盐穴储气库老腔利用改造技术
反循环造腔技术在盐穴储库建腔中的应用探讨
反循环造腔技术在盐穴储库建腔中的应用探讨作者：梅海燕来源：《科技创新与应用》2016年第31期摘要：为加快盐穴储库造腔进度，节约建腔成本，在建槽前期采用正循环获得一定不溶物底坑之后采用反循环方式进行造腔。
在反循环造腔过程中，通过调整造腔管柱下深、垫层位置、注水量等参数对腔体形态进行控制，在确保腔体形态的基础上加快造腔进度。
经过现场实践，反循环造腔技术在盐穴储库造腔中是可行的，满足现场造腔要求。
关键词：反循环造腔；造腔参数；造腔形态1 概述盐穴储库是当今国际能源储备和核废料处理的重要手段。
地下盐穴储气库的建立，对天然气的储存尤为重要，因为天然气是一种可燃的气体，一旦处理不当，极易发生危险。
将地下储气库建于地下盐岩之中，基于这样一个最普通的现象：盐溶于水。
具体过程为：在打成的盐井中，注入水形成盐卤，再将其抽出，不断注水，不断抽出，形成循环，逐渐形成地下溶洞，并用以储气。
地下储气库的建立，说起来简单，做起来并非易事。
盐穴储库造腔的注水循环方式有正循环和反循环两种，因注水水动力和浓度场分异的影响，两种循环方式在建腔速度和成本及腔体形状上均有差异：正循环卤水浓度低，建腔速度慢，建腔成本高，但腔体形状易控制；反循环卤水浓度高，建腔速度快，建腔成本低，但腔体形态不易控制。
文章着重研究反循环方式造腔的可行性，对加快盐穴储库造腔进度，提高造腔效率具有重要的意义。
2 反循环造腔方式盐穴储气库造腔过程是一个流体动力学、化学动力学、热动力学共同作用的结果，其实质是依靠腔体内卤水之间的浓度差实现浓度交换，直到各卤水层之间达到动态平衡[1-2]。
造腔过程中，腔体内的卤水浓度从上到下由低到高分布[3]。
采用反循环方式，淡水出口接近造腔顶部，对腔体上部进行充分的溶解，溶解出的低浓度卤水可以通过浓度差和重力的作用以出口为中心向底部和四周传播实现浓度之间的交换，传播速度快，所以腔体顶部和侧面的溶蚀较快，且排出的卤水浓度高；采用正循环方式溶腔，淡水出口接近腔体底部，可以对溶腔底部进行充分溶解，高浓度卤水向上部低浓度卤水层传播速度慢，从而导致正循环溶腔溶蚀速度慢，排出的卤水浓度较低[4-7]。
盐穴储气库造腔地面工艺技术
盐穴储气库造腔地面工艺技术杨清玉(西气东输管道公司储气库项目部)庄清泉(大庆油田工程有限公司)摘要:金坛盐穴储气库造腔地面注水、采卤的介质环境对地面工艺和设备提出了更高的要求。
玻璃钢管道的应用降低了大排量、长距离输送过程中的摩阻损失,解决了常规钢质管道输送河水及卤水介质时的结垢及腐蚀带来的运行成本增加。
给出了计算溶腔过程中有效体积的理论计算方法。
关键词:储气库;盐穴;造腔;工艺1地面工艺流程简介金坛盐穴地下储气库作为西气东输管道工程的配套设施,在管道调峰、处理应急事故等方面将具有重要的商业价值及社会意义。
盐穴造腔用水量大,对水质要求不高,水源为就近的河水和湖水。
地表水经沉降池沉降由泵增压输送至注水站的2座2000m3淡水罐进行缓冲、沉降,然后靠罐本身静水压输至高压注水泵进口,泵进口采用双吸流程(可根据需要取自淡水罐和卤水罐),注水泵升压至单井高压阀组并经分配控制、调节和计量送至站外,经站外注水管网到单井井口,根据造腔工艺要求采用正循环或反循环将水注进盐腔内溶腔。
井口返出卤水经回水管网,回到注水站内的低压阀组间,按卤水所含介质、组分及含量等不同分别流向不同去处。
含盐量不小于285g/L的近饱和卤水根据卤水中硫酸根离子浓度的高低分别经过一条卤水汇管外输至盐厂缓冲罐和外销卤水成品罐;未饱和卤水进入2座2000m3未饱和卤水储罐,经卤水储罐缓冲,再次由注水泵升压至高压阀组分配,经注水管网到另一组井口;井口返出液经回水管网,回到注水站内,重复上述流程。
2注采工艺设备的选择在盐穴造腔初期,由于腔内体积小,注入水在腔体内的滞留时间短且与腔壁接触面积小,采出的卤水难以达到盐厂或直接外销的含盐浓度要求。
