中国石化枯竭气藏型储气库注采技术及发展建议

经长输管线输送的天然气注入到地下空间而形成的人工气藏称为地下储气库。国内外现有储气库大多数是枯竭气藏型地下储气库。中国石化储气库建设起步较晚,基础较为薄弱,同时与国内外已建成储气库相比,中石化储气库建设面临的地质条件和注采工况也较为复杂。以中国在建最大储气库项目中原文23储气库为例,其复杂地质条件以及面临的"快瞬变非稳态增压"注采难题需要进行专门研究。分析了目前中石化枯竭型气藏储气库建库现状,提出了建库技术挑战,总结了现阶段取得的注采关键技术研究成果,通过分析中国石化枯竭气藏型储气库注采技术研究现状和最新进展,提出了国产化技术完善、智能化注采营运、一体化模拟实验室的建设等方面的发展建议和要求,为持续加强规模化储气库群建设的支持提供参考。     

天然气能源在地下储气库的存储及利用

地下储气库对调节冬夏季节天然气供需矛盾,保障用户需求、优化集输系统功能有重要作用。在对地下储气库概念及原理进行阐述的基础上,系统地给出了地下储气库的研究设计模式,提出了建立地下储气库应具备的首要条件,同时对地下储气库设计过程中应重点解决的问题及指标设计进行了详细论述。通过大港油区地下储气库地质方案设计的探索实践,证实了所提出的设计及评价方法的可行性。     

调峰地下含水层储气库库址优选定量决策方法

含水层地下储气库和枯竭油气藏地下储气库是国外地下储气库的重要类型, 我国油气藏主要富集在陆相地层中, 油气藏的规模比较小, 利用枯竭油气藏建造地下储气库的潜力受到一定的限制, 而在古生界海相沉积地层中寻找含水层圈闭进行天然气储气库建设, 有望建立起规模巨大的含水层地下天然气储气库, 与国外经验不同的是, 在我国含水层中建设地下储气库与枯竭油气藏地下天然气储气库相比, 成为更为有利的选项.针对调峰地下含水层储气库库址优选问题, 引入气藏工程方法, 在考虑天然气消费调峰需求、含水地层渗透性、埋深、圈闭规模、钻井费用和压缩机费用等因素的基础上, 建立单井注/采气量、注/采气井数的压气机功率的联立方程, 求解单个含水层圈闭建库的最优投资额, 进而根据不同含水层圈闭建库的折算费用差额和投资回收期, 优选最有利的含水层圈闭作为进一步评价的对象, 使含水层储气库库址的优选建立在定量评价和决策的基础上, 为我国大规模开展含水层储气库建设提供技术支持.      

地下储气库评价设计方法及应用

地下储气库对调节冬夏季节天然气供需矛盾，保障用户需求、优化集输系统功能有重要作用。在对地下储气库概念及原理进行阐述的基础上，提出了建立地下储气库应具备的首要条件，同时对地下储气库设计过程中应重点解决的回顾及指标设计进行了详细论述。通过建设实践，证实了文中提出的设计及评价方法的可靠性。     

地下储气库地应力模拟研究与地质完整性评估——以相国寺为例

为保障国家调峰保供需求,目前相国寺地下储气库(以下简称储气库)提出并正在进行扩压增量工程,为有效指导储气库运行上限压力优化,同时确保储气库长期安全运行,亟需对相国寺储气库开展地质体完整性评估。综合地质、地震、测井、动态监测资料以及各类室内岩芯实验数据,建立相国寺储气库三维静态及四维地质力学模型,分析了储气库地质体地质力学特征,分别对不同气藏孔隙压力特征下的盖层、底托层、断层稳定性进行应力应变模拟及评估。结果表明:梁山组盖层以及韩家店组底托层在储气库运行过程中产生的地层形变量小;5条控藏断层在储气库前期运行及现今注采条件下没有断层活化风险;模拟储气库注入压力高于原始气藏压力6 MPa时,储气库地质体完整性存在失稳风险。研究成果精细定量化评估了储气库在动态应力场影响下的运行安全,对优化储气库运行方案具有重要的指导意义。      

枯竭气藏型储气库中地质力学问题浅谈

枯竭气藏改建地下储气库具有地层构造已知、建库周期短、投资费用小等优点,但其对密封性及地质条件要求高,潜在的地质力学问题较其它种类储气库要复杂得多。本文总结了枯竭气藏型储气库建设和运行中所面临的地质力学问题及其研究现状,并就H储气库存在的循环注采诱发应力场变化导致地表形变及断层活化的地质力学问题,提出采用区域地震事件研究、地质力学分析以及地质力学耦合建模相结合的思路与方案进行研究,所得结果有利于确定储气库安全运行压力范围,为储气库库容建设提供重要参考。     

