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。     

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。     

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。     

岩盐储气库溶腔数学模型研究

对盐岩地层建设地下储气库的溶腔数学模型进行了研究.为了设计和形成稳定的溶腔形态,依据流体力学、化学动力学及物质平衡原理,对水溶建腔机理进行了分析,建立了盐岩溶腔溶质传输-流体流动数学模型;根据流体力学基本原理和对流扩散理论以及物理模拟基本规律,建立盐岩溶解速度方程;并通过数值方法对腔体态进行了模拟研究.结果表明,在合理的工艺条件下,通过盐岩水溶开采可以获得稳定的腔体形态,以满足地下储气库的要求.从而为盐穴储气库的溶腔设计提供理论依据和决策手段.     

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。     

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.     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

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。     

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。     

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.     

平顶山盐岩力学特性及废弃盐腔稳定性分析

为了分析废弃盐腔的稳定性,对平顶山盐矿、盐岩、泥质硬石膏岩样进行单轴和三轴压缩试验以及蠕变试验,获得相应的力学特征。对平顶山盐矿某区压裂井、连通井和单井等建库完成后的腔体稳定性进行了数值模拟。结果表明,盐岩层呈现良好的延性变形特征,含泥质硬石膏岩夹层呈现脆性变形的特征。溶腔形状对腔体位移、应力分析以及稳定性等影响较大,从溶腔废弃开始到运行10a,道1井溶腔的最大位移出现在溶腔顶部靠右侧的位置,D1-2单井溶腔的最大位移出现在溶腔围岩边缘腰部位置,而L3-3压裂井溶腔顶部的位移值过大,溶腔顶部和底部已经坍塌,在泥岩夹层处应力集中现象比较明显。道1井溶腔左上角和右上角位置出现塑性区,D1-2单井溶腔顶部位置出现塑性区,在D1-1和D1-2溶腔群的矿柱之间出现了比较大的应力集中。在储气库运行期间,应该提高储气库的最低运行压力并缩短其在低压下的运行时间。     

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...     

大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演

综合考虑大型地下洞室群施工现场的开挖进度信息、支护进度信息及新出露的地质信息,建立能够实时更新且反映工程实际进度的三维全尺度数值仿真模型,结合均匀设计和人工神经网络技术,基于C#.NET+Python混合编程技术对通用数值软件ABAQUS进行二次开发,提出大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演分析方法。以黄登水电站为例,对其地下洞室群施工期围岩力学参数进行实时反演。结果表明:各施工分期测点计算位移与实测位移随施工期的曲线变化规律一致,实测值与计算值吻合度较高,第五期的平均误差仅为5.5%,得到较好的反演结果,验证了此法的合理性和可操作性。     

盐岩夹层蠕变特性实验研究与理论分析

通过对湖北应城盐岩夹层160 d的单轴压缩蠕变试验研究,可知湖北应城盐岩夹层具有良好的蠕变特性,盐岩夹层蠕变来自两部分,一部分为盐岩蠕变,另一部分来自夹层蠕变,且纯盐岩蠕变率高于夹层,横向应变率大于夹层。根据试验结果,拟合试验曲线得出了盐岩夹层蠕变经验公式,由最小二乘法得到盐岩夹层蠕变经验公式拟合参数;并分析了曲线特征,建立了盐岩夹层蠕变理论模型,得出了盐岩夹层的粘弹塑性本构方程,为盐岩矿床油气储库的稳定性分析提供了依据。     

基于屈服接近度的盐岩储气库多因素优化

利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式,利用盐岩进行地下能源储存也已成为中国能源战略储备的重点部署方向。对于盐岩地下储库群来说,不同的设计、运行方案对地下储库的安全性影响也是不同的。针对该问题研究盐岩储库群的布置形式、矿柱宽度及运行压力对于围岩的稳定性的影响。引入屈服接近度(yield approach index,YAI)的概念,通过大量的数值模拟,以YAI作为定量参数,对比各种不同工况下储库群的围岩稳定性情况,给出盐岩地下储库群的优化布置方案,同时也得到了不同储气压力作用下的腔群稳定性结果。研究成果可为盐岩地下储库的工程设计、建设及运营管理提供有益参考和借鉴。     

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.