金坛储气库造腔注水采卤站通过选用与恒速电机相配套的液力偶合器来驱动离心泵,液力偶合器的调速范围为1~1/5,可根据不同时期的工艺要求大范围调整单个注水泵的注入量,单井注入量可通过高压阀组间的调节阀调节。
另外,通过控制高压阀组间汇管上的阀门可实现一组腔体注淡水而另一组腔体注卤水。
盐穴储气库造腔节能优化技术
盐穴储气库造腔节能优化技术肖恩山;刘继芹;王晓刚;李淑平;井岗【摘要】为实现盐穴储气库建设降本增效,必须识别能耗关键点,针对注水造腔工艺过程进行优化,避免注水二次循环.在满足造腔量及外输卤水浓度的要求下,应用非线性规划理论结合水溶造腔生产实际,建立多井溶腔工艺参数优化数学模型,进行了多并溶腔工艺参数方案优化,提高注水溶盐效率.根据优化方案,改造现场注水工艺流程,保证一次循环多井采卤浓度满足外榆要求,提高盐穴储气库建库效率.通过现场对工艺优化后,改造后工艺流程有效降低单位造腔体积能耗41.18％,对盐穴储气库建设具有重要意义.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】6页(P77-81,88)【关键词】盐穴储气库;溶腔;节能;工艺优化;参数优化;一次循环【作者】肖恩山;刘继芹;王晓刚;李淑平;井岗【作者单位】中国石油西气东输管道公司储气库项目部,江苏镇江212000;中国石油西气东输管道公司储气库项目部,江苏镇江212000;中国石油西气东输管道公司储气库项目部,江苏镇江212000;中国石油西气东输管道公司储气库项目部,江苏镇江212000;中国石油西气东输管道公司储气库项目部,江苏镇江212000【正文语种】中文【中图分类】TE822随着国内能源结构优化调整，天然气需求量日益增加，为保证管输稳定，满足下游市场需求，天然气调峰问题日益突出，盐穴储气库因具有注采流量大、注采灵活，每年可进行多轮次注采气的特点而成为天然气管道的重要配套设施。
盐穴储气库是利用淡水洗盐形成相对密封的地下腔体[1]。
金坛储气库地处内陆，水溶建腔工艺受淡水供应量、盐化卤水消化量、卤水外输浓度、工艺流程等诸多限制因素限制。
国外虽然有多年的注水造腔历史，但因其岩层品相好、地处沿海可直排卤水等天然优势，其工艺流程、成腔效率等相关理论在金坛储气库适用性较差。
金坛储气库作为中国第一个盐穴型储气库，经过十多年的建设历史，积累了大量溶腔技术和经验，掌握了循环模式优化、阻溶剂界面控制、造腔预测模拟[2]等多方面技术。
盐穴型地下储气库建库评价关键技术及其应用
盐穴型地下储气库建库评价关键技术及其应用完颜祺琪;丁国生;赵岩;李康;邓金根;郑雅丽【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2018(038)005【摘要】为了解决层状盐岩盐层展布不均、造腔机理复杂、造腔过程控制难、盐腔运行安全稳定性差、老腔改造利用难度大等技术难题, 从盐穴地下储气库盐层利用最大化、提高造腔效率、缩短建库周期、保证腔体安全的设计目标出发, 依托江苏金坛盐穴储气库的设计经验与现场实践, 全面更新设计理念, 提出了选址评价、造腔设计与控制、稳定性评价与库容参数设计、老腔筛选及利用、气库运行及监测等5项关键技术序列, 丰富和完善了盐穴储气库建库评价技术体系.上述5项关键技术在金坛盐穴储气库建设中的实际应用效果表明: (1) 地质方案实钻符合率高; (2) 造腔形态符合设计预期; (3) 腔体变形收缩率符合稳定性评价结果预期; (4) 老腔改造利用成功; (5) 部署监测网络保障了盐穴储气库的运行安全, 为长江三角洲地区天然气调峰保供发挥了重要作用.结论认为, 该项研究成果指导了盐穴地下储气库的建库方案设计及工程实施, 为同类储气库的建设提供了理论支撑与技术保障.