深层盐穴储气库造腔及注采技术分析

针对深盐层盐穴储气库造腔及注采过程中常见的造腔管柱弯曲、井筒遇阻等现场施工问题,提出深层盐穴储气库建库的井身质量要求、造腔管柱及配套设施、注气排卤管柱组合以及注采压力确定技术方案。深盐层储气库造腔及注采现场施工过程中,应采取加强设计及施工措施论证、造腔及注采施工监督、严格控制井斜、造大底部腔体等技术措施,规范深层盐穴储气库建库现场施工。     

地下储气库冬季调峰双目标优化模型

城市冬季天然气的消耗量决定了天然气地下储气库的动态采出量．由于储库地质构造的非均质性以及储层存储和传输流体能力的不同，若库内各单井的采出量不合理，可能导致局部压力降过大，降低储层原有的渗流特性，使岩石骨架上覆压力增高过猛，底水锥进．通过所建立的天然气地下储气库注采动态数学模型，分别以储库最大采气量和最小地层压降为目标函数，以库内各井采出量为优化运行变量，并建立相应约束条件，利用系统动态模拟与多目标优化方法相结合，在各个单目标优化计算结果的基础上，对系统进行多目标优化计算，建立了储库冬季的最佳运行模式．实例计算表明：多目标优化结果综合了储库运行过程的各种要求，比单目标优化更经济合理，为实际地下储气库优化运行提供了理论分析依据．     

盐穴储气库双井造腔技术现状及难点分析

目前我国在盐层建库主要采用单井溶腔技术,但常用的单井溶腔技术无论在造腔体积、建库周期等方面均已不能满足我国盐穴储气库建设日益增加的需求,而盐穴储气库双井溶腔技术具有增大注水排量、降低能耗、增大腔体体积、缩短建库周期等优点,因此在综合分析国外盐穴储气库双井溶腔技术及难点的基础上,指出腔体形态设计与控制、腔体形态监测与工艺参数优化等是国内盐穴储气库双井溶腔技术存在的主要问题,并提出了相应的解决措施。     

盐穴储气库光纤测试技术探讨

光纤油水界面监测系统是一种在盐穴型地下储气库溶腔过程中对井下油水界面位置进行实时监测的系统,能根据不同介质对温度感知程度的不同来测定界面位置。地面试验数据表明,该系统能够准确识别盐穴型地下储气库在溶腔过程中油水界面的变化情况,具有测量方式简单,测量准确等优点,为将来大型盐穴型地下储气库的建造奠定基础。     

周期性荷载作用下盐岩储气库长期变形特性研究

为了研究周期性荷载作用下盐岩储气库的长期变形特性,采用FLAC3D数值计算方法,模拟了5 a后湖北云应地区盐矿ZK1099盐腔在周期性注采压力(最大值13 MPa,最小值7 MPa)下的运行情况.模拟结果表明,储气库利用率不仅降低,而且在周期性荷载作用下盐岩围岩不断劣化,主要表现在塑性区不断加深且有可能出现接触面滑移.结果可为该盐腔的安全、稳定运行提供依据并可为同类型盐腔设计提供参考.     

小井间距双井溶腔长期稳定性研究

小井间距双井水溶造腔技术是一种较为新颖的盐穴储气库建造方法,其溶腔形状与单井有较大区别。基于数值分析的方法,对小井间距双井水溶造腔技术下的溶腔长期稳定性进行研究。研究结果表明:运行30 a后的腔体体积收缩率、腔顶沉降量以及塑性区体积都在安全范围之内,小井间距双井溶腔可用作地下储气库。在内压周期性变化条件下,相同时间内其周期数量越多,则腔体低压连续运行的时间越短,腔体的体积收缩率、腔顶的沉降量越小。     

江汉盐穴储气库密封测试方法研究

盐穴井筒及腔体的密封性决定了盐穴能否储存天然气,还关系到储气库能否安全运行。通过对国外盐穴储气库密封性检测及评价技术的调研,以及对盐穴储气库密封性影响主要因素的分析,提出了适合江汉盐穴储气库的气体泄漏测试方法及评价标准。     

盐穴储气库造腔油水界面深度实时检测技术

结合盐穴储气库造腔的特点,围绕造腔设计的腔体目标和实施工艺,提出对注油管、采卤管的井口压力和密度进行实时监测,利用监测的数据进行数学建模,以计算出造腔过程中油水界面实时深度。现场应用表明,采用该方法计算得到的油水界面实时深度误差可控制在±5m,在一定程度上满足了储气井造腔阶段油水界面监测需要,也为盐穴储气库造腔过程中的油水界面深度实时监测提供了一种辅助方法。     