含水层地下储气库参数优化问题分析

讨论了灰色物元法在含水层储气库参数优化问题中的应用。天然气地下储气库的建造是一项大型、复杂、具有多目标性的工程项目,包括固定资产投资、钻井、修井、注采气工艺完善、地面建设等,需要上亿元的投资,因此其方案的确定,事关重大,必须在建设前期进行充分的技术和工程论证。地下储气库设计方案的优选需要考虑使用功能、技术性、经济性、安全性、环境影响等诸方面的效果进行综合论证,来确定最优方案。由于确定地下储气库优化设计指标类型的多样性,不相容性,且其量纲也不尽相同,甚至有些指标只能是定性描述的非量化灰数,这就导致地下储气库建造设计方案的优选是属灰色系统问题。利用灰色物元分析法优选储气库参数,可以使储气库的参数设计达到最佳。     

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。     

焦家断裂带上朱郭李家矿区地质环境现状与趋势分析

位于焦家断裂成矿带上的朱郭李家矿山建设规模为大型,矿区地质环境条件较为复杂,矿山开采对矿山地质环境的影响主要是对土地、植被资源以及地下含水层的破坏。借鉴周边同类生产矿山对成矿带区域地质环境的影响,对朱郭李家矿区地质环境现状和发展趋势进行了分析研究,为投产后的朱郭李家矿区,乃至焦家断裂成矿带区域地质环境地质保护与治理提供依据。     

压缩空气地质储能研究现状及工程案例分析

压缩空气地质储能可为大规模部署风能、太阳能等间歇性清洁能源提供灵活、高效的储能方案,从而促进能源结构转型,加快碳达峰、碳中和战略目标的实现。在介绍压缩空气地质储能概念与分类的基础上,从理论分析、技术方法、经济成本等方面总结了该领域的研究现状与发展趋势,详细叙述了利用盐腔、含水层、枯竭油气田作为储气库的典型储能工程案例及关键参数与经验,分析了压缩空气地质储能在我国的应用前景和不同储气库的特性及其关键影响因素,指出不同类型储气库地质储能的适宜条件,为促进清洁能源可持续开发利用提供科学参考。     

长江经济带岩盐矿特征与盐穴储库适宜性评价

长江经济带包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川、重庆、云南和贵州11个省(直辖市),是我国重要的经济发展区域,油气资源长期安全可靠的储存对于该区经济可持续发展至关重要。基于长江经济带战略油气储库基地建设规划布局的需求,在充分收集利用前人地质调查和研究成果的基础上,对区内岩盐矿床进行了综合研究和分析,建立了层次结构模型,评价了盐穴油气储库建设的可行性。长江经济带除上海和贵州外,其余9省(直辖市)均发现了大量的岩盐矿床,主要成盐时代为震旦纪、三叠纪、白垩纪和古近纪; 成盐盆地范围0.29~10 000 km²,盐层累计厚度3~1 050 m,矿体埋藏深度40~3 400 m; 矿石中NaCl含量20%~99.86%; 矿体顶底板及夹层岩石主要为泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩。地质调查揭示出区内大部分地下盐穴远离地震活动带,构造稳定,因此可以改造为石油储库。考虑储气库的密闭性及安全性,江苏金坛盆地等6个盐矿埋深适中,建穴地质条件较好,适合建造储气盐穴库; 江苏淮安等14个盆地的局部地区适合建造天然气储库; 重庆垫江等11个盐矿埋深较大,可以建造储气盐穴库,但建造成本较高; 湖南澧县等21个盐矿埋藏偏浅,应选择更深部的盐层空间建造油气储库。建议在江苏金坛、淮安、赵集和丰县,江西清江和会昌,湖北云应、天门小板和潜江等盐矿地区优先开发利用盐穴。     

