经常出现腔体畸形、偏溶现象，严重降低盐腔有效体积。研究腔体畸形对盐腔体积的影响规律，并在造腔过程中加以控制，将有助于加快库容工作气形成。结合金坛盐穴储气库实际盐腔情况，分析了腔体畸形、偏溶和底坑形状对盐腔有效体积的影响，并根据其形成原因给出了相应解决措施。结果表明，金坛盐穴储气库畸形、偏溶腔体约占总数的30%，畸形系数（11.8~90.1）×10^-3，畸形系数越大盐层利用率越低；畸形导致横截面为椭圆形，且不同深度的腔体直径差别较大，使腔体周围盐层利用率降低；偏溶使井间矿柱宽度过低，矿柱比减小，腔体直径受限，腔体积严重降低；底坑形状可分为“V”形、“一”形、“\”形、“A”形4种，其注气排卤效率依次降低，其中，“\”形、“A”形最不利盐腔空间利用，严重降低储气体积。对于腔体畸形可采用的控制手段有降低排量、采用正循环、天然气阻溶回溶等技术。对于偏溶可采用预测偏溶方向合理设计井位、降低矿柱比增加腔体直径等措施。底坑畸形尚无有效控制手段和提高注气排卤措施。该研究为后期腔体形状控制和提高盐腔体积奠定了理论基础，将有助于加快金坛盐穴储气库建设速度。     

盐穴储气库水溶造腔工艺优化研究与现场应用

盐穴储气库在天然气行业所占比重越来越大，金坛储气库作为国内第一座投产的盐穴储气库，经过工程建设实践发现，很多溶腔工艺存在较大的优化空间。通过分析储气库水溶造腔流程，对造腔过程中涉及到的提高造腔效率，减小造腔耗能以及盐层最大化利用进行分析，提出了水溶造腔的优化工艺：采用反循环造腔大幅度增加排卤盐度，减小井下作业次数缩短不必要的停井时间以加快水溶造强进程，安装光纤界面仪实现阻溶剂界面的实时监控，优化注水量大幅度减小能耗，处理厚夹层以及整体扩容腔体对盐层进行最大化利用。     

高杂质盐矿已有溶腔大规模储气技术研究进展

加快建设大型地下盐穴储气库是保障我国能源安全的迫切需求,但在现有的盐岩储库建设标准和技术体系下,我国高杂质盐矿水溶开采形成的溶腔难以用于建设大型地下储气库。为摆脱这一困境,在广泛调研我国盐矿地质和水溶采矿特点的基础上,综合采用水溶采矿理论分析和现场声纳探测等研究手段,摸清高杂质盐矿采卤溶腔的三维形态,研究发现盐矿不溶物沉渣堆积散体的空隙率高且连通性良好,具备大规模储气的基本条件。基于这些发现提出了从溶腔底部排出空隙卤水的新思路,进而形成了高杂质盐矿已有溶腔改建大型地下储气库的技术体系。相关理论和技术成果突破了盐矿品位对建库可行性的限制,建库可选范围及建库规模扩大数倍,可为天然气储存及压缩空气储能等能源储备工程提供重要参考。     

基于蒙特卡洛法的地下盐穴储气库顶板可靠性分析*

随着国内地下盐穴储气库的快速发展,储气库安全可靠性的研究具有重要的工程意义。本文建立了基于摩尔库伦准则的盐穴顶板失效函数,采用蒙特卡洛抽样法对储气库顶板安全可靠性进行了分析,克服了传统方法难以实现储气库稳定性量化的缺点。应用该方法计算了国内某盐穴储气库顶板的失效概率和可靠性指标,计算结果表明：顶板的可靠性指标随着盐穴埋深增大和夹层数增多而减小,随着储气库内压增大和顶板跨度减小而增大;盐穴储气库选址时建议尽量采用埋深较浅,夹层数较少的优质盐岩层进行溶腔造穴;盐穴储气库的顶板跨度对顶板可靠性影响最大,在满足储气库库容量的情况下,应尽量保证盐穴跨径比小于1;储气库的运行宜采用运行压力较大的运行模式,尽量减小低压运行时间。     

国外枯竭气藏型储气库重大事故经验与启示

目前,中国正处于天然气地下储气库建设的初级阶段,在事故预防、应急与处理等方面经验存在不足。为此,开展了国外地下储气库泄漏事故调研,统计了地下储气库发生事故概率,并分析了主要原因及其危害,以期指导中国储气库安全平稳运行。研究结果表明,气藏型地下储气库发生事故概率最高,危害性最大;主要事故类型包括地面设施损坏、圈闭密封性破坏及井筒完整性失效3种。按照事故发生频次分别为地面设施、圈闭、井筒;按事故危害程度分别为圈闭、井筒、地面设施。在重点剖析了国外气藏型储气库典型泄漏案例后分析认为,应重视储气库圈闭密封性的动态监测;选址评价时应重点开展断裂与老井密封性评价。最后,结合中国储气库建设发展现状,提出了5点建议以期为中国地下储气库高效建设、安全运行提供重要保障。     

