盐穴地下储气库建库技术_丁国生

蚀效果是明显的。
盐穴储气库的检测技术
第四是的安全与环境检测。气库的安全与环境 检测非常重要, 除了密封性检测外, 主要检测地表沉 降度、造腔过程中地下水检测, 以确保库区居民的生
盐穴储气库的监测技术总体来讲比较复杂, 盐 产和生活的安全。
穴储气库的监 测技术总 体上来讲 包括四 方面的内 容: 一是造腔过程中对溶腔形态的监测; 二是造腔结 束后对腔体的密封性检测; 三是气库运行过程中对 腔体形态、体积变化、密封性检测; 四是运行过程中
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3145 11584 01339 16171 31 58 1055 3179 11584 01339 19102 41 07 1201
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过程中通过调整施工参数来控制腔体的形态, 使腔 体达到设计的要求。腔体形态的检测技术主要通过 声纳测定技术来完成, 其主要原理是声纳设备下入 腔体中, 向溶腔壁发射定向声波, 声波经腔壁反射后 在被声纳仪接受, 经过分析计算后可以得出仪器距
部完成溶腔的建设。 金坛盐矿地下储气库的建成, 在该地区用气高
Regina South 5 161 3~ 221 1 4196 11584 01339 25173 51 51 1625
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金坛盐矿盐穴地下储气库设计过程中参考国外 气库设计运行经验, 设计溶腔直径为 55 m , 最大直径 80 m, 溶腔高度约 135 m, 盐层上部留 30 m, 底部留 10 m , 主要是利用盐层的密封性保持气库的密封, 溶 腔的体积初步估算为 25 @ 104m3。
根据溶腔形 态、体积、溶腔 运行温度和压力, 最 终笔者计算溶腔在最高运行压力下, 单个溶腔的储 存甲烷天然气为标准体积 4 300 @ 104m3。
盐穴储气库的造腔工艺
盐穴地下 储气库建 库的关键 技术就 是盐穴造 腔。
( 1) 设计建选合理的溶腔形态。力学分析认为 溶腔的形态以圆球形、鸭梨形、圆柱状稳定性好。选 用鸭梨形溶腔形态, 并在一定溶腔体积的条件下, 尽 量增大溶腔的高宽比。
首先从形态上来讲, 储气库设计的主要形态为近 似椭球体, 溶腔的直径与高度主要取决于岩石力学的 计算。
由于盐穴储气库在气库运行期间要承受较大范
作者简介: 丁国生, 1966 年生, 高级工程师; 在中国石油勘探开发研究院廊坊分院从事研究工作, 现为中国地质大学 在读博 士研究生, 主要研究方向为油气地下储备库。地址: ( 065007) 河北省廊坊市万庄 44 号信箱开发所。电话: ( 010) 69213415。
国外盐穴地下储气库的概况
盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层或盐丘, 采用人工方式在盐层或盐丘中制造洞穴形成储存空 间来存储天然气的112。一个盐穴地下气库就是由一 个或多个容积不等的盐穴组成。美国于 1959 年建成 了世界上第一座盐穴储气库, 盐穴储气库在国外已经 是一种非常成熟的应用技术, 目前世界上有 40 多座 盐穴储气库在运行, 其中美国 18 座, 德国 13 座, 加拿 大 7 座。概括总结国外盐穴储气库技术可以包括四 点: ¹ 完善的储气库设计技术和方法; º 配套的储气 库钻井完井及造腔工艺; » 成熟的储气库控制和检测 技术; ¼先进的储气库运行优化管理系统。
物理模拟试验表明, 从保护顶板、控制溶腔形态 目的出发, 采用油垫建腔比气垫建腔效果好。这是 因为油的压缩系数较小, 且不溶于水, 油垫层的厚度 易于控制; 而气的压缩系数大, 在有压力条件又能溶 于水, 气层厚度不易控制。因此采用油垫法。
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工程建设
天然气工业
