CN104568052A - 一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，它包括如下步骤：在井口安装高精度压力表和密度表，分别测量采卤管与注油管的井口压力和液体密度，然后将测量数据代入根据等效“U”形管模型建模推导出的计算公式进行油水界面计算，可求得油水界面实际深度。采用本发明的检测方法，无需井下下入检测仪器，避免的下放过程中电缆损坏或仪器损坏造成的施工风险，也简化了措施工艺，避免了油水界面设计深度更变时要重新起下管柱繁琐的工艺流程。

Description

一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法

技术领域

本发明涉及盐矿开采及盐岩溶腔利用领域，具体涉及一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法。

背景技术

盐穴建造过程实际上是一个水溶采卤的过程，将水用泵通过造腔管柱注入盐层，溶盐后从井下抽到地面加以处理或利用；经过长期连续循环，溶解的盐量越来越多，在盐层中形成的腔体也越来越大，最终达到储气库的设计要求。目前世界上建造盐穴储气库采用的井型主要有3种形式:

(1)单井单腔，即盐层内钻一口井，套管下入到盐层顶部，然后注水，逐渐在盐层内淋滤形成一个腔体。其造腔管柱如图1所示，在生产套管7内依次内套中间管8、中心管9，生产套管7下入到盐层顶部，中心管9下入盐层底部，设中心管9为注水管3，中间管8与中心管的环空为采卤管2，中间管8与生产套管7的环空为注油管1。地面的淡水或淡卤水经注水管3注入腔体，逐渐在盐层内淋滤形成一个腔体，腔内卤水从采卤管2流出到地面，流动的非饱和卤水不断溶蚀腔壁盐岩，腔体的体积逐步扩大；通过注油管1注入柴油或其他与盐水不相融液体，下行形成油垫层6隔开淡卤水和腔顶盐岩，达到抑制上溶并促使腔体横向溶漓，或者上行撤除油垫层，让淡卤水充分接触腔顶盐岩，腔体向上发展，从而达到建造较为理想的储库腔体形状的目的。这是最简单也是最常用的建腔方式。

(2)单井双腔。这是针对储气库由两个储层构成或夹层很厚的情况下而开发的建腔方法。即钻一口井贯穿上、下两层，套管下入到下部盐层的顶部，先溶漓下部盐层，形成设计的腔体后，再溶漓上部腔体，从而形成两个独立的盐腔。

(3)双井单腔，即在同一盐层的相邻位置钻两口井，连通后，一口井用来注水，另一口井用来采卤水。

造腔所采取的井眼形式虽然多种多样，但广泛应用的形式仍是一口直井造一个腔(即单井单腔)。虽然周期相对长一些，但它具有操作简单、安全性好等特点。而其他形式的井腔组合虽然可行，有的造腔效率甚至更高，但均存在腔体形状控制困难、顶板不易保护、安全性低和投资大等问题。

盐穴型储气库建设在造腔过程中必须通过调节油水界面高度来控制溶腔顶板形状，如果控制不当，将使盐穴顶部溶解，破坏其几何形态并影响其保持压力的能力，因此通过造腔实时监测手段来监控油水界面高度，以保证盐穴腔体按设计形状和体积建造是一种必要手段和措施。

现阶段，国内主要通过电缆下放检测传感器到储气井井下，来监测盐穴型储气库建设造腔过程中油水界面深度的变化，专利申请号为200820080022.3，名称为多通道电阻式油水界面检测仪，它通过检测传感器来监测盐穴型储气库建设造腔过程中油水界面深度的变化，从而根据检测油水界面深度来调节油水界面深度，起到保护溶腔顶板形状的作用。但是，该技术必须通过3～5芯铠装电缆连接检测传感器，铠装电缆在每根中间管上用电缆固定卡子绑定下井，作业工作量大，而且仪器下放过程中电缆铠装护甲有可能被损坏，影响检测成功率。另外在使用该技术时，如果要对设计油水界面深度进行改动或者井下检测传感器损坏时，就必须起出中心管，将检测传感器重新下入目的深度，工作量大，措施施工步骤繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种无需井下下入检测仪器，避免了油水界面设计深度更变时要重新起下管柱繁琐的盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法。

