鹽穴儲氣庫造腔跟蹤分析方法應(yīng)用研究

李龍，王文權(quán)

（中國石油東部管道有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212000）

鹽穴儲氣庫造腔跟蹤分析方法應(yīng)用研究

李龍，王文權(quán)

（中國石油東部管道有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212000）

為了對鹽穴儲氣庫的造腔跟蹤分析方法進(jìn)行研究，分別對腔體形狀、壓力/排量、排鹵濃度、礦柱比進(jìn)行了實(shí)際的跟蹤分析，并重點(diǎn)對每種跟蹤分析方法數(shù)據(jù)來源的可信度、可分析性、分析結(jié)果的可信度及實(shí)時性進(jìn)行了詳細(xì)研究，認(rèn)為每種跟蹤分析方法均具有一定特殊性，且能夠較好的對相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，通過將不同的方法相結(jié)合，綜合分析影響因素，必要時加以現(xiàn)場驗(yàn)證，可準(zhǔn)確的解決跟蹤分析時所遇到的問題，從而更有效的監(jiān)控整個腔體的發(fā)育過程。

鹽穴儲氣庫；造腔；跟蹤分析；應(yīng)用研究

鹽穴儲氣庫的建庫造腔過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其原理主要是將淡水注入到指定鹽層深度對鹽巖進(jìn)行溶解，再將溶解的鹵水排出輸送給鹽企處理，當(dāng)在同一深度的鹽巖溶解一定時間后，技術(shù)人員需對當(dāng)前的造腔情況進(jìn)行分析，調(diào)整深度、排量、內(nèi)外管間距等造腔參數(shù)，然后再進(jìn)行下一個階段的造腔工作，通過不斷的重復(fù)這個過程，將不同深度的鹽巖溶解于淡水并排出，從而形成一定形狀的腔體［1-4］。為了保證腔體的穩(wěn)定性和良好發(fā)育，就一定要對各個造腔井進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，定期分析，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即采取補(bǔ)救措施。本文重點(diǎn)對當(dāng)前已有的造腔井跟蹤分析方法進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用、研究對比及效果評價，以期對日后造腔井跟蹤分析方法的改進(jìn)有一定指導(dǎo)意義。

1　腔體形狀跟蹤分析及現(xiàn)場應(yīng)用

為了保證腔體的穩(wěn)定性，當(dāng)一口井造腔一段時間后，需要對這段時間的腔體形狀進(jìn)行跟蹤分析，以檢查腔體形狀是否符合設(shè)計(jì)中的要求。聲納測井技術(shù)可以對當(dāng)前的腔體形態(tài)進(jìn)行跟蹤分析，其原理主要是通過將聲納探頭下入鹽穴腔體，讓其在不同深度的水平剖面以及頂?shù)撞肯螓}穴腔體發(fā)射聲脈沖，聲納接收裝置接收回波信號，最后將測量數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理及后期解釋，得到整個腔體各個方向上的二維及三維圖象［5-6］。

圖1　金壇a井兩次聲納水平剖面對比圖

圖2金壇a井兩次聲納垂直剖面對比圖

圖1和圖2分別是金壇a井前兩次聲納測井的水平剖面對比圖和垂直剖面對比圖，從圖1中可以看出，在第二階段造腔過程中，腔體發(fā)生了明顯的向東南方向側(cè)溶的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象持續(xù)發(fā)展下去會導(dǎo)致腔體不穩(wěn)定、有效體積變小等問題，所以在下階段的造腔設(shè)計(jì)中要特別注意對腔體在東南方向上發(fā)育的控制；對圖2進(jìn)行分析可以得到當(dāng)前腔體的最大直徑大小及深度、腔頂?shù)咨疃取⒃烨惑w積等數(shù)據(jù)，且實(shí)際所得數(shù)據(jù)均符合上階段造腔設(shè)計(jì)，說明腔體的形態(tài)發(fā)育在人為控制范圍內(nèi)。通過該方法進(jìn)一步的分析，還能得到第二階段溶解鹽巖體積、不溶物體積、膨松系數(shù)等數(shù)據(jù)，可對當(dāng)前腔體形狀的發(fā)育進(jìn)行跟蹤分析評價以及對下一步造腔工程參數(shù)的選擇提供依據(jù)。

腔體形狀的跟蹤分析主要是受聲納測井設(shè)備的影響，人為影響因素較小，數(shù)據(jù)來源可信度高，加之聲納測井配套軟件的純熟，使得所獲數(shù)據(jù)的可分析性較好，分析結(jié)果可信度高，便于技術(shù)人員對腔體形狀進(jìn)行跟蹤分析，然而，只有當(dāng)階段進(jìn)度完成后，再次聲納測井時，才能獲取腔體形狀的跟蹤分析數(shù)據(jù)，所以該方法未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

2　壓力/排量跟蹤分析及現(xiàn)場應(yīng)用

壓力跟蹤分析主要是指對每天的井口注入壓力數(shù)據(jù)的跟蹤分析，而排量跟蹤分析主要是指對每天的注水量數(shù)據(jù)的跟蹤分析，通過對這些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時跟蹤分析并且對比觀察，可以間接分析出造腔井造腔過程有無異常。正常情況下，注水排量越大，井口注入壓力也就越大，兩者具有良好的相關(guān)性，在獲取參數(shù)后形成的曲線圖形里，也應(yīng)具有良好的趨勢一致性。