2003 年 3 月
数值模拟研究证用采用油垫法保护顶板不受溶 纳测定和示踪剂检测。
百度文库
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第 23 卷第 2 期
天然气工业
工程建设
围的压力值变化, 所以确定气库的运行压力非 常重 要, 根据国外经验( 表 1) , 盐穴储气库的最大运行压力 和最小运行压力按深度不同而不同, 压力梯度范围一 般为 1. 6~ 0. 34 MPa/ 100 m。
表 1 德国 6 个盐穴储气库的运行压力142
注气量的多少主要依据溶腔体 积, 而溶腔体积 可根据采卤量及其盐浓度来计算获得。随着溶腔不 断变大, 顶板处的气层厚度不断变小, 所以在气垫开 采过程中需要不断补充气体, 使气垫层保持一定的 厚度, 才能使得顶板盐层不会被溶解。这是形成稳 定溶腔防止顶板脱落, 有效地保护顶板的一项措施。
( 2) 油垫法: 油垫建腔与气垫建腔原理、目的一 样, 也是为了建造稳定的溶腔形状, 保护顶板不受溶 蚀, 使溶腔达到一定高度以后, 溶蚀向横向发展, 从 而达到建立足够大的溶腔。
溶腔的稳定性分析
上面已从顶底板( 特别是顶板) 、盐体特性等多 个方面分析论证说明, 溶腔具有良好的稳定条件, 在 溶漓建腔过程中, 采取有效措施将会保护溶腔的稳 定性, 主要措施是水溶开采保护溶腔的顶板, 具体方 法如下。
( 1) 气垫法: 水溶开采过程中, 在形成初始溶腔 之后, 向溶腔内注入一定量的气体, 利用气与水的密 度差异, 使溶腔顶部形成一定厚度的气垫层, 从而达 到阻止水向上溶解, 促使其向四周侧溶, 最终形成既 有一定岩盐顶板厚度、又有足够大的空间体积的溶 腔。
我国利用盐穴建设地下储气库尚属于起步阶段, 长江三角洲地区选择的金坛盐矿建设地下储气库基
本上具备了以上条件132。 金坛盐矿岩盐层分布在平面上和纵向上都比较
稳定。呈北东向展布, 岩盐体 长轴 12 km, 短轴 5. 6 km, 含盐面积约 60. 5 km2, 厚度 67. 85~ 230. 95 m, 岩 盐层最厚的区域达 180~ 220 m。大体呈环状向四周 减薄, 顶面埋深 850~ 1 100 m, 纵向上自下而上分Ñ、Ò、 Ó三个主体矿层。
包括两个阶段, 第一阶段为水力试压检测, 通过向溶 盐穴地下储气库的各项技术, 在未来一段时间内, 随
腔内注水保持溶腔中部深度的压力达到正常压力梯 度下压力的 1. 5~ 1. 8 倍, 并保持一段时间, 同时检 测溶腔压力变化情况。一般情况下, 如果在 72 小时 内压力能够保持稳定不降, 则可以进行下一阶段的
盐穴储气库的建库基本地质条件
盐穴储气库一般选择在盐层厚度大、分布稳定的 盐丘 或盐 层上, 选 择盐 穴建 库要 遵循 以 下几 条 原 则122: ¹ 盐层厚度大, 无断层影响; º 盐层品位高, 便 于水溶造腔; » 顶板强度大, 有利气库安全; ¼盐层内 部夹层少、厚度小, 有利造腔; ½ 埋深大于 400 m, 保证 一定储气能力; ¾水源充足, 保证造腔用水。
在设计运行压力时参考国外气库运行压力设计 经验, 结合以下四种方法确定: 计算法 ) ) ) 根据盖层 及盐层岩石力公式计算; 类比 法 ) ) ) 参考国外运行 压力梯度; 实测法 ) ) ) 溶腔水溶过程中关井测压; 压 裂法 ) ) ) 进行盐层压裂, 测定破裂压力。
通过以上四种方法最终确定金坛盐矿地下储气 库单腔运行压力在 6~ 16 MPa 之间。
对拟选建库地区边部的茅兴矿区 10 口井的溶 腔形态进行了计算。从表中可以看出, 目前这 10 口 井的溶腔高度为 49. 6~ 92. 5 m, 溶腔直 径 47. 8~ 109 m, 溶腔高度与溶腔直径的比值为 0. 79~ 1. 19。 溶腔顶部的盐层厚度 37. 6~ 105. 2 m , 采盐溶腔体积 为( 5. 56~ 23. 26) @ 104m3。与数值模拟计算结果相 比, 溶腔高度与溶腔直径的比值要小, 但大部分溶腔 的高宽比值在 1. 0 以上, 溶腔顶部基本稳定, 未发现 明显垮塌现象。实际生产资料证明, 金坛盆地岩盐 层的特性及顶底板条件, 能保持溶腔的稳定, 在溶蚀 建造储气溶腔过程中, 采取各种有效措施, 优化溶腔 形态及保护技术, 溶腔的稳定性将会更好。