盐穴在地下能源存储领域的应用及发展

 盐岩具有较低的渗透性、良好的蠕变特性及损伤恢复功能。盐穴是能源地下存储的良好介质,广泛应用于天然气、原油、液态碳氢化合物等的存储;也可以进行压缩空气蓄能和氢气存储蓄能,存储转化可再生能源;同时可应用于工业废料、有害废料的处置及二氧化碳封存等。综述了盐穴在地下能源领域的应用情况及基本原理,展望了盐穴的技术发展趋势。阐述了中国盐穴能源储库起步较晚、资源有限、技术难点多、发展与挑战并存的现状。     

盐岩水平储气库的相似模拟建腔和长期稳定性分析

利用地下盐穴作为油气储库是一种常见的方法。但由于中国地下盐矿层状盐岩居多,特点是单层厚度薄,不溶物含量高,因此单井造腔腔型控制难度大,造腔速度慢。根据双井对流建库方法,通过实验模拟建造的水平盐穴为模型基础,依据湖北云应地区盐矿地质条件和盐岩的物理力学性质,数值模拟其在不同埋深情况下建造后腔体长期运行体积收缩情况。通过实验发现采用双井对流造腔方法建设储气库是可行的,腔体的形状可以通过流量和油液分界面来控制。对地下盐岩水平储气库的岩石长期蠕变模拟发现,水平储气库随着埋深越大相同蠕变期内条件下腔体的体积收缩率和腔体周边塑性变形区体积也越大,同时使用寿命也越短。     

金坛盐穴储气库上限压力提高试验

为了精确获取造腔层段最小主应力以确定盐穴储气库上限压力，确保气腔安全稳定运行且最大限度地发挥盐穴储气库的功能。在金坛储气库进行小型水力压裂地应力测试，测量5个层段的最小主应力，选取注采B井套管鞋处最小主应力22.5 MPa的80%，即18 MPa作为理论上限压力。上限压力的确定需进行数值模拟，研究表明，注采B井在上限压力18 MPa下满足气腔稳定性和密闭性的要求。根据注采站压缩机技术参数和安全考虑，金坛盐穴储气库确定了上限压力提高0.5 MPa的方案，且提压过程中利用实时微地震技术监测腔体及围岩的稳定性。经过现场提压试验，注采B井上限压力达到17.5 MPa，库容从3 481.06×10⁴ m³增加到3 590.39×10⁴ m³，工作气量从2 137.02×10⁴ m³增加到2 246.15×10⁴ m³，增加了5.11%。研究认为：虽然盐穴储气库行业普遍采用最小主应力的80%~85%的经验值作为盐穴储气库上限运行压力，但采取的上限压力需要进行数值模拟。通过理论模拟研究和现场试验，金坛盐穴储气库上限压力可以从当前的17.0 MPa提高到17.5 MPa。     

复杂地下洞室群施工污染气体及粉尘通风运移

在地下洞室群的爆破施工过程中会产生大量污染气体及粉尘,对地下洞室群施工通风污染气体及粉尘运移的认识有助于优化洞室群施工通风设计,提高洞室群通风方案的合理性。本文针对某大型复杂地下储油洞室群穹顶施工过程中的通风问题,采用CFD数值模拟及现场实测的方法,对污染气体及粉尘在洞室内的运移进行了分析。结果表明：气流在洞室内的发展过程分为涡流区、回流区和碰撞区,涡流区和碰撞区是通风过程中较不利的位置。多洞室的情况下,洞室内的污染气体容易在主通道内聚集。粉尘在洞室与连接通道交叉的位置以及主通道左侧转弯处浓度较高。洞室穹顶内污染气体及粉尘运移的速率较高,并且粉尘相对于污染气体的运移存在滞后性。     

层状盐岩中天然气地下储存库地表沉降分析

为了研究层状盐岩中天然气地下储存库在内压变化和覆岩压力作用下的地表沉降规律,提出了基于数值模拟的地表沉降预计方法,并对某层状盐岩天然气地下储存库在运营过程中的地表沉降规律进行了预计分析.分析结果表明,在储存库的各个阶段,地表沉降均呈现出典型的漏斗状曲线,沉降主要集中在储存库正上方;地表沉降随时间的增长而变大,开始时地表...     

地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。