摘 要:在鹽穴儲氣庫建設(shè)過程中,巨厚夾層的存在不僅增加了造腔難度,對洞室形狀也有不同程度的影響。全部利用鹽層研究特厚夾層的坍塌過程及其控制技術(shù)是十分必要的。以某國產(chǎn)儲氣庫12m厚夾層為例,選擇2口井進(jìn)行現(xiàn)場試驗。試驗的目的在于分析鹽穴儲氣庫造腔隔層處理的差異以及效果。結(jié)果表明,當(dāng)采用厚夾層作為直接空腔頂板時,整體失穩(wěn)和坍塌的概率較小;當(dāng)厚夾層達(dá)到一定跨度時,空腔同時上下堆積,鉆孔容易定位發(fā)生局部破壞,導(dǎo)致夾層大面積坍塌。通過試驗過程,我們可知采用地下施工技術(shù)可在夾層跨度達(dá)到60cm時,厚夾層的坍塌可以大大降低井下技術(shù)的復(fù)雜性。研究成果可為鹽穴儲氣庫厚夾層的處理提供參考。
關(guān)鍵詞:鹽穴儲氣庫;造腔;隔層處理
1 制腔技術(shù)面臨的問題
鹽穴儲氣庫水溶性空腔形成過程中,層間的存在被推遲。流體在腔內(nèi)的輸運、對流和擴散導(dǎo)致腔內(nèi)流體的失效。在提鹽過程中,溶液腔內(nèi)的鹽水通過循環(huán)弦與淡水之間存在物質(zhì)交換,層間的存在減少。降低了產(chǎn)鹽速度,增加了鹽穴儲氣庫的造腔時間。夾層數(shù)量越多,溶腔體積越小,平均采鹽速度越快。夾層越小,形成空腔的速度越快,夾層越長在空腔腐蝕過程中,層間的存在破壞了空腔邊緣。邊界的連續(xù)性不利于空腔的施工和形狀控制。所以鹽巖中多層夾層的存在對鹽穴儲氣庫溶洞的影響。隨著形貌的發(fā)展和變化,夾層越少,空腔形貌越規(guī)則,越能耐受易于控制型腔的形狀。另外,由于不同夾層的組成不同,其抗拉強度也不同。強度和抗剪強度也不同,抗拉強度或抗剪強度較小,學(xué)位很容易被打破。通過多層力學(xué)分析,確定了夾層的尺寸。夾層的大小影響夾層的破裂和坍塌,較薄的夾層易破裂。
2 各階段造腔方案及造腔形狀
2.1 在超厚夾層下部形成正循環(huán)空腔
耐溶劑表面位于非常厚的夾層底部。為了觀察造腔時厚夾層底部的空腔形狀,本階段末,厚夾層空氣跨度約30m,溶劑緩蝕劑界面控制良好,無坍塌跡象。實踐證明,作為直接頂板的厚夾層穩(wěn)定性好,失穩(wěn)坍塌概率小。
2.2 在厚夾層的下部建立反循環(huán)空腔,以最大化厚夾層的空氣跨度
在第一階段,厚夾層沒有坍塌,說明跨度為零。這一階段的主要目的是增加厚夾層的跨度。聲納結(jié)果表明,當(dāng)厚夾層自由跨度為60m時有不穩(wěn)定和崩潰。在此階段,溶劑阻擋界面仍位于厚夾層的下部。由于反循環(huán)空腔,厚夾層與鹵水充分接觸,厚夾層底部暴露于鹵水中。除小部分坍塌外,大部分厚夾層與鹵水不接觸,結(jié)構(gòu)完整,說明不溶性厚夾層易受鹵水浸水不穩(wěn)定坍塌的概率很小。
2.3 巨厚夾層懸空坍塌
調(diào)整內(nèi)管至厚夾層底部注水,外管至厚夾層上部排鹽水。初步確定,夾層大面積坍塌將使管柱斷裂,鹽水循環(huán)將出現(xiàn)短流、聲納交界。結(jié)果表明,井眼周圍的厚夾層大面積坍塌,而井壁邊緣的夾層并未坍塌[2]。
