CN106481360A - 一种双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，具体是在井矿盐矿区利用大井距双井水平连通不对称水溶开采岩盐，在含盐地层中快速建造单个腔体；同时结合地下溶腔检测结果，利用割管方法调节生产套管的管口位置，实现人为控制地下采盐溶腔形状，最终使采盐溶腔的大小、形状符合储油储气库的建库标准；在造腔过程中，不需要注入隔离液或隔离气。本发明可在各种类型的井矿盐中建造盐穴储油储气库，尤其适用于在超厚岩盐矿层中建造大型单个腔体，可以增加卤水浓度，大幅缩短建库周期，降低盐穴储库的建造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，具体利用大井距双井水平连通井(一口直井、一口水平井)不对称水溶开采井矿盐；根据声纳测腔结果，利用割管方法适时调节直井生产套管的管口位置，控制地下溶腔形状，最终使直井的溶腔满足盐穴储油储气库的标准要求。本发明可在各种类型的井矿盐中建造盐穴储油储气库，尤其适用于在超厚岩盐矿层中建造大型能源储备库。
背景技术
由于地下盐岩具有密封性好、易开挖和建库成本低等优点，使得盐穴储油储气库成为国际上大型能源地下储备的首选。美国、德国、法国和加拿大等国家均建有大型盐穴储油库，形成了大规模的战略石油储备基地；另外，北美和欧洲地区也是世界上盐穴储气库发展较快的区域，已在能源储备与调峰应急等方面具有十分重要的作用。而目前我国尚未建设盐穴储油库，正处于相关研究阶段；在盐穴储气库方面，我国目前仅建成并投用了一座盐穴储气库，即江苏金坛盐穴储气库。
盐穴储油储气库造腔工艺是根据水溶采矿的原理，通过向地下岩盐矿床注入淡水或淡盐水而采出卤水，从而在地下建成一定体积的溶腔，以作为石油、天然气的存储空间。常规的造腔工艺为单井油垫法造腔工艺，是利用油、水互不相溶和油密度小，且油不溶解矿物的特性，在一口盐井中注入三层套管程序(中心管、中间管和技术套管)，从技术套管和中间管环隙注入油，使其在溶腔顶部形成一很薄的油垫层，控制上溶，采用自下而上的方法提升管柱。在建腔初期采用正循环，即淡水从中心管进入，中心管和中间管环隙排出卤水。在建腔后期采用反循环建腔，即淡水从中心管和中间管环隙进入，从中心管排出卤水。为保证盐腔几何形状的稳定性，还需调整中心管和中间管的相对位置，控制注水排卤的流量，当盐穴的容积和形状达到储油储气库设计要求后，转入储油储气库生产运行。常规的盐穴储油储气库造腔工艺采用三层套管，其造腔工艺比较复杂；而且由于流量较小(60～100m3/h)、卤水浓度较低(NaCl含量在260g/l左右)等原因，使得造腔时间较长(建造20万m3的溶腔约需要3～4年)、造腔成本较高，同时大量的淡卤水处理也存在一定难度。
在国外，盐穴储油储气库多建设在地下盐丘中。为了提高盐腔的造腔速度，国外已开发使用了多种促溶工具和工艺方法，如利用流体动力学转换造腔、喷射式逆流水力装置造腔等。与国外不同，由于我国缺少具备建库条件的盐丘资源，只能选择在层状盐层中建库。与盐丘相比，层状盐层的品位较低、盐层较薄、夹层多。因此，国外的建库工艺和方法，不适用于国内盐穴储油储气库建设。为了提高造腔速度，专利201210502009.3(CN103850711A)公开了一种“盐穴储气库双井建库方法”，利用两口直井(两井中心线距离为15-30m)，造腔初期采用单井对流水溶造腔工艺，当两口井自然溶蚀连通后采用双井对流；另外，专利201210348494.3(CN102828777B)公开了一种“双竖井水平对接盐穴储库建造方法”，是在岩盐矿层上建设两口竖井(井口间距为10-30m)，在两口竖井之间建水平井，在建槽、造腔过程中两口竖井交换注水排卤，注水流量为30～100m3/h。
综上所述，常规单井油垫法造腔工艺存在工艺复杂、流量较小、卤水浓度较低、造腔时间较长、造腔成本较高等问题。相关专利也提出了储气库双井建库方法和双竖井水平对接储库建造方法，采取双井对称溶采建双腔，最终双腔合二为一，但在造腔过程中还需结合传统的单井对流或油垫法造腔，而且两口井间距较小，流量不大，在提高造腔速度方面作用有限。
发明内容
