盐岩储气库最佳采气速率数值模拟研究

由于已采盐矿存在着大量的采卤溶腔群,对采卤溶腔群进行改造作为天然气储存库使用,能有效缩短储气库的建设周期,并消除采卤溶腔对环境带来的不利影响。基于盐矿地质资料、盐岩的力学试验及本构关系分析,对作为西气东输储气库使用4口采卤溶腔群进行了研究,通过三维数值模拟方法研究了该溶腔群在不同采气速率下盐腔周的应力状态和体积变形规律,并通过分析,对该溶腔群的最佳采气速率得出了有益的结论。     

盐岩储气库注气排卤期剩余可排卤水分析

地下盐穴溶腔注气排卤过程中天然气和卤水共存,排卤管进入到卤水的深度及排卤速率决定了天然气是否会被卤水带出地表,如何调整后期排卤速率,降低排卤过程中带出天然气的风险,是注气排卤过程中的施工技术难题。针对该问题,采用流场分析理论对注气排卤后期盐岩储库腔底流场进行了模拟分析,得到排卤管外壁卤水向下流速;根据天然气气泡在卤水中的运移速率,分析确定了注气排卤后期不同剩余卤水深度下的安全排卤速率,为施工后期注气排卤速率调整提供了技术支撑。     

层状盐岩造腔仿真软件开发及其实用性验证

国内层状盐岩具有夹层多、不溶物含量高等特点,现有造腔软件不能很好地模拟国内层状盐岩水溶造腔过程。基于流体力学和化学动力学等理论,建立能够描述盐岩造腔过程的数学模型,并提出了夹层垮塌判据。结合国内层状盐岩水溶造腔工艺特征,开发出能模拟含夹层盐岩水溶造腔的软件Salt Cavern Builder V1.0。该软件可模拟纯盐岩、多夹层盐岩的水溶造腔过程,能较好地反映出造腔方案在现场造腔过程中每个阶段的实施效果。通过大尺寸型盐造腔相似试验,模拟无夹层和含单一夹层的腔体形状扩展过程。基于相似理论基础,在现场造腔工艺条件下,造腔软件模拟出的结果与试验得到的结果接近,验证了该软件的实用性。     

平顶山地下盐穴储气库泥岩夹层稳定性评价

泥岩夹层在盐溶建腔阶段难以被溶蚀,盐层溶采后仍赋存于腔内。针对平顶山地下储气库在储气运行阶段,未被溶 蚀的夹层因岩体流变性出现垮塌而影响储气库安全运行的难题,提出一种基于夹层垮塌时间的稳定性评价方法。首先,根 据弹性板壳理论建立夹层力学模型,解得夹层局部破坏的极限应变;其次,根据夹层岩样蠕变实验,建立蠕变本构模型。 最后,结合夹层力学模型与蠕变本构模型,建立垮塌时间计算模型,并利用基于PSO 算法的Matlab 程序对平顶山储气库夹 层不同预设厚度的垮塌时间值计算,对临界垮塌厚度值进行反演计算。结果表明：随夹层厚度增加,其计算垮塌时间增 大,夹层稳定性提高;厚度相同的夹层,其跨径越大,计算垮塌时间值越小,计算临界垮塌厚度值越大,即稳定性越差; 对小于临界垮塌厚度的夹层,其在设计使用年限内垮塌失稳风险较高,反之则垮塌失稳风险较小。     

盐岩地下储气库泥岩夹层分布与组构特性研究

以江苏金坛地下盐岩储气库为例,在区域地质与场地工程地质条件分析的基础上,通过盐岩及夹层分布与岩性分析、泥岩夹层全岩X光衍射试验、黏土矿物X光衍射试验及定量分析、泥岩夹层的粒度试验、崩解试验及水理试验研究表明,金坛地下储气库岩盐层夹层主要为层间夹层与层内夹层,盐岩层间夹层分布稳定,厚度较大,不溶物含量高;盐岩层内夹层层数多,厚度薄,分布不均,不溶物含量低。盐岩层间泥岩夹层的主要矿物为黏土矿物,黏土矿物的主要存在形式为伊利石/蒙脱石混成矿物;泥岩夹层主要为细粒颗粒;泥岩夹层沿层理面崩解,层状开裂软化,具有微膨胀性。对于储库水溶建腔速度、成腔形状与运营期的腔体蠕变具有重要影响。     

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。     

中国东部岩盐矿区建造盐穴储气库地质条件分析

中国东部岩盐层与其它岩石频繁互层。从建造储气盐穴是否有利出发,根据含盐段岩盐层夹层的不同将剖面结构类型分为三类:第1类夹层以可溶性盐类——钙芒硝及泥岩为主,该类较易建造盐穴;第2类型夹层以碎屑岩(泥岩、粉砂岩)为主,含少量易溶盐类,该类建造盐穴条件一般;第3类型夹层以石膏、硬石膏为主,含泥、砂岩,该类难以建造盐穴。在中国东部诸多盐矿区中,江苏金坛建造盐穴条件较好,易于建造盐穴。而江苏淮安、湖南衡阳、湖北潜江、河南舞阳等盆地条件较差,但在这些矿区中,选择盐层厚度相对较大,夹层较薄、水不溶物质含量较低的地段,亦可建造储气盐穴。     