深层盐穴储气库造腔管柱损坏机理研究

在盐穴储气库的溶腔过程中,造腔管柱经常会发生严重的弯曲和损坏,有必要针对此现象进行造腔管柱损坏机理研究。通过调研国内外盐穴地下储气库的造腔管柱损坏案例,着重分析临界流速和动力失稳的2种模型。通过研究,认为在实际注入速度下造腔管柱必然发生振动失稳,同时管柱的轴向力及温度的影响会导致管柱发生轴向应力、应变,这是管柱发生屈曲的主要原因之一。     

层次分析法在盐穴储气库造腔效率评价中的应用

以造腔成本、造腔时间、造腔体积、卤水浓度达标率和腔体稳定性5个经济指标为研究对象,采用层次分析法对盐穴储气库造腔效率进行评价。实例表明,提出的造腔指标可操作性较好,应用层次分析法能对盐穴储气库造腔效率进行评价,从而优选最佳造腔方案,指导现场施工。     

Dynamic simulation research on injection and withdrawal performance of underground salt cavern natural gas storage

Owing to perfect impermeability,dynamics stability,flexible and efficient operation mode and strong adjustment,underground salt cavern natural gas storage is especially adapted to be used for short-term dispatch.Based on characteristics of gas flow and heat transfer,dynamic mathematic models were built to simulate the injection and withdrawal performance of underground salt cavern gas storage.Temperature and pressure variations of natural gas in gas storage were simulated on the basis of building models during withdrawal operation,and factors affecting on the operation of gas storage were also analyzed.Therefore,these models can provide theore-tic foundation and technology support for the design,building and operation of salt cavern gas storage.     

内压对含软弱夹层盐岩储库稳定性影响的研究

通过建立含不同夹层厚度的圆柱形储库单腔三维模型,考虑不同恒压作用下长期蠕变,从腔体收缩率,围岩塑性区及位移矢量分布角度,分析运行内压对含软泥夹层盐岩腔体稳定性的影响。结果表明,腔体维持较高的运行压力,能有效减少腔体收缩,腔周塑性区及位移矢量发展,有利于腔体稳定。另外软泥夹层厚度在一定范围内增长对腔体的稳定性影响不太,在高内压作用下甚至可以忽略,这一结果对含软弱夹层层状盐岩腔体模型简化具有一定的指导意义。     

Experimental salt cavern in offshore ultra-deep water and well design evaluation for CO_2 abatement

This paper presents a proposal for an experimental salt cavern in offshore ultra-deep water for CO_2 abatement, including the instrumentation plan and well conceptual design evaluated for carbon capture and storage(CCS) application. These studies are based on applied computational mechanics associated with field experimentation that has contributed to the technical feasibility of the underground potash mine at the State of Sergipe in Brazil. This knowhow allowed the stability analysis of several salt caverns for brine production at the State of Alagoas in Brazil and to the drilling through stratified thick layers of salt of the pre-salt reservoirs in Santos Basin. Now, this knowledge has been applied in the design of onshore and offshore salt caverns opened by dissolution for storage of natural gas and CO_2. The geomechanical study,through the application of computational mechanics, of offshore giant salt caverns of 450 m high by150 m in diameter, shows that one cavern can store about 4 billion Sm~3 or 7.2 million tons of CO_2.Before the construction of the giant cavern, which will be the first gas storage offshore in the world, it has been decided to develop an experimental one, with smaller size, to obtained field parameters. The experimental cavern will allow the calibration of parameters to be used in the structural integrity analysis of the cavern and well for storage of natural gas which is rich in CO_2 under high pressure.     

压力失控条件下盐岩储气库腔内压降规律解析

盐岩储气库在极端条件下压力失控工况的分析对储库运营安全控制有重要意义。基于理想气体1维定常流动理论,引入时间变量分别建立了井管管壁无摩擦和有摩擦两种情形下储库溶腔内部压力随时间变化的数学模型,用分离变量法求出井喷失控状态下储库腔内压力变化的解析表达式,并通过实验进行了对比验证。分析表明,盐岩储库腔压降时程曲线呈指数型衰...     