【总页数】7页(P111-117)【作者】完颜祺琪;丁国生;赵岩;李康;邓金根;郑雅丽【作者单位】中国石油大学(北京);中国石油勘探开发研究院;中国石油天然气集团有限公司油气地下储库工程重点实验室;中国石油勘探开发研究院;中国石油天然气集团有限公司油气地下储库工程重点实验室;中国石油西气东输管道公司;中国石油勘探开发研究院;中国石油天然气集团有限公司油气地下储库工程重点实验室;中国石油大学(北京);中国石油勘探开发研究院;中国石油天然气集团有限公司油气地下储库工程重点实验室【正文语种】中文【相关文献】1.盐穴地下储气库库址地质评价与建库区优选 [J], 完颜祺琪;冉莉娜;韩冰洁;蔡茂佳;李琦2.国外盐穴地下天然气储气库建库技术发展 [J], 郭彬;房德华;王秀平;张少武3.气藏型地下储气库建库注采机理与评价关键技术 [J], 孙军昌;胥洪成;王皆明;石磊;李春;唐立根;钟荣4.金坛盐穴地下储气库建库关键技术综述 [J], 丁国生5.盐穴地下储气库建库技术 [J], 丁国生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
储气库老腔改造井环空带压现象探讨
1601 储气库老腔改造情况老腔改造主要包括锻铣、打捞原井旧套管、扩眼、下新套管、固井、下注采气管柱、气密封测试、注气排卤、不压井作业起排卤中心管等工序[1]。
改造后的井身结构及完井管柱数据见表1。
2010年10月对金坛储气库6口井老井改造工作结束，经过测试，5口井合格且作为注采气井（东1井气密封试压不合格，转为观察井）。
2 5口老腔注采气运行过程中的环空带压情况5口老腔改造成功后，已实现21轮注气，20轮采气，累计注气5.83×108m 3，采气3.64×108m 3，目前腔体稳定。
在注采气生产过程中，5口井均出现了油、套环空带压现象。
目前，没有监测生产套管与表层套管之间环空的压力。
3 环空带压原因分析首先排除气密封螺纹油管微渗漏的影响：金属-金属密封螺纹的气密封性能是相对的。
根据《SY/T 6872-2012 套管和油管螺纹连接气密封井口检测系统》，气密封螺纹油管的泄漏速率<1 ×10-8pa·m 3/s，即是可以接受的[2]。
通过对5口老井油压、套压数据进行分析，发现5口井套压变化可分为两种类型：第一类型井：南2、南1、南3井；第二类型井：北1、北2井。
第一类型井套压相对不高，采气过程中的套压变化基本符合在采气开始阶段上升较快、然后缓慢下降的规律，注气过程中的套压变化基本符合套压缓慢上升的规律；第二类型井的套压较高，且在注、采气阶段，套压变化基本没有明显规律。
3.1 第一类型井该区块1000米深度的温度在54℃，井口约15℃，井口至井底平均温度约34.5℃，在采气阶段，腔内天然气迅速到达井口，使井口至井底平均温度约迅速上升，基本与井底一致，油、套管环空内流体在有限空间内受热膨胀，导致油、套管环空压力上升。
注气时，油管内压力增加，油管产生鼓胀效应，使油、套管环空内流体处于受压状态，导致油、套环空内压力上升。
经综合分析认为这第一类型井油、套环空压力的变化主要是由于温度、天然气鼓胀所诱发。
盐穴地下储采技术
第50卷第1期2021年1月盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry7盐穴地下储采技术郑雅丽1,2，赖欣1,2，邱小松1,2，垢艳侠1,2，李康1,2（1•中国石油勘探开发研究院，河北廊坊065007；2.中国石油天然气集团有限公司油气地下储库工程重点实验室，河北廊坊065007）摘要：地下盐穴除了处置工业碱渣与核废料，还可进行天然气、石油、n气等能源的储采。
为了加强天然气产供储销产业链中“储气”环节的建设、建立石油地下储备库、减少气田中n气稀缺资源的浪费，在总结国内金坛盐穴储气库建设运行成功经验与国外石油、n气储存技术现状基础上，提出由溶剂注采方式、阻溶剂类型、造腔井型与溶解方式，以及不同储存物质的注采工艺等为研究内容的盐穴地下储采技术。