为了解决上述问题，本申请的发明人将利用大井距双井水平连通大排量不对称注水采卤，在含盐地层中快速建造单个腔体；尤其是在超厚岩盐矿层中建造大型能源储库。在造腔过程中，无需注入隔离液或隔离气(保护液或保护气)，结合声纳测腔结果，通过割管方法调节生产套管位置，实现快速建造盐穴储油储气库，并降低造腔成本，同时采出的卤水浓度也较高。
本发明所涉及一种双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，该工艺具有(或包括)以下步骤：
(1)在井矿盐矿区，布置两口盐井，其中：一口为直井(优选用作溶盐造腔)、一口为水平井(优选用于排卤)；直井中生产套管的初始管口位置位于含盐地层的底部或下部；水平井的生产套管下入含盐地层中，并通过地下水平通道与直井连通；
(2)在水溶造腔初期，利用直井的生产套管注水(所述水包括水溶液，例如氨碱废液或氯化钙水溶液)开采下部盐群，饱和或近饱和卤水通过地下水平通道从水平井的生产套管采出；
(3)水溶开采一段时间(例如5个月～25个月)后，利用声纳测腔技术，测定直井地下溶腔的体积大小和腔体形状；
(4)根据声纳检测结果，通过割管方法将直井的生产套管割短，提升直井生产套管的管口位置；
(5)利用水溶开采原理，继续向直井中注水开采上部盐群，逐渐扩大直井的溶腔体积，并调整其溶腔形状；
(6)重复以上(3)、(4)和(5)的步骤一个或多个循环，逐渐扩大直井溶腔的体积，并调整直井溶腔的形状，直至直井溶腔的体积、形状满足预定的盐穴储油储气库的要求；
(7)双井溶腔通过密封性检测后投入储油或储气生产运行，在注油/注气排卤过程中，向直井的溶腔中注油/注气，水平井作为排卤的通道；在注卤采油/采气过程中，通过向水平井中注入卤水，从直井采油/采气；
或者(7’)如果水平井不符合储油储气的密封性要求，利用固井水泥将水平井封堵，仅利用直井溶腔进行储油或储气生产运行。
本造腔工艺采用大井距水平连通，直井和水平井井口间距较大，一般为150～350m，优选180～320m，更优选200～300m，最优选220～280m范围(例如约260m)。
优选地，在双井不对称造腔过程中，直井作为溶盐造腔的主要盐井，是主要的成腔井，而水平井主要作为饱和或近饱和卤水的出卤通道，是排卤井。
步骤(1)中作为直井中生产套管的初始管口位置位于含盐地层的底部或下部是指盐矿床总厚度的最底部到最底部以上80m的部位，优选盐矿床总厚度的最底部以上10m到最底部以上60m的部位，更优选盐矿床总厚度的最底部以上15m到最底部以上40m的位置，例如盐矿床总厚度的最底部以上20m的位置。
当直井溶腔的体积、形状满足盐穴储油储气库的要求后，需要对溶腔实施密封性检测。待密封性检测合格后，溶腔才可用于储油储气。在我国储气库建设中，袁光杰等“盐穴储气库密封测试技术的研究及应用”，石油学报，2007年第28期，提出的单孔排泄氮气检测方法。该方法的原理是：向井腔中下入一套试压管柱，安装可以坐挂试压管柱的试压井口，将气水界面测井仪器下至生产套管鞋以下的腔体脖颈处；向井腔中注入适量的饱和卤水，使腔内卤水压力达到设计压力；向试压管柱和生产套管之间的环空中注入氮气(或空气)，当气水界面深度达到生产套管鞋以下10m位置，且生产套管鞋处气体的压力达到储气库最大运行压力的1.1倍时，停止注入氮气(或空气)；保持整个系统温度平衡8～10h后，通过补注气体，使气水界面深度重新处于生产套管鞋以下10m的位置；记录井口各测试仪表读数、油水界面深度及测试时间，每隔1h记录一次，连续测压24h；根据井口压力表读数和气水界面深度变化数值，计算出气体泄漏率随时间的变化趋势以及气体泄漏量的绝对数值，将其作为密封性的判断标准。
在水溶造腔过程中，采取不对称采卤、单井成腔的方法，即直井作为溶盐造腔的主要盐井，而水平井主要作为饱和或近饱和卤水的出卤通道；最终在直井建造大型采盐溶腔，而水平井不形成溶腔或形成较小的溶腔。在储库建成后，直井的采盐溶腔用作储油储气。水平井如果符合储库密封性要求，则作为卤水出入通道。水平井如果不符合储库密封性要求，将用固井水泥充填、封堵；在直井中下入一根中心管，仅利用直井溶腔单独进行注采生产运行。
较大的井间距离使得两口井之间形成长距离地下溶盐通道，而且采出卤水为直井溶腔的底部卤水，这样即使在大排量(一般为100～250m3/h)注水造腔情况下，也可保证采出高浓度(总溶质超过315g/L，其中NaCl含量超过290g/L)的卤水。卤水可以直接用于制盐、制碱生产。