长江经济带岩盐矿特征与盐穴储库适宜性评价

长江经济带包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川、重庆、云南和贵州11个省(直辖市),是我国重要的经济发展区域,油气资源长期安全可靠的储存对于该区经济可持续发展至关重要。基于长江经济带战略油气储库基地建设规划布局的需求,在充分收集利用前人地质调查和研究成果的基础上,对区内岩盐矿床进行了综合研究和分析,建立了层次结构模型,评价了盐穴油气储库建设的可行性。长江经济带除上海和贵州外,其余9省(直辖市)均发现了大量的岩盐矿床,主要成盐时代为震旦纪、三叠纪、白垩纪和古近纪; 成盐盆地范围0.29~10 000 km²,盐层累计厚度3~1 050 m,矿体埋藏深度40~3 400 m; 矿石中NaCl含量20%~99.86%; 矿体顶底板及夹层岩石主要为泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩。地质调查揭示出区内大部分地下盐穴远离地震活动带,构造稳定,因此可以改造为石油储库。考虑储气库的密闭性及安全性,江苏金坛盆地等6个盐矿埋深适中,建穴地质条件较好,适合建造储气盐穴库; 江苏淮安等14个盆地的局部地区适合建造天然气储库; 重庆垫江等11个盐矿埋深较大,可以建造储气盐穴库,但建造成本较高; 湖南澧县等21个盐矿埋藏偏浅,应选择更深部的盐层空间建造油气储库。建议在江苏金坛、淮安、赵集和丰县,江西清江和会昌,湖北云应、天门小板和潜江等盐矿地区优先开发利用盐穴。     

薄层状盐岩地下储气库工程地质条件及可行性分析

地下盐穴储气库安全性是蓄气运行的关键地质问题.针对平顶山盐田盐层薄、夹层多以及埋藏深等特征,从薄层状盐岩的渗透性、流变性以及稳定性3个方面,详细讨论了储气库的地质可储性及地面沉降问题.首先采集了纯盐岩、互层状盐岩、泥岩夹层3种岩石试样,分别进行了电镜扫描和不同应力水平下的三轴压缩蠕变试验,并应用CYT法对试验区进行了深部盐岩溶腔的探测.鉴于试验区多个采井影响区的重叠,地面沉降量实际监测结果比较复杂,绝对值偏小但具有波动性.综合上述地质特征,作出了平顶山地下盐穴储气库地质条件良好的结论,为我国同类工程提供一定的实际参考.     

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。     

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。     

阜新煤田煤层气开发选区研究

阜新煤田煤层瓦斯含量高,预测煤层气资源量达1 36.91× 108m3,是我国煤层气开发的重要选区之一。本文分析了阜新矿区煤田地质特征,深入研究了各分区内各煤层中影响煤层气生成、储集和运移的地质因素,提出刘家-王营子区是阜新煤田煤层气开发的最佳选区。      

宁东矿区瓦斯风化带内的瓦斯异常分析

在瓦斯风化带内开采煤层,瓦斯一般不会对生产构成主要威胁,但笔者在宁东矿区某矿瓦斯风化带内施工地质检查孔时却发现了高浓度的甲烷气体。通过区域地质分析和工程探测研究,发现该区域因受地质构造影响,在顶板砂岩中有游离瓦斯聚集,经过针对性钻孔抽采,3个月抽采了近200万m3的纯瓦斯。这说明在封闭条件下的瓦斯风化带内,仍可能出现瓦斯集中赋存的区域。      

浅谈定远盐矿建井施工技术

水溶法是井矿盐开采的主要方法,建井在井矿盐开采中起着关键作用;根据本矿区的地质条件、钻采方式、井身结构、技术措施等因素,我单位已形成了较合理有效的卤(井)井钻井施工工艺,现介绍卤(盐)井钻井施工中一些关健工艺和施工经验。     

多夹层盐矿水采沉渣空隙特征与储气能力评价

在低品位、多夹层盐矿地层中建设地下储库,利用水采溶腔（盐穴）底部不溶物沉渣空隙储气有望较大幅度扩大储气库库容,但需要开展沉渣空隙储气可行性和适用性评估。首先,采用不溶物沉渣制备大尺寸CT扫描试样,构建了沉渣空隙三维重构模型,定性分析了沉渣空隙尺寸和空隙连通性,发现沉渣空隙尺寸大且连通性好;其次,采用自主研制的盐矿水采沉渣储气试验装置,利用不溶物小颗粒和夹层垮塌大尺寸块体混合堆积样品进行注气排卤试验,测定注气排卤前后沉渣空隙率,分析了沉渣空隙率变化的原因;最后,建立沉渣空隙体积预测模型,提出了盐腔采动空间和沉渣可排卤水体积的计算公式。通过考虑盐层不溶物小颗粒连续堆积,又考虑夹层垮塌大尺寸块体无序堆积,计算了沉渣堆积体积及可排卤储气体积,计算结果与现场采卤数据吻合较好。该研究可为评价低品位、多夹层盐矿沉渣空隙储气能力提供参考。