为天然气、石油、n气的地下储存提供技术方法，对盐矿资源综合利用、加快储气库调峰设施建设、探索石油与n气地下储存具有重要意义，应用前景广阔。
关键词：盐穴；天然气储存；石油储存；n气储存;造腔；注入工艺；采出工艺中图分类号:TE822文献标识码：A文章编号：2096-3408（2021）01-0007-08Underyround Storage and Production Technology oO Salt CavCy ZHENG Ya-I1，2,LAI Xin1，2,QIU Xiao-song1，2,KOU Yan-xia1，2,LI Kang1，2 (1.PetroChina Reseerch Instituie of Petroleum Exploration&Developmeni，Langfany065007，China;PC Key of Oit&Gas Underyround Storaae Engineering，Langang065007，China) Abstract:Excepi for industrial caustic sludge and nuclear waste disposal，underground salt cavity is feasible for storage and production of energy like natural gas，oil and helium etc.In ordeoto strengthen storaae in natural gas industra chain，construct underground oil reserves and reducethe scare resourcc waste of helium in gas fields，on tOe basis of successful experiences of Jintan saltcavern storage construction and overseas research status quo on oil and helium storaae，undergroundsalt cavity storage technology consisted of injection and production methods of solvents，solvent resistance type，solution mining well-type and dissolution methods and injection-and-productionprocess of different storaae materialu is proposed to provide methods for natural gas，oil and heliumstoraae.The technolory is significant for integrated utilization of salt mine resources，speeding upstoraae construction and exploring underground oil and helium storaae,which is of a broad prospect.Key wordt:Salt cavity；Naturai gas storaae；Oii storaae；Helium storaae；Cavity construction；Injection technique；Production technique盐穴！Sait Cavem）是指在含盐地层或盐丘中利用钻井注入水等溶剂使盐岩溶解形成的地下空腔。