本发明所采用的技术方案为：一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一、首先在井口装置的注油管闸门处分别安装高精度压力表及密度表，用于测试注油管的井口压力P_O及密度值ρ_O，在采卤管闸门处分别安装高精度压力表及密度表，用于测试采卤管的井口压力P_L及密度值ρ_L，在注水管的闸门处分别安装高精度压力表及密度表，用于测试注水压力P_W及注入水密度ρ_W；

步骤二、关闭注水泵，并同时关闭注油管、采卤管及注水管的闸门，静置设定时间，使地层和管柱间液体压力稳定，然后在井口仪表上读取压力、密度数据；

步骤三、将储气库造腔管柱等效为“U”形管进行数学建模。即当井口所有闸门关闭时，造腔管柱与地层构成一个密闭腔体，采卤管、注水管及注油管每两个密闭回路之间可等效为一个理想的“U”形管模型(如图2所示)，“U”形管静态平衡时“U”形管两端的能量一致。设P_油、P_水、P_卤分别为井口压力表测得的注油管的井口压力、注水管井口压力以及采卤管的井口压力；P_油盐水柱为假设油水界面至采卤管下端参考点之间的盐水柱产生的液柱压力；P_油柱为井口液面至假设油水界面处油柱产生的液柱压力；井口注油管压力表与密度表显示注油管压力为P_油以下用P_O表示，显示的注油管井口测量的柴油密度为ρ_O；井口采卤管压力表A1与密度表M1显示的采卤管压力为P_卤以下用P_L表示，显示的采卤管井口测量的盐水密度为ρ_L；h为注油管油柱高度；H₁为注水管管柱下入深度，H为采卤管管柱下入深度；g为当地重力加速度。

步骤四、当选择注油环空与注水油管间等效“U”形管，选取注水管柱最下端出水口为参考点，根据流体力学原理可得：

P_水+P_水柱＝P_油+P_油柱+P_{注油管水柱}

P_w+ρ_wgH＝P_o+ρ_ogh+ρ_Lg(H₁-h)

$h\frac{P_W-P_o+({\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_L){\mathrm{gH}}_1}{({\mathrm{\ρ}}_o-{\mathrm{\ρ}}_L)\·g}---\left(a\right)$

公式(a)中h即为注油环空与注水油管间等效“U”形管后油水界面深度的计算公式。

当选择注油环空与采卤环空之间等效“U”形管，选取采卤管最下端的出卤口为参考点，根据流体力学原理可得：

P_卤+P_盐水柱＝P_油+P_油柱+P_{注油管盐水柱}

P_L+ρ_LgH＝P_O+ρ_ogh+ρ_Lg(H-h)

$h=\frac{P_L-P_o}{({\mathrm{\ρ}}_o-{\mathrm{\ρ}}_L)\·g}---\left(b\right)$

公式(b)中h即为注油环空与采卤环空间等效“U”形管后油水界面深度的计算公式；

结合图2，对公式(a)和(b)进行对比分析：

A、由于采卤管进液口A比注水管出水口B深度小；

B、采卤管内盐水密度跟地层腔体内盐水密度更为接近。

即本发明选择注油管与采卤管间等效“U”形管进行建模，可有效减小计算结果的误差值，因此本发明确定选用公式(b)作为油水界面深值的计算公式。

步骤五、计算最终油水界面深度H_终，H_终＝K×h_计，其中K为实际深度与计算深度之间的转化系数。

选择公式(b)进行计算，设实际真实油水界面深度为h_实，计算油水界面深度为h_计，算出h_实＝K×h_计，

于是即

K＝h_实/h_计   (c)