3 特厚夾層的現(xiàn)場處理
根據(jù)以上分析,當(dāng)采用厚夾層作為直接頂板時,失穩(wěn)和坍塌的概率較小,但當(dāng)洞內(nèi)懸挑跨度約為10m時,失穩(wěn)和坍塌的概率很大。由于不穩(wěn)定,容易引起大范圍的坍塌。當(dāng)厚夾層坍塌時,若下部空腔體積較小,則會浪費夾層下部的鹽巖體積[1]。
4 應(yīng)對鹽穴儲氣庫造腔巨厚隔層處理的新思路
4.1 直接頂跨
通過理論分析和現(xiàn)場試驗,發(fā)現(xiàn)厚夾層整體失穩(wěn)和坍塌的概率相對較小。當(dāng)厚夾層達(dá)到極限跨度時,在夾層上下形成空腔,使厚層夾層懸空坍塌。如果層間坍塌跨度小,會在井眼附近堆積大量的碎屑,另外,厚夾層跨度較小,上部鹽層被侵蝕。易形成次生溶洞,層間上部鹽巖體積損失較大。因此從理論上厚夾層坍塌之前,跨度越大越好。
4.2 嚴(yán)格控制溶劑阻隔界面
在場腔形成過程中,隨著厚層間距的增大,溶劑緩蝕劑界面的控制難度相應(yīng)增大,界面隨時可能失去控制,導(dǎo)致光致變色??锥尉植繎?yīng)力破壞導(dǎo)致厚層夾層早期坍塌的風(fēng)險。當(dāng)a井層間跨度達(dá)到60m時,層間底部有一小部分剝落,油水界面緩慢緩慢上升,當(dāng)油水界面調(diào)整到層間上腔時,厚層層立即坍塌,根據(jù)B井造腔資料和聲納測量結(jié)果,油水界面消失與時間有關(guān)的厚層夾層隨后大面積坍塌。當(dāng)不進(jìn)行管柱調(diào)整時,厚夾層提前坍塌會使管柱彎曲或折斷,增加井下工藝難度,影響造腔進(jìn)度。當(dāng)采用厚夾層作為直接頂板時,夾層底部的裸眼段被鹽水浸泡,有一小部分脫落,抗溶劑界面易向上移動,場地坍塌。嚴(yán)格控制防溶劑界面,定期向厚夾層下部注入防溶劑。如有必要,應(yīng)檢測防溶劑的界面位置。
5 結(jié)論
①采用厚夾層作為洞室直接頂板時,穩(wěn)定性好,整體失穩(wěn)坍塌概率小;②在鹽水充分浸泡過程中,與鹽水直接接觸的夾層底部有一小部分容易腐蝕開裂,接頭剝落,不與鹽水直接接觸部分受影響較小,夾層結(jié)構(gòu)完整;③當(dāng)厚夾層跨度達(dá)到一定值時,在厚夾層頂部和底部同時造空腔,由于鹽水沖刷等原因,在裸眼段產(chǎn)生局部應(yīng)力破壞,造成厚層大面積坍塌;④為保證處理的造腔層段內(nèi)12m厚夾層坍塌前空腔體積足夠大,減少井下工藝復(fù)雜的情況。當(dāng)厚夾層的自由跨度約為60m時,可以調(diào)整弦線,同時可以在厚的中間層上下建立空腔,使其在大面積塌陷。
參考文獻(xiàn):
[1]孫春柳,丁國生,完顏祺琪,等.鹽穴儲氣庫造腔過程鹽腔形態(tài)工藝控制方法[C].2017年全國天然氣學(xué)術(shù)年會, 2017,67(45):67-68.
[2]王元剛,陳加松,劉春,等.鹽穴儲氣庫巨厚夾層垮塌控制工藝[J].油氣儲運,2017,89(9):67-68.
作者簡介:
葉萍(1984- ),女,漢族,湖北隨州人,學(xué)歷:碩士,職稱:工程師,研究方向:儲氣庫設(shè)計和生產(chǎn)運行。