盐穴 压缩空气储能
盐穴压缩空气储能
盐穴是指地下储存盐层中的空腔或空洞，可以用于储存压缩空气能量。
其原理是将压缩空气通过管道输送到盐穴中，利用盐穴的封闭空间来储存高压空气，以供后续使用。
盐穴储能技术具有以下优势：
1. 高能量密度：盐穴具有较高的空间容量，能够实现大规模压缩空气储能，提高能量密度。
2. 高效能量转换：储存的压缩空气能够通过逆过程释放，并通过发电机将机械能转化为电能，具有高效能量转换率。
3. 长期稳定性：盐穴储能系统可以长期稳定地储存和释放能量，具有较高的储能效率和可靠性。
4. 环保清洁：储存和释放过程中不排放污染物和温室气体，具有环保清洁特性。
然而，盐穴储能技术也存在一些挑战和限制：
1. 存在地质条件限制：盐穴的形成需要特定的地质条件，如盐层的存在和空洞或空腔的形成，地质条件限制了该技术的应用范围。
2. 建设成本较高：盐穴储能系统的建设成本较高，包括盐穴的勘探和开采、输送管道的建设等。
3. 透气问题：盐层中的气体可能会逸出，导致能量损失和系统效率下降。
尽管存在一些挑战，盐穴储能技术在能源储存领域有着广阔的应用前景，可以为能源转型和可持续发展提供可靠的能源供应和储存方案。
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盐穴储气库老腔利用改造技术
困难4：安全性要求高
▪ 地下腔体无阻力，如出现密封问题，会在短 期内出现大量溢漏，且无法压井
▪ 地面经济发达，人口密集
▪ 一旦出现事故，后果不 堪设想
美国发生的由于气体渗漏而引起爆炸
盐穴储气库老腔利用改造技术
金坛储气库已有盐腔改造工程技术难 度高、风险大、不确定因素多，需要 多专业协作，是一项的复杂的系统工 程
盐穴储气库老腔利用改造技术
三、储气库老腔利用改造技术系列
盐穴储气库老腔利用改造技术
1、定量评价老井腔可利用的筛选标准
建立了老腔预选标准----腔体经济性、密封性及稳定性为基础 根据储气库特点，建立了腔体筛选程序
老腔预选标准
单腔容积----经济性
– 容积8万方以上
腔体是否连通----密封性
GANG 2
6.4 MPa
DP < 0.12 0.12 < DP < 0.13 0.13 < DP < 0.14 0.14 < DP < 0.15 0.15 < DP < 0.16 0.16 < DP < 0.17 0.17 < DP < 0.18 0.18 < DP
5.4 MPa
• 地质力学稳定性的研究认为，作 为储气腔体必须满足：
盐穴储气库老腔利用改造技术
盐穴储气库老腔利用改造技术
钻井工程技术研究院钻井完井所
盐穴储气库老腔利用改造技术
主要内容
一、背景与概况 二、面临的挑战与难题 三、储气库老腔利用改造技术系列 四、应用效果及经济评价
盐穴储气库老腔利用改造技术
一、背景与概况
• 盐穴储气库
–利用水溶的方式， 在盐丘/盐层内形成 巨大的溶洞，并将 之做为储气空间而 形成的人工气库， 用以保证管道平衡 安全地供气。
0 30 60 90 120
长
安庆
苏北盆 地
镇江泰 句 南京容
常州
芜湖南
江陵
盆宣
地
盆地
兴 盆地 南通
无锡
吴 江 盆 地
上海
平湖盆地
黄山 金坛盐杭矿州
金坛盐矿目前有各类采盐 井40多口，已形成一定数 量的采卤溶腔。
本技术研究的目的就是如 何改造与利用这些老溶腔， 使之转化为储气库。
盐穴储气库老腔利用改造技术
鸭梨状 腔体
盐穴储气库老腔利用改造技术
“盐穴储气库老腔利用与改造技术”是以国家重点工程西 气东输管道工程配套地下储气库项目为依托，以储气库研 究、设计、施工为基础而开展的
金坛盐穴储气库是保证整个长输管道平稳运行的关键手段， 西气东输管道于2004年1月1日正式实现了商业供气后，对 储气库建设的要求就变得十分急迫
二、面临的困难与挑战
盐穴储气库老腔利用改造技术