金壇b井自開井后始終利用壓力/排量跟蹤分析的方法進(jìn)行跟蹤分析，截取的該井在2013年某段時間內(nèi)的壓力/排量曲線（見圖3），從曲線中發(fā)現(xiàn)，有將近一周的時間內(nèi)發(fā)生了注入量平穩(wěn)，但井口注入壓力卻呈下降趨勢的現(xiàn)象，經(jīng)分析，這種現(xiàn)象的發(fā)生可能是由于井下造腔內(nèi)管破裂或者脫落導(dǎo)致的，亦可能是地下巖層突遇斷層或者洞穴等導(dǎo)致的，無法確定具體原因，通過后來的關(guān)井起內(nèi)管操作發(fā)現(xiàn)，造腔內(nèi)管脫落是造成這個現(xiàn)象的最真正原因。

壓力/排量的跟蹤分析主要是受壓力表及流量表等儀表的影響，人為影響因素較小，數(shù)據(jù)來源可信度高，然而該數(shù)據(jù)需要人為整合成曲線進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)的可分析性較差，且曲線的形態(tài)變化原因不唯一，往往需要日后現(xiàn)場觀察來驗(yàn)證，所以分析結(jié)果的可信度較低。不過該方法僅需通過現(xiàn)場讀表來獲取，無需關(guān)井及井下作業(yè)等操作，所以該方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

圖3　金壇b井壓力/排量跟蹤分析曲線

3　排鹵濃度跟蹤分析及現(xiàn)場應(yīng)用

排鹵濃度是指地下鹽巖經(jīng)過被注入的淡水溶解后形成的鹵水濃度，其反映著造腔效率的高低，同時也是注水排量等造腔參數(shù)的調(diào)整依據(jù)，由于鹽企對排鹵濃度有所要求，所以當(dāng)排鹵濃度不達(dá)標(biāo)時，往往還要將其重新注回井底進(jìn)行造腔。排鹵濃度實(shí)際值主要是通過現(xiàn)場人員每天從井口采樣，再對樣品中的氯離子濃度進(jìn)行測定獲得的。而排鹵濃度模擬值則是由技術(shù)人員通過將上階段造腔工程分析所得的溶蝕速率等參數(shù)導(dǎo)入本階段造腔工程設(shè)計(jì)的模型，并結(jié)合當(dāng)前每日的造腔方案來模擬現(xiàn)階段的排鹵濃度而得到的。將得到的排鹵濃度模擬值與測得的排鹵濃度實(shí)際值進(jìn)行比較分析，可得出當(dāng)前的某些造腔參數(shù)是否合適，若各項(xiàng)造腔參數(shù)均合適，則二者的曲線形態(tài)一致并重合。

金壇c井自開井后始終進(jìn)行排鹵濃度的跟蹤分析，該井當(dāng)前的排鹵濃度跟蹤分析曲線圖（見圖4），圖4中實(shí)線之前的部分為上一階段完整的排鹵濃度跟蹤分析曲線，可見上一階段的排鹵濃度實(shí)際值與模擬值之間匹配較好，說明造腔參數(shù)合適，未發(fā)生異常情況。圖中實(shí)線之后的部分是當(dāng)前階段的排鹵濃度跟蹤分析曲線，可見當(dāng)前階段虛線之前的部分匹配較好，而虛線之后發(fā)生了排鹵濃度實(shí)際值高于排鹵濃度模擬值的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有很多，比如排量變小、外管脫落、不溶物含量降低等等，經(jīng)查每日報表發(fā)現(xiàn)，造腔排量確實(shí)變小，并且圖中虛線位置之前為注淡鹵水（未飽和鹵水）造腔，而從虛線位置開始變成注淡水造腔，這兩點(diǎn)原因是導(dǎo)致排鹵濃度實(shí)際值高于排鹵濃度模擬值的最主要原因。據(jù)此分析，認(rèn)為該井并未發(fā)生井下事故，而應(yīng)調(diào)整模擬參數(shù)以匹配真實(shí)的排鹵濃度，進(jìn)而繼續(xù)進(jìn)行跟蹤分析。

圖4　金壇c井排鹵濃度跟蹤分析曲線

排鹵濃度的跟蹤分析數(shù)據(jù)來源于兩部分，一部分為現(xiàn)場取樣實(shí)測，一部分需要技術(shù)人員通過專業(yè)軟件進(jìn)行模擬及預(yù)測，后者可能會受到一定程度上的人為影響，但該過程較簡單，影響不大，數(shù)據(jù)來源可信度仍然較高。然而所有數(shù)據(jù)均需要人為整合成曲線進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)的可分析性較差，且曲線的形態(tài)變化原因不唯一，往往需要日后現(xiàn)場觀察來驗(yàn)證，所以分析結(jié)果的可信度較低。排鹵濃度的跟蹤分析數(shù)據(jù)雖需要通過取樣、實(shí)驗(yàn)、模擬、預(yù)測等手段來獲取，但該過程耗時較短，可基本實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