盐穴储气库作为油气储气库的主要类型之一,
其次是溶腔的密封性检测技术。密封性检测是 气库能否安全运行的关键, 只有通过了盐穴的气密 封检测气库可以能够投入运行。气库的密封性检测
已经在 发达国家被普 遍采用, 具 有安全性高、容量 大、注采速度快、运行成本低的优点。虽然我国目前 尚未建成盐穴地下储气库, 但已经具备了建设油气
峰阶段每天提供 4 000 @ 104~ 6 000 @ 104m3 的天然 气, 大大缓解管道供气所面临的调峰压力, 从而减少 管道建设的总投资, 具有良好的经济效益。
腔壁的距离, 声纳仪旋转一周完成某一深度上声纳 仪到腔壁的距离, 不断改变声纳仪下入的深度就可 以全方位了解溶腔的三维空间形态。
结束语
( 2) 实际采盐溶腔稳定状态分析验证: 金坛盐矿 已下套管进行采卤生产井 24 口, 分布在茅兴地区和 荣炳 ) 陈家庄地区, 已投入开发 10 来年, 目前开采 状况良好, 未发现溶腔垮塌现象。这是由于岩盐塑 性变形区是沿着溶腔周围发展的, 足以经受外表地
压, 建立起地下岩盐溶腔的结构平衡。在直接地压 条件下溶腔可以收缩, 但并不垮塌且与井深无关。
工程建设
天然气工业
2003 年 3 月
盐穴地下储气库建库技术
丁国生1, 2
( 1. 中国地质大学能源系 21 中国石油勘探开发研究院廊坊分院)
丁国生. 盐穴地下储气库建库技术. 天然气工业, 2003; 23( 2) : 106~ 108 摘 要 我国的西气东输工程从新疆塔里木油田到上海, 管线长度达 4 000 公里, 为确保对长江三角洲地区安全 稳定的供气, 就必须在长江三角洲地区建设地下储气库, 从而保证在管线故障期间应急供气, 同时利用地下储气库调 节冬季和夏季用气量的差异, 保证长输管线的高效、平稳运行。在长江三角洲地区经过库址选择, 目前准备将常州盆 地的金坛盐矿用以建设地下储气库。盐穴地下储气库主要选择在盐层或盐丘上, 利用水溶方式形成地下溶腔进行储 气, 选择合适的建库地址要结合地质、水文、工程等诸多因素, 造腔过程中需要采取一系列控制技术, 在造腔过程中还 要及时采取声纳测井技术进行跟踪监测, 造腔过程的检测及腔体完成后的密封 安全性检测是气库能否投入运行的关 键。 主题词 地下储气库 盐穴气库 建设 位置 选择 岩溶作用 浙江
江苏金坛盐矿储气库建库方案
金坛盐矿地下储气库是/ 西气东输0长江三角洲 地区的主要储气库, 作为长江三角洲两省一市的主
对安全与环境检测。 首先是腔体形态检测技术。腔体形态检测是进
行造腔控制的主要方法之一, 通过监测可以掌握腔 体形态在整个造腔过程中的变化, 从而可以在造腔
要调峰储气库, 要求其建设进度与/ 西气东输0管道 工程相配套, 储气库的总体规模需要达到有效的调 峰使用气量为 10 @ 108m3。要达到这一要求, 在金坛 地区要建设的地下溶腔总数为 34 个, 到 2008 年全
洞
穴
位置
数
( 个)
Melville North 1
实测井口压力 设计压力梯度 设计压力 盐层 最大 最小 最大 最小 最大 最小 深度 ( MPa) ( MPa) ( MPa/ 100m) ( MPa) ( MPa) ( m)
15117 3145 11584 01339 16125 31 48 1026
在金坛盐矿所选建库区块面积约 7 km2, 地质条 件较好, 盐层厚度 150~ 200 m, 平均厚度 175 m, 三个 矿层间夹层厚度小, 每个矿层内部的夹层同样具有层 数少、厚度小、含盐量高的特点, 具备建库条件。
盐穴地下储气库的设计
盐穴地下储气库是由单个独立的盐岩溶腔组成 的, 溶腔在地下温度和压力的相互作用下, 特别是在 储气库运行期间大范围的压力变化过程中要保持稳 定, 才能具备储气库运行的功能, 所以设计合理的形 态、尺寸、运行压力和温度是盐穴地下储气库建设成 功的关键。