K值求取步骤：

(1)首先通过测试手段，测取多组实际真实油水界面深度值h_实；

(2)然后，在测取各组实际真实油水界面深度值h_实的同时，记录井口各密度表及压力表的测量数据，代入公式(b)，求出计算油水界面深度值h_计；

(3)利用公式(c)分别根据采集数据求出多组的K值，并计算出所有K值的平均值K_{平 均}，K_平均即为油水界面计算深度与实际深度的关系系数；

我们最终要求取的油水界面深度计算公式即可表示为：H_终＝K_平均×h_计。

按上述技术方案，所述压力表的测量精度为0.01％F.S以上，分辨率在10mbar以上，密度表的测试密度范围在0.50-3.00g/cm³以上，分辨率在0.0001g/cm³以上，测试精度在0.0001g/cm³以上。

本发明所取得的有益效果为：

采用本发明的检测方法，无需井下下入检测仪器，避免的下放过程中电缆损坏或仪器损坏造成的施工风险，也简化了措施工艺，避免了油水界面设计深度更变时要重新起下管柱繁琐的工艺流程。

附图说明

图1为盐穴型储气库造腔管柱示意图。

图2为盐穴型储气库造腔管柱等效“U”形管示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，它包括如下步骤：

步骤一、首先在井口装置的注油管1闸门处分别安装高精度压力表及密度表5(如图1所示)，用于测试注油管的井口压力P_O及密度值ρ_O，在采卤管2闸门处分别安装高精度压力表及密度表4，用于测试采卤管的井口压力P_L及密度值

ρ_L；

步骤二、关闭注水泵，并同时关闭注油管1、采卤管2及注水管3的闸门，静置30分钟，使地层和管柱间液体压力稳定，然后在井口仪表上读取压力、密度数据；

步骤三、将储气库造腔管柱等效为“U”形管进行数学建模。即当井口所有闸门关闭时，造腔管柱与地层构成一个密闭腔体，采卤管、注水管及注油管每两个密闭回路之间可等效为一个理想的“U”形管模型(如图2所示)，“U”形管静态平衡时“U”形管两端的能量一致。P_油、P_水、P_卤分别为井口压力表测得的注油管1的井口压力、注水管3井口压力以及采卤管2的井口压力；P_油盐水柱为假设油水界面10至采卤管2下端参考点A之间的盐水柱产生的液柱压力；P_油柱为井口液面至假设油水界面10处油柱产生的液柱压力；井口注油管压力表A2与密度表M2显示注油管压力为P_油以下用P_O表示，显示的注油管井口测量的柴油密度为ρ_O；井口采卤管压力表A1与密度表M1显示的采卤管压力为P_卤以下用P_L表示，显示的采卤管井口测量的盐水密度为ρ_L；h为注油管油柱高度；H为采卤管管柱下入深度；g为当地重力加速度。步骤三、选择注油环空与采卤环空之间等效“U”形管，选取出卤管(即中间管8)最下端的出卤口A为参考点，根据流体力学原理可得：

P_卤+P_盐水柱＝P_油+P_油柱+P_{注油管盐水柱}

P_L+ρ_LgH＝P_O+ρ_ogh+ρ_Lg(H-h)

$h=\frac{P_L-P_o}{({\mathrm{\ρ}}_o-{\mathrm{\ρ}}_L)\·g}---\left(b\right)$

公式(b)中h即为注油环空与采卤环空间等效“U”形管后油水界面深度的计算公式，该计算结果表示为h_计。

步骤四、计算最终油水界面深度H_终。根据公式(b)计算求得的油水界面深度的计算结果与实际深度比较，不可避免的存在一定误差，为了减小这个误差，可以找出油水界面深度计算结果与实际深度之间的关系，设实际真实油水界面深度为h_实，计算深度为h_计，计算深度与实际深度间误差为h_误，考虑到误差主要由不同深度卤水密度分布及井口测量仪表产生，设K为实际深度与计算深度之间的转化系数，两者数学关系可表示为：

实际深度＝K*油水界面计算深度

即h_实＝K×h_计

于是

K＝h_实/h_计  (c)