浅谈卤（盐）井技术割管施工技术

通过卤(盐)井的维修施工,消除各种井内故障,恢复生产能力,使卤(盐)井达到设计开采量,同时也能最大程度利用地下宝贵的资源。技术割管在卤(盐)井可将悬挂在溶腔内的技术管按设计要求割断,并掉入溶腔,从而实现卤(盐)井的第二梯度开采;对对接井而言,则可排除溶腔内堆积的沉淀物对直井的不利影响,实现斜井进水直井出卤开采方式,最大程度地满足正常的卤(盐)开采运行模式。我单位经多年的工程实践,已形成了较合理有效的卤(盐)井维修施工工艺,现介绍卤(盐)井割管维修施工中一些关键工艺和施工经验。     

陕北奥陶纪岩盐资源及开采工艺

陕西及周边的山西、宁夏等省区均为缺盐省,开发陕北盐田对促进该区域经济发展具有重要的经济和社会意义。陕北岩盐矿床位于鄂尔多斯盆地中东部,以米脂凹陷为古地理背景的陕北盐盆。盐盆从西南向东北方向收缩,以马家沟五期沉降幅度最大,成盐性最好。从矿层稳定性和构造复杂程度、开采条件等方面比照类似的四川威西、合川、长宁、川东等盐矿,陕北岩盐矿均简单,且不溶残渣湿体膨胀率4.12%～6.17%,故选用斜井-水平对接井组连通水溶开采法。水溶开采工艺主要包括钻井工程、采卤工艺、输卤和回卤工艺等,建议主注水井为直井,主出卤井为水平井,输卤、回卤等各管路均须选用经防腐处理的热轧无缝钢管,埋地敷设于冻土层以下。     

基于改进的Mogi模型对樟树盐矿采空区地面沉降的分析

樟树现代医药物流中心项目区周边采卤井引发的地面沉降是关系到项目区能否投入建设的关键问题。Mogi模型是基于半无限空间弹性理论的地面沉降预测模型,而盐矿采空区地表沉降变形的主要诱因是地下腔体体积的蠕变收缩,通过引入稳态蠕变阶段盐溶腔体积收缩解析解,对Mogi模型进行改进,并应用于项目区的地面沉降预测,利用沉降叠加的方法获得采卤井群诱发地面沉降发展趋势。结果显示：樟树医药物流中心周边卤井群蠕变引发的地面沉降及地面倾斜均在地基基础设计规范要求范围内;随着与井群距离的增大,项目区内地面倾斜呈现先增大后变小的趋势。同时,利用改进的Mogi模型得到的地面沉降和地面倾斜与相同条件下数值模拟沉降结果有着良好的相似,改进的Mogi模型为盐矿采空区及盐穴储气库的地面沉降分析提供了一种准确、快速的方法。     

Softening model for failure analysis of insoluble interlayers during salt cavern leaching for natural gas storage

Failure analyses of the insoluble interlayers are critical for a salt cavern leaching for natural gas storage. In this study, a series of brine immersion tests was carried out to investigate the softening laws of the mechanical characteristics of an argillaceous anhydrite interlayer. The test results show that brine immersion decreases the mechanical strength of the interlayer. A softening depth model of the interlayer specimens was developed based on the experimental results. This model was used to establish a mathematical model of the softening of an overhanging interlayer in a salt cavern during leaching. The softening model can predict the softening scope and the residual strength of the interlayer in different softening zones at different leaching times. The model was integrated with a numerical simulation to analyze the characteristics of failure of an overhanging interlayer. It was found that the interlayer tends to fail when the brine immersion time reaches a certain value in the simulation. Finally, the influence of environmental and artificial factors on the softening laws of the insoluble interlayer was discussed. It was found that the matrix structure and soluble components of the interlayer are two significant environmental factors and the brine immersion time is the key artificial factor. Therefore, the failure of an interlayer can be controlled by adjusting the brine immersion time during leaching a salt cavern.     

地下盐穴储气库泄漏原因及防治措施研究

良好的密闭性能是盐穴储气库安全运营的基本前提,但地质赋存条件复杂、建库实践不足、理论体系不完备等均会导致盐腔遭遇各类泄漏风险。根据国内外的工程实践及事故统计,再结合盐穴储库特有的工程地质条件和运行工况,总结出三大泄漏因素（地质因素、工程因素、人为失误）和4种泄漏类型。地下盐穴储气库潜在的泄漏类型有夹层密闭性不足引起的气体近水平漏失、盖层被突破失效致使气体上窜、井筒完整性不足致使气体逃逸、夹层与断层连通致使气体流向断层。最终,依据各自的泄漏特征提出了相应的预防处置措施,以防止气体泄漏事故的发生和大范围的蔓延。由于我国盐穴储库的发展暂时处于上升期,研究结果对深部盐穴储气库的安全建设具有一定的借鉴和指导意义。     

