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。     

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。     

含夹层盐岩椭球储气库极限压力

地下盐岩储气库在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用,确定合理的储气库极限压力具有重要意义。针对盐岩椭球储气库极限压力问题,以某地下盐岩储气库为工程背景,基于Mohr-Coulomb抗剪破坏准则、上限和下限压力判定准则,以大型商业有限元软件ABAQUS为平台,对不同椭球储气库腔体形状尺寸的极限压力问题进行数值模拟研究,探讨盐岩夹层黏聚力和抗拉强度变化对椭球储气库极限压力的影响。结果表明:随着椭球形腔体长短轴之比减小,储气库上限压力随之增大,而下限压力由于采用的本构模型不同,无显著变化规律。当夹层黏聚力和抗拉强度变化时,同一储气库极限压力基本不变。在上限压力作用下不同储气库的塑性破坏区域发生在腔体顶部盐岩层;而下限压力作用下,夹层破坏区域基本不变,夹层的存在对椭球储气库极限压力影响不明显。     

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。     

盐穴储气库小间距双井造腔参数研究

夹层多、盐层薄是我国盐岩赋存的主要特点。目前，我国普遍采用的单井对流法在造腔速度以及夹层控制等方面存在诸多不足。小井间距双井造腔方法采用大尺寸造腔套管对井直流排卤，具有造腔速度快、建库周期短、盐层利用率高等优点。为了探究该方法中关键造腔参数对腔体建造的影响规律，本文开展了多组造腔物理模型试验，探究了不同双井间距、注水流量下盐穴腔体的拓展规律。结果表明过小的井间距难以使腔体在水平方向充分拓展，过大的井间距会使得腔体形态不规则。在低注水流量下，会导致注水端腔体顶面过高影响腔体稳定性；而在高注水流量下，腔体形态更加规则，但是需要消耗较多能源和淡水资源。可以认为井间距会直接影响腔体最终形态，注水流量会影响腔体两侧的平衡性。本文给出了小间距双井溶腔方法中双井间距、注水流量等关键造腔参数的选取方法，可以为工程应用提供参考。     

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。     

盐岩地下储气库稳定性分析

采用数值模拟的方法,运用FLAC3D分析软件对盐岩地下储气库运行过程中的长期稳定性进行了研究.结果表明:提高内压可以有效减小储库围岩的位移和抑制洞周塑性区的扩展.因此,在储气库运行期间应在储库允许的范围内适当提高其运行压力,尽量缩短其在低压下的运行时间.     

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。     

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。     

盐穴储气库夹层力学简化模型研究

笔者针对盐穴储气库溶腔夹层的受力与破坏特征,运用应用梁的弯曲理论,建立了夹层简化力学模型,并应用该模型进行了求解,得到了夹层剖面内弯曲剪应力和弯曲正应力分量的分布规律,计算结果与应用小挠度薄板弯曲理论计算结果基本一致。但应用本文所建简化力学模型求解时,不依赖于夹层弹性模量和泊松比。研究成果为盐穴储气库溶腔夹层的力学分析提供了一种简单有效的计算方法,方便现场应用。     

钙芒硝盐岩溶蚀的角度效应

为更深入的了解钙芒硝盐岩的溶解特性,促进水溶开采钙芒硝矿和盐穴储气库建造中钙芒硝夹层溶蚀的研究,对钙芒硝盐样以不同倾角在35℃恒温水中进行溶解速率和速度的实验。结果表明:钙芒硝在35℃恒温水中溶解速率和速度具有角度效应;倾角从90°~-90°变化时,溶解速率和速度越来越大,水溶采矿技术开采钙芒硝时应采用有利于上溶和侧溶,自下而上的开采技术;运用MATLAB对数据进行拟合,得出不同溶解角度下钙芒硝溶解速率和速度随时间变化规律的表达式,对水溶开采钙芒硝的相关研究和盐穴储气库夹层的溶蚀具有一定的指导和参考价值。     

岩盐储气库水溶建腔岩盐溶蚀模型研究

为了深入研究岩盐水溶机理及溶腔形状变化规律,在岩盐水溶物理机理研究的基础上,根据物质平衡原理和Fick第一扩散定律,导出了水溶造腔腔体边界变化的动边界方程,建立了完整的岩盐溶蚀数学模型.通过计算机数值求解方法,对岩盐溶腔过程进行了动态模拟研究.结果表明,该岩盐溶蚀数学模型能够有效的反映腔体形状的变化规律,指导储气库水溶建腔.     

群井致裂控制水溶盐矿开采分析及数值模拟

建立了群井致裂控制水溶开采的耦合数学模型,并对上述模型进行了数值模拟。结果表明,由于岩盐溶解的影响,岩盐水力压裂裂缝为距注水井口距离和压裂时间的函数,随裂缝的扩展及裂缝宽度的变化,裂缝中压力在逐步降低并向缝尖转移;由于注、出水井处溶液浓度及岩盐溶解速度的不同,随开采时间的延续,溶腔形状由裂缝形的扁平盘状、过渡为倒盆状、最后逐渐变为一锥形状,该形状有利于保持岩盐溶腔的稳定。理论分析和数值模拟结果表明,群井致裂控制水溶盐矿开采是一项可行的开采技术方法。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

盐岩体储库裂缝流体渗流数值模拟

结合中国地下油气储库建造过程中所出现层状盐岩体问题，建立盐岩体裂缝流体渗流数学模型，并进行了相应的数值模拟。数值模拟结果表明，高压流体裂缝渗透过程中，沿裂缝通道上，流体压力在逐步降低。对于油气等稳定性流体，在裂缝渗流扩展的通道上，盐岩体裂缝呈扇形状张开；对于水溶液来讲，由于盐岩溶解的影响，靠近储库腔体壁附近的裂缝宽度较大，渗透率较高，在整个裂缝通道上，压力降低较慢，扩展距离也远于高压油气流体作用下的情况。结果提示：在盐岩体溶腔油气储库运营过程中，严格控制腔体压力不得大于地层应力及其抗拉强度；同时应控制天然气的采出速率，防止腔体内水合物的生成。以此来避免盐岩体在分层界面的水溶液渗透（流），保持腔体的致密性及稳定性。对中国在盐岩体中油气储库的建造及运行具有十分重要的意义和价值。     

关于地下岩盐溶腔利用的特性研究

岩盐的蠕变、卤水的热膨胀以及卤水的渗漏是影响地下岩盐溶腔长期演变过程的三个主要因素．综述了国外在这三个方面的研究现状，以及国外学者所得到的一些结论．由于我国对岩盐溶解机理、岩盐溶腔的利用以及岩盐溶腔长期演变特性的研究相对薄弱，提出了在地下岩盐溶腔利用的过程中的一些建议．     

注水井压裂调剖设计方法研究

对于低渗透油田 ,主要通过水力压裂提高油水井的增产增注能力 ,区块经过整体压裂改造后 ,水力裂缝参数将对油水井的产量起决定性作用。对于多油层非均质油藏 ,层间差异会导致吸水剖面不均匀 ,影响水驱效率。对需要经过压裂再投注的注水井 ,建立了压裂后预测注水井注入量的数值模型 ,分析了各层注入量与地层物性、裂缝参数和注入压力的关系。研究结果表明 ,通过合理地设计裂缝参数 ,可以减缓层间矛盾 ,改善吸水剖面。现场试验 8口井 ,其中 6口井进行了吸水剖面测试 ,全井达到配注方案的有 4口井 ,说明该方法对多油层非均质油藏注水井的调剖具有一定的应用价值。