困难1：国内首次，技术手段匮乏
❖ 盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国是一个崭 新的课题，有很多技术问题需要探索、研究和 实践
❖ 国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次， 没有相关经验和资料可以借鉴。
❖ 技术手段严重缺乏
盐穴储气库老腔利用改造技术
困难2：已有采卤老腔情况复杂
3000
4000
5000 4044+X (m)
6000
7000
8000
❖ 茅兴井区8口
– 茅1、茅2、茅6、茅7、 茅8、茅9、溪3、溪4
❖ 直溪桥井区2口
– 西1、西2
❖ 东岗井区4口
– 岗1、岗2、东1、东2
❖ 荣炳井区1口
– 荣1
盐穴储气库老腔利用改造技术
对预选出的15口井腔进行了声纳检测
❖ 施工时间：2003年7月13日至8月10日 ❖ 荣1井因无法提起采卤管柱放弃
盐穴储气库老腔利用改造技术
为了尽快建成储气库，最有效快捷的方式是 开发与利用金坛盐矿已形成的采卤老溶腔。
老腔利用不但可以缩 短建库时间，尽早为输 气管道提供应急供气， 而且还可以减少盐穴储 气库建设成本。
盐穴储气库老腔利用改造技术
金坛盐矿是一个采卤14年的老盐矿
商丘
徐州
华
北 阜阳 南
部
盆 地 合肥
工程施工----通井与声纳测腔
东岗井区
盐穴储气库老腔利用改造技术 直溪桥井区
声纳检测结果
茅兴井区
盐穴储气库老腔利用改造技术
2、已有老溶腔可利用性评价技术
❖ 地质力学稳定性性评价技术
Mudstone Cavern
Salt
腔体稳定性评价模型
DONG 1
GANG 1
59.5 m 18 m
32.4 m DONG 2 29.8 m
陈4井 陈3井 陈1井 陈2井
直溪桥井区
（3口井）
西2井
陈家庄井区
（4口井）
6985m
茅12井
茅兴井区
（11口井）
石1井
茅3井
茅11井
茅10井
茅6井
茅9井 茅7井 溪4井
茅茅8茅2井井1井（茅兴矿）
溪3井 溪2井
茅溪井区
溪1井
（4口井）
红色—测声纳井（14口井） 兰色—无腔体井（12口井） 紫色—未测成井（1口井）
• 套管腐蚀严重，固井质量差，老井井筒和环 空密封存在严重问题，处理非常困难
• 采卤过程中，复杂与事故多，腔体状态不明
盐穴储气库老腔利用改造技术
困难3：国际上无状盐岩中将 已有溶腔改造方面的实例
• 从国外获得指导性或经验性的资料几乎不可能， 这在一定程度上增加了老井老腔修复与利用技 术的研究难度。
2000
金坛地区井位图
共计43口井 (截至2003年3月)
荣炳井区
（13口井）
东岗井区
（5口井） 西3井
荣7井
（荣炳矿）荣2井 荣9井 颜3井
荣3井
荣10井
荣13井
荣12井
荣5井 荣8井
荣11井 荣14井
荣4井 岗1井 东1井
岗3井 岗2井 东2井
西1井
颜1井
颜2井
颜家庄井区
（3口井）
荣1井
2708m
– 盐穴具有极为有限的膨胀性 – 具有足够高的安全系数 – 非盐层及盐层不存在张性破裂 – 可接受的闭合率。
❖ 直观的已有溶腔评价技术
盐穴储气库老腔利用改造技术
腔体形态
盐顶剩余厚度
形态符合几何稳定形态（梨形）
顶部应有合适的剩余厚度，利于密 封与腔体稳定
井号 茅1井 茅2井 茅6井 茅7井 茅8井 茅9井 溪3井 溪4井 西1井 西2井 东1井 东2井 岗1井 岗2井
– 独立腔体 – 如连通，则考虑井口间距
井口间距----稳定性
– 独立腔体，井距应尽量大
腔体形成过程中无重大事 故
老腔筛选程序
―以影响程度、权重系数为序建立了筛 选程序
盐穴储气库老腔利用改造技术
经研究与分析，从43口已有采卤溶腔中筛选出15
口井腔
35+Y (m)
25000 24000 23000 22000 21000 20000 19000 18000