双井水平盐腔恒定内压的天然气储库

盐岩是国际公认的能源储存理想介质。中国盐岩呈层状分布并具有单层厚度薄、杂质含量高、含有众多不可溶夹层的特点,故地下能源储库更宜采用水平腔体形式。为保证水平盐腔的运营安全且实现整个候选场址能源储库总容积的最大化,提出双井水平盐腔恒定内压的储气库形式,即在水平腔体中对称均匀设置两口井,分别用于注采天然气和卤水,并保持运营过程中腔体内气压为恒定最大值。根据金坛盐岩实际地质构造及岩石力学参数,使用FLAC^3D有限差分软件,建立双井水平盐腔恒定内压储气库模型进行数值模拟,从稳定性、密闭性、可使用性和井喷分析4个方面研究其长期运营的可行性和安全性;另设置对照组模拟传统腔体的工作状态,与其进行对比。结果表明：双井水平盐腔恒定内压储气库满足长期运营安全性等各方面的要求,且其性能明显优于传统储气库;此外,该储气库形式还具有经济、灵活、调峰能力强,能很好地应对井喷,相同容积造价低,能充分利用盐层密集建腔等诸多优点,是适合中国盐岩特点的储气库形式。     

基于离散裂隙网络法的地下石油洞库洞室间水封性评价

为研究地下水封石油洞库洞室间水封性,依托黄岛地下水封石油洞库工程,采用离散裂隙网络法进行了7个不同工况的分析,分别获得了在不同水幕压力、洞室间液面差、洞室间距和裂隙倾角条件下的地下水头分布和流体渗流情况。研究结果表明:水幕压力增大、洞室间液面差减小与洞室间距增大均会改善洞库水封性;裂隙网络中裂隙倾角的变化会影响围岩的渗透张量,从而改变裂隙网络中地下水的渗流路径,继而影响地下水封石油洞库洞室间水封性;仅靠增加水幕系统压力并不能保证洞室间水封性,地下水封石油洞库相邻洞室水封设计应综合考虑储油情况、洞室间距、裂隙倾角等因素。     

含水层型地下储库惰性气体作垫层气数值模拟

以廉价的惰性气体代替天然气作为含水层型地下储气库垫层气时,不同气体之间的相互掺混会影响回采气的质量,因此,确定储库内气体浓度动态分布情况非常重要.通过建立气水渗流模型及气体扩散模型,采用有限元法,对封闭边界条件储库的建库及工业运行过程进行模拟,分别对单井注氮单井注采天然气及从边缘井注氮中心井注采天然气这两种情况下,储库压力、含水饱和度、气体浓度的动态变化情况进行分析.单井情况下,停止回采时,回采气中氮气浓度达9.665%,说明由于对流及扩散作用,氮气与天然气存在一定程度的混合.多井情况下,停止回采时,氮气浓度只有0.094%,说明多井注采可以有效抑制天然气与氮气的混合.     

大型地下水封石油洞库围岩完整性、变形和稳定性分析

围岩完整性、变形和稳定性对地下水封石油洞库建造具有至关重要的影响。以我国首个在建的大型不衬砌地下水封石油储备库项目为背景,运用弹塑性理论,在室内岩石三轴试验基础上,研究了花岗岩地层大型不衬砌地下水封石油洞库围岩的完整性以及变形和稳定性。研究表明:岩石的完整性从剪胀出现开始受到破坏,采用剪胀起始点对应摩擦角可对地下工程围岩开挖松动区进行估算;该大型地下水封石油洞库洞室开挖松动区范围从0~15.6m不等,且与埋深成正比;由于开挖过程中应力路径与剪胀线关系不同,各洞室间中墙完整性变化趋势存在差异;洞壁围岩位移方向与山丘地表走势相关,拱顶沉降和水平收敛值在8~45mm之间;在洞室底板位置出现了拉应力区,在洞库两侧边墙下端和起拱处出现高剪应力区,在开挖过程中可能出现局部破坏现象。     

夏季天然气地下储气库的优化运行分析

由于储库地质构造的非均质性以及储层存储和传输流体能力的不同，若库内并的注入量不合理，可能导致压缩机消耗功率过大，甚至局部压力升高过快，使天然气溢失甚至发生危险，通过建立水驱气藏型天然气地下储气库的注采动态数学模型，确定出储库注气时的压力、含水饱和度变化的动态特征，以储库压缩机站的功率最小消耗量为目标函数，以给定时间内城市剩余天然气总额和注入时各单井压力、含水饱和度的限制为约束条件，来确定库内各单井的最佳注入量，编制出夏季储库最优运行方案，为实际地下储气库注气过程的优化运行提供理论依据。