本造腔工艺盐井中不需要注入隔离液或隔离气(保护液或保护气)，通过割管工艺控制生产套管的管口位置，以达到调整溶腔形状的目的。所述“割管工艺”为本领域采矿常用割管技术，采用割管器放入井下，例如通过旋转割管器周边的割刀将套管割断，每次割管的长度根据声纳测腔结果确定。
根据溶腔声纳测腔结果，有计划地割管以调整溶腔形状。溶腔体积一般增加1～15万m3，优选2～12万m3，更优选3～10万m3，最优选4～8万m3范围(例如约5万m3)；溶腔半径一般达到10～90m，优选20～80m，更优选30～70m，最优选40～60m范围(例如约50m)。
本造腔工艺可在各种类型的井矿盐中建造盐穴储油储气库，尤其适用于在超厚岩盐矿层(厚度一般大于150m)中建造大型能源储库(盐穴单体体积30万m3以上，如60万m3)。
所述水溶开采，指本领域的根据盐类矿物易溶于水的特性，把水或淡卤作为溶剂注入矿床，在矿床进行物理化学作用，将盐类矿物就地溶解转变为卤水，然后进行采集与输送的采矿方法。井矿盐水溶开采方法一般是利用淡水，或利用制盐或制碱生产的废水直接注入盐矿井中，或在制盐、制碱生产的废水中加入淡水后替代注井淡水注入盐矿井中进行水溶开采的方法。例如，采取中国专利申请200910183644.8(CN101629484A)所述的方法。淡水采卤的采注比一般是60～95％，优选70～85％，更优选75～82％，最优选大约为80％，若为制碱废液代替淡水采卤，优选采注比大约为87％。
本发明中所述“溶腔”指井矿盐水溶开采后所形成的采盐溶腔，与“盐腔”、“盐穴”、“井腔”互用。
本发明方法步骤(2)所述的“下部盐群”和步骤(5)所述的“上部盐群”中的“上”、“下”是垂直矿井中的相对概念。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。本文未详述的技术方法，均为本领域常用的技术方法。
本申请人的在先申请201110006672.X(CN102205979A)、201210491562.1(CN102936021A)和201310102441.8(CN103161468A)以全部内容被引入本申请中作为参考，就像在本申请中详细描述一样。
具体本发明具有以下有益效果：
1、与现有造腔工艺相比，大井距双井水平连通可实现大排量快速注水采卤，提高造腔速度30％～300％。
2、在直井中，生产套管的管口位置首先在下部盐群中，随着水溶开采不断进行，下部盐群不断溶蚀，逐渐割短生产套管，使其管口位置逐渐提升，在扩大溶腔体积的同时，实现直井溶腔形状的调整和控制。
3、本造腔工艺利用两层套管即可完成整个造腔工艺，盐井中不需要注入隔离液或隔离气(保护液或保护气)，地面也不需要相关油水分离装置，既降低了造腔成本20～50％，也简化了造腔工艺。
4、直井溶腔底部的卤水通过长距离地下水平通道从水平井采出，采出的卤水浓度高(总溶质超过315g/L，其中NaCl含量超过290g/L)，卤水可以直接用于制盐、制碱生产。
5、本造腔工艺通过大井距无垫层双井水平连通实现大排量注水采卤，可在各种类型的井矿盐中建造盐穴储油储气库，尤其适用于在超厚岩盐矿层中建造大型能源储库(如单体盐穴体积高达30万m3以上，如60万m3)。
附图说明
图1为双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺示意图。
图2为双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺的双井运行示意图。
图3为双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺的单井运行示意图。
其中，1为直井，2为水平井，3为直井生产套管，4为直井表层套管，5为水平井生产套管，6为水平井表层套管，7为卤水，8为水不溶物，9为油或气，10为固井水泥，11为中心管。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步的详细阐述，但并非对本发明的限制，应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