K值求取步骤：

(1)首先通过测试手段，测取多组实际真实油水界面深度值h_实；

(2)然后，在测取各组实际真实油水界面深度值h_实的同时，记录井口各密度表及压力表的测量数据，代入公式(b)，求出计算油水界面深度值h_计；

(3)利用公式(c)分别根据采集数据求出多组的K值，并计算出所有K值的平均值K_{平 均}，K_平均即为油水界面计算深度与实际深度的关系系数；

我们最终要求取的油水界面深度H_终的计算公式即可表示为：

H_终＝K_平均×h_计  (d)。

代入以上数据进行计算，利用公式(c)分别根据采集数据求出多组的K值，并计算出所有K值的平均值，所得到的K值的平均值K_平均即为油水界面计算深度与实际深度的关系系数。

因此，我们要最终要计算得出的油水界面深度H_终，计算公式如下：

H_终＝K_平均×h_计  (d)

本实施例中，井口压力表和密度表的精度等级选择：

计算的油水界面深度误差主要来自井口压力表及密度表产生的精度误差，仪表测量精度越高，计算误差越小，必须选用较高精度等级的压力表和密度表。

A、压力表：

压力范围：0-200bar

分辨率：10mbar

测量精度：0.01％F.S

B、密度计：

测量密度范围：0.50-3.00g/cm³

分辨率：0.0001g/cm³

测量精度：0.0001g/cm³

因此，井口压力表及密度表精度不能低于以上所选精度等级。

采用本发明的检测方法，无需井下下入检测仪器，避免的下放过程中电缆损坏或仪器损坏造成的施工风险，也简化了措施工艺，避免了油水界面设计深度更变时要重新起下管柱繁琐的工艺流程。

Claims (3)

1.一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一、首先在井口装置的注油管闸门处分别安装压力表及密度表，用于测试注油管的井口压力P_O及密度值ρ_L，在采卤管闸门处分别安装压力表及密度表，用于测试采卤管的井口压力P_L及密度值ρ_L；

步骤二、关闭注水泵，并同时关闭注油管、采卤管及注水管的闸门，静置设定时间，使地层和管柱间液体压力稳定，然后在井口仪表上读取压力、密度数据；

步骤三、将储气库造腔管柱等效“U”形管进行数学建模，即当井口所有闸门关闭时，造腔管柱与地层构成一个密闭腔体，采卤管、注水管及注油管每两个密闭回路之间可等效为一个理想的“U”形管模型；

步骤四、选择注油环空与采卤环空之间等效“U”形管，选取采卤管最下端的出卤口为参考点，根据流体力学原理可得：

P^L+ρ^LgH＝P^O+ρ_ogh+ρ^Lg(H-h)    (1)

$h=\frac{P_L-P_o}{({\mathrm{\ρ}}_o-{\mathrm{\ρ}}_L)\·g}---\left(a\right)$

式(1)中，H为采卤管管柱下入的深度；h为注油管油柱高度；公式(a)中h即为注油环空与采卤环空间等效“U”形管后油水界面深度的计算公式，表示为h_计。

步骤五、计算最终油水界面深度H_终，H_终＝K×h_计，其中K为实际深度与计算深度之间的转化系数。

2.根据权利要求1所述的一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，其特征在于：步骤五具体为：设实际真实油水界面深度为h_实，计算油水界面深度为h_计，得到

K＝h_实/h_计     (b)

K值求取步骤：

(1)首先通过测试手段，测取多组实际真实油水界面深度值h_实；

(2)然后，在测取各组实际真实油水界面深度值h_实的同时，记录井口各密度表及压力表的测量数据，代入公式(a)，求出计算油水界面深度值h_计；

(3)利用公式(b)分别根据采集数据求出多组的K值，并计算出所有K值的平均值K_{平 均}，K_平均即为油水界面计算深度与实际深度的关系系数；

最终的油水界面深度计算公式为：H_终＝K_平均×h_计。

3.根据权利要求1或2所述的一种盐穴型储气库造腔过程油水界面检测方法，其特征在于：所述压力表的测量精度为0.01％F.S以上，分辨率在10mbar以上，密度表的测试密度范围在0.50-3.00g/cm³以上，分辨率在0.0001g/cm³以上，测试精度在0.0001g/cm³以上。