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。     

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。     

盐穴储气库破坏后地表沉陷规律数值模拟研究

地下盐穴储气库在天然气调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。地下盐穴储气库达到设计年限后,将报废而逐步垮塌,必然引起严重的地表沉陷。因此,对盐穴储气库破坏后地表沉陷规律进行研究具有十分重要的意义。考虑到目前的数值分析软件进行地表沉陷分析的不足,开发了用于盐穴储气库破坏后地表沉陷数值模拟的有限元专用软件-2D-Sink,该软件具有处理破碎岩块的能力。应用2D-Sink对盐穴储气库破坏后引起的地表沉陷规律进行了系统的研究,共建立了6种模型进行数值模拟,分别研究了地表沉陷层理效应、地表沉陷的岩层倾斜效应、地表沉陷的断层效应和多盐穴地表沉陷规律。对多溶腔地表变形曲线与单溶腔叠加的地表变形曲线进行比较,验证了地表沉陷叠加原理的正确性。研究成果为盐穴储气库报废后地表沉陷灾害控制提供了理论基础。     

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。     

基于正交试验设计的层状盐岩地下储库群多因素优化研究

目前国内正在大规模兴建盐岩地下储库群,其规划设计阶段可优化因素较多,且各因素影响程度不同,选取椭球形腔体几何分布形式、矿柱宽度和夹层位置3个主要因素进行了综合优化研究,旨在分析3个因素的敏感性影响程度,并确立储库群最优形式。对3个因素分别设立3个水平,运用正交试验设计原理,确立了9组试验方案,进行了相关数值模拟试验。评价层状盐岩地下储库群时选用经改进的位移、应力试验指标,基于试验结果运用正交试验法中的极差分析和方差分析对3个因素进行详细分析。结果表明,3个因素中夹层位置影响最显著,矿柱宽度居次,椭球形腔体几何分布形式影响最弱;最优储库群形式为邻腔夹角60°的分布形式、2.0D矿柱宽度、夹层分布在腔体上部1/4H（H为腔体高度）位置。     

盐穴储油（气）库水溶造腔管柱动力特性初探

针对盐穴储气库单井水溶造腔过程中管柱动力特性开展了初步探讨,认为造腔工程中,管柱在受限空间的自激振动和动力失稳是导致管柱发生严重弯曲或者破损的主要原因。初步分析了无空间约束条件下内外管柱的振动特性,得到了理想条件下管柱临界流速的计算式。计算表明,无约束条件下造腔管柱一般会由于液-固耦联振动而发生动力失稳,而且造腔内管一般会先于造腔外管发生失稳破坏。鉴于问题的重要性和复杂性,还对造腔管柱临界流速全面计算力学模型应考虑的诸因素进行了探讨,初步分析了管道轴力、液体压力、造腔循环方式、管道水平支撑,以及轴向水击和管道横向振动耦合的影响,为进一步结合工程实际开展空间约束条件下造腔管柱动力特性全面分析提出了建议。     

盐岩地下储库围岩界面变形与破损特性分析

鉴于盐岩地下储库界面对储气（油）库稳定性和密闭性的重要影响,分别从细观和宏观方面对其变形与破损特性开展研究。细观方面：开展含界面盐岩的电镜扫描试验,分析表明：盐岩与夹层界面处颗粒结合紧密、相互嵌合,胶结良好,为储库密闭性提供有利条件。宏观方面：基于复合岩体理论构建层状盐岩交接界面的应力表达式,进而分析界面的变形及破损特性。分析表明,界面附近应力状态极为复杂,硬夹层对盐岩体具有约束锚固作用,且界面处易产生应力集中,进而诱发储库围岩体裂纹扩展直至破坏。综合细观、宏观分析表明,裂纹起裂机制和渗透通道形成是界面的细观结构特性及其应力状态共同影响的结果。研究成果为进一步分析地下盐岩储库的稳定性和密闭性提供一定参考。     

CSAMT与CYT联合探测法在深部盐穴储气库建设中的应用

针对深部盐穴探测问题的特殊性,结合平顶山叶县盐田储气工程,简要探讨了可控源音频大地电磁法(CSAMT)与大地电场岩性探测法(CYT)的理论基础、探测原理以及解译方法,并对试验区盐穴的几何形态、空间分布以及物性信息反馈特征展开了研究。首先应用CSAMT法进行初探,大致圈定目标体的空间范围; 其次在CSAMT法探测结果基础上选择有利地段,采用CYT法进行精探,详细圈定目标体的空间形态。探测结果表明,试验区盐穴空间形态复杂,剖面上呈现不规则的空穴群,埋深大约为 -1400～-1000m; 但单个溶腔体积较小,半径大致为8～60m。研究成果可用于指导地下盐穴储气库址的选择和建设,为我国深部盐穴探测方法和电场岩性解译提供了参考。     

平顶山盐田互层状盐岩蠕变特性与试验模型研究

地下盐穴储气库围岩变形机理是地质可储性的关键问题。针对平顶山盐田盐层薄、夹层多以及埋藏深等特征,分别采集了纯盐岩、互层状盐岩、泥岩夹层三种岩石试样,进行了不同应力水平下的单轴和三轴压缩蠕变试验。蠕变试验结果表明,单轴和三轴状态下三种试样的蠕变均呈现初始蠕变和稳态蠕变两个阶段,互层状盐岩的初始蠕变时间相对较长,稳态蠕变率处于盐岩和泥岩之间,其变形主要由盐岩层贡献,同时层间变形的不协调导致互层状盐岩在稳态蠕变阶段出现泥岩夹层的颈缩内陷和盐岩层的膨胀外突破坏现象。根据互层状盐岩的蠕变特征,建立起蠕变模型,并根据试验数据拟合出模型参数。分析结果表明,理论模型和试验数据吻合较好,拟合参数完全佐证了上述互层状盐岩的蠕变特殊性,为盐田安全建立地下储气库提供一定的参考依据。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力

鄂尔多斯中东部地区奥陶系马家沟组发育巨厚的碳酸盐岩与膏盐岩交互的沉积体系,但对其沉积发育的规律性及其内部天然气成藏聚集的基本地质特征尚未形成明确的认识。通过对奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系形成时的构造与古地理背景、沉积特征、储层发育、烃源供给及圈闭聚集等方面的分析,形成新的观点与地质认识:(1)受盐洼周边古隆起影响,奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩共生体系形成于与外部广海周期性隔绝的局限海蒸发环境,导致其岩性“相控”与“层控”分布特征极为显著;(2)首次提出“非层状沉积分异”的概念,并认为它是控制奥陶系内幕“溶孔型”储层发育的决定性因素;(3)受区域岩性相变及后期构造反转的控制,奥陶系盐下层系具有形成大区域分布的岩性圈闭体系的有利条件;(4)盐下层系虽自身的海相烃源岩生烃潜力有限,但由于燕山期东部构造抬升与西侧上古生界煤系烃源“供烃窗口”及膏盐封盖层区域性连续分布等要素密切配合,仍具有规模供烃、大区带成藏的潜力。