4　礦柱比跟蹤分析及現(xiàn)場應(yīng)用

所謂礦柱比，就是指兩個腔體之間的最短距離與這兩個腔體半徑之和的比值，若該值太小，則說明兩腔體相距太近，易發(fā)生腔體不穩(wěn)定的情況。目前我國對地下鹽巖儲氣庫造腔過程中所使用的礦柱比值要求大于2，設(shè)計(jì)人員在開始各階段的設(shè)計(jì)之前，應(yīng)首先通過利用專業(yè)軟件對下階段的腔體形狀進(jìn)行模擬分析［7］，分析未來本井與鄰井的礦柱比大小，而后再對本井下個階段的腔體直徑、造腔參數(shù)以及形態(tài)發(fā)育等做出合理正確的設(shè)計(jì)。

金壇d井造腔時長已達(dá)30個月之久，且始終對鄰井中與之較近的井進(jìn)行礦柱比跟蹤分析。由于該井受夾層以及地質(zhì)條件影響，從第7階段開始向西北方向偏溶嚴(yán)重（見圖5），導(dǎo)致金壇d井和金壇e井之間的礦柱比下降，最短距離僅有174.4 m，由于該方向的最大半徑達(dá)到極限，不得不修正之前所設(shè)計(jì)的最大直徑值，經(jīng)過礦柱比計(jì)算及模擬測量，確定該井下階段朝西北方向的最大直徑僅為73.8 m，導(dǎo)致了腔體有效體積的下降。礦柱比的跟蹤分析數(shù)據(jù)來源于聲納測井的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源可信度高，但后期需要技術(shù)人員通過專業(yè)軟件進(jìn)行模擬及預(yù)測分析，人為因素影響較大，使得數(shù)據(jù)可分析性較差，然而成熟的造腔數(shù)值模擬軟件使得跟蹤分析的結(jié)果簡單直觀且易于識別，所以該數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可信度依然較高。礦柱比的跟蹤分析數(shù)據(jù)只有當(dāng)階段進(jìn)度完成后，再次聲納測井時獲取，所以未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。

圖5　金壇d井礦柱比跟蹤分析

5　總結(jié)及認(rèn)識

本文首次通過利用鹽穴儲氣庫造腔井對當(dāng)前比較重要的幾種跟蹤分析方法進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用研究，并通過綜合分析對比了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得到了以下認(rèn)識（見表1）。

表1　不同跟蹤分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)對比

在巖穴儲氣庫的造腔過程中，為保證腔體形態(tài)的良好發(fā)育，每一個指標(biāo)的跟蹤分析都是不可或缺的，雖然每一個指標(biāo)的跟蹤分析方法都有一定的局限性，但只要充分利用不同的跟蹤分析方法，不斷提高相關(guān)技術(shù)人員的分析經(jīng)驗(yàn)，盡可能的結(jié)合不同的現(xiàn)場參數(shù)對關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行跟蹤分析，就能夠?qū)崿F(xiàn)對整個造腔井的造腔狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控及預(yù)測，正確的解決跟蹤分析時所遇到的問題，亦可以對新階段的造腔工程設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。

［1］吳建發(fā)，鐘兵，羅濤.國內(nèi)外儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.油氣儲運(yùn)，2007，26（4）：1-3.

［2］何愛國.鹽穴儲氣庫建庫技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（9）：122-125.

［3］趙志成，朱維耀，等.鹽穴儲氣庫水溶建腔機(jī)理研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2003，30（5）：107-109.

［4］田中蘭，夏柏如.鹽穴儲氣庫造腔工藝技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22（1）：97-102.

［5］MARIA K，BARTLOMIEJ R.Analysing cavern geometry development based on sonar measurements from the point of view of geological deposit structure［C］.Solution Mining Research Institute Meeting，Kracow，Poland，May 11-14，1997.

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［7］ANDREJ Kunstman，KAZIMIERZ Urbanczyk.Application of winubro software to modelling of carven development in trona deposit［C］.Solution Mining Research Institute Technical Conference，Krakow，Poland，April 27-28，2009.

The research on the trace analysis method in process of leaching on gas storage in salt caverns

LI Long，WANG Wenquan
（PetroChina Eastern Pipeline Co.，Ltd.，Zhenjiang Jiangsu 212000，China）

In order to study the trace analysis method in process of leaching on gas storage in salt caverns，has carried on the actual trace analysis of cavity shape，pressure/displacement，debrine concentration，P/D respectively，and the key to the date's reliability，analyzability，instantaneity from every method has carried on the detailed study.Through these field application research can be seen that each method can reach the goal，but also there are some defects，so only by combining different methods，comprehensive analysis of influencing factors，and on-site verification if necessary can solve the problem in the trace analysis accurately，thus more effective monitoring of the entire development process of cavity.

gas storage in salt caverns；leaching；trace analysis；application research

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.07.009

TE972.2

A

1673-5285（2015）07-0037-04

2015－06-26