多夹层盐矿地下储气库气体渗漏评价方法

我国盐穴地下储气库一般建设于富含泥质夹层的湖相沉积盐岩中,由于泥质夹层的孔隙率和渗透率均大于盐岩,因此其渗透性能对储气库的密闭性起控制作用。夹层的沉积特性一般沿水平展布,据此建立多夹层盐穴储气库渗漏分析理论模型。依据某储气库泥岩夹层的孔渗测试数据,并结合实际运行参数进行天然气渗漏计算。再利用以上研究成果分析气体渗漏范围和泄漏量的影响因素及变化规律,并对储气库选址及设计中的几个关键参数展开适用性评价,如储库离盐矿边界及断层的安全距离、相邻储气库安全矿柱宽度等。研究表明：泥质夹层孔隙压力的变化趋势表现为沿径向先急剧降低,而后趋于稳定;某时刻气体渗流范围和泄漏量由夹层渗透参数、渗透介质以及初始孔隙压力共同决定;渗流的影响范围随着时间的增加而逐渐增大,最终也趋于稳定。研究结果可为多夹层盐穴储气库选址、设计及密封性评价提供理论和技术支撑。     

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。     

岩盐中不溶物含量对储气库腔体有效空间大小的影响

主要研究了岩盐不溶物含量对岩盐储气库水溶建腔有效空间大小的影响。根据水溶建腔机理,建立岩盐储气库水溶建腔数学模型,通过岩盐溶腔数学模型,分别对岩盐中不溶物含量不同的地层条件下,岩盐储气库水溶建腔进行动态模拟数值计算,综合分析岩盐中不溶物含量对岩盐储气库水溶建腔的影响规律。     

A semi‐analytical approach for modelling heat transfer during salt‐cavern leaching process

The use of gas‐storage caverns in salt formations is a growing industry that continues to gain momentum because it allows gas to be injected and withdrawn at high rates compared with other underground gas‐storage systems such as porous rock systems. In order to predict cavern production performances, cavern thermodynamics behaviour must be studied by higher accuracy approaches. This behaviour is extremely related to the temperature distribution in the surrounding formations. During the leaching process, the thermal equilibrium of the rock salt surrounding the cavern is extensively disrupted. The purpose of this paper is to study the heat transfer problem during the leaching process and to develop a thermal model that can be easily used in field applications. The results of this work will be the input data for the prediction of the gas temperature and pressure during cavern gas‐storage operation phase. Moreover, the developed model can find its use in the design of salt caverns since it can be coupled with geometrical modelling of salt dissolution codes. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

层状盐岩储库长期运行腔体围岩流变破坏及渗透现象研究

通过热力耦合作用下层状盐岩流变实验研究可知,层状盐岩内部各层之间由于蠕变率不同变形不协调,导致层状盐岩体内多重剪切破坏,层间流变破坏后呈网格状,孔隙、裂隙增多,渗透率比未扰动时提高5个数量级,储库长期运行腔体围岩流变破坏后天然气必然发生泄漏。同时,层状盐岩流变破坏后气体渗透实验表明,其渗透率与有效体积应力关系为 。基于裂隙介质,建立了层状盐岩储库长期运行腔体围岩流变破坏后渗透特性数学模型,并对金坛天然气储库长期运行腔体围岩渗透特性进行了数值模拟,结果表明:由流变破坏造成的盐岩与夹层交接面处产生的裂隙是气体渗透的主通道,具有较强的导气能力,夹层内部气体渗透滞后于层间裂隙气压,渗透速度随时间的延长逐渐减小,最后达到稳定状态。所以,高盐分泥岩夹层对天然气储库长期运行腔体围岩的渗透特性具有很大影响,确定合理的运行压力是保证天然气储库不发生渗漏的必要条件,为我国盐岩溶腔储库长期运行腔体围岩天然气渗漏现象研究提供一些参考依据。     

Analysis of the behavior of large underground oil storage caverns in salt rock

The storage of petroleum products above ground surface has many constraints and limitations. A viable alternative is to excavate large underground spaces in rock to provide a safer way for oil storage. Soft rock formations such as salt domes provide suitable conditions from environmental and operational aspects. The potential for high volume storage and low permeability are among advantages of oil storage in caverns excavated in salt rocks. The complicated shape of oil storage caverns, complex behavior of salt rock, and boundary conditions associated with large underground openings are major challenges in the design of salt caverns excavated for oil storage purposes. In this study, the deformation mechanism and stability of salt caverns were investigated. A comprehensive 3D numerical study was carried out to investigate the effects of cavern size and depth, salt rock deformation modulus, and ground in‐situ stress regime on the behavior of large salt caverns. The stress field and deformation mechanisms were studied numerically aiming at shedding lights into the design aspects of salt caverns for oil storage. The analysis results show that the cavern safety factor is reduced as a function of cavern depth and storage volume. Also, with decrease in k (ratio of horizontal to vertical in‐situ stress), the stability of salt caverns will increase; however, with increase in salt rock young modulus, the sensitivity of cavern stability to k ratio is reduced. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.