对盐矿床(埋藏深度为-1000～-1800m，总厚度约为800m)采用双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，它通过以下步骤实现：
(1)在矿区布置两口盐井(井距300m)，并实现水平连通，其中一口井为直井1(井号为Z1)，另一口井为水平连通井2(井号为S1)；
(2)在两口盐井中，Z1的生产套管3下入位置为-1780m，S1中的生产套管5下入位置为-1600m；
(3)利用Z1的生产套管注水水溶开采下部盐群，饱和或近饱和卤水通过井下连通通道从S1的生产套管5采出；
(4)水溶开采16个月后，利用声纳测腔技术，测定Z1井的腔体大小和形状；
(5)根据声纳测腔结果，通过割管方法将Z1的生产套管割短，提升管口位置至-1680m；
(6)继续向Z1的生产套管中注水开采井矿盐，逐渐开采上部盐群，扩大地下溶腔体积，并调整溶腔的形状；
(7)重复以上(4)、(5)和(6)的步骤，对该井组的含盐地层进行双井不对称水溶开采，逐渐扩大Z1的溶腔体积，并调整其溶腔形状，最终Z1的溶腔大小达60万m3左右，其形状符合储油储气的标准要求；
(8)该井组经密封性试压后投入储油储气生产运行；
(9)在注油/注气排卤过程中，向直井(Z1)的溶腔中注油/注气，水平井(S1)作为排卤的通道(如图2所示)；
(10)在注卤采油/采气过程中，通过向水平井(S1)中注入卤水7，从直井(Z1)采油/采气。
实施例2
对盐矿床(埋藏深度为-900～-1400m，总厚度约为500m)采用双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，它通过以下步骤实现：
(1)在矿区布置两口盐井(井距250m)，并实现水平连通，其中一口井为直井1(井号为Z2)，另一口井为水平连通井2(井号为S2)；
(2)在两口盐井中，Z2中的生产套管3下入位置为-1380m，S2中的生产套管5下入位置为-1250m；
(3)利用Z2的生产套管注水水溶开采下部盐群，饱和或近饱和卤水通过井下连通通道从S2的生产套管5采出；
(4)水溶开采12个月后，利用声纳测腔技术，测定Z2井的腔体大小和形状；
(5)根据声纳测腔结果，通过割管工艺将Z2的生产套管割短，提升管口位置至-1300m；
(6)继续向Z2的生产套管中注水开采井矿盐，逐渐开采上部盐群，扩大地下溶腔体积，并调整溶腔的形状；
(7)重复以上(4)、(5)和(6)的步骤，对该井组的含盐地层进行双井不对称水溶开采，逐渐扩大Z2的溶腔体积，并调整其溶腔形状，最终Z2的溶腔大小达40万m3左右，其形状符合储油储气的标准要求；
(8)经密封性试压，直井(Z2)可以用于储油储气生产运行，水平井(S2)不符合储油储气密封性要求，将水平井用固井水泥10充填、封堵；
(9)在直井中下入一根中心管11，仅利用直井溶腔单独进行注采生产运行(如图3所示)。
Claims (8)
1.一种双井不对称采卤快速建造盐穴储库工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)在井矿盐矿区，布置两口盐井，其中：一口为直井、一口为水平井；直井中生产套管的初始管口位置位于含盐地层的底部或下部；水平井的生产套管下入含盐地层中，并通过地下水平通道与直井连通；
(2)在水溶造腔初期，利用直井的生产套管注水开采下部盐群，饱和或近饱和卤水通过地下水平通道从水平井的生产套管采出；
(3)水溶开采一段时间后，利用声纳测腔技术，测定直井地下溶腔的体积大小和腔体形状；
(4)根据声纳检测结果，通过割管方法将直井的生产套管割短，提升直井生产套管的管口位置；
(5)利用水溶开采原理，继续向直井中注水开采上部盐群，逐渐扩大直井的溶腔体积，并调整其溶腔形状；
(6)重复以上(3)、(4)和(5)的步骤一个或多个循环，逐渐扩大直井溶腔的体积，并调整直井溶腔的形状，直至直井溶腔的体积、形状满足预定的盐穴储油储气库的要求；
(7)双井溶腔通过密封性检测试压后投入储油或储气生产运行：在注油/注气排卤过程中，向直井的溶腔中注油/注气，水平井作为排卤的通道；在注卤采油/采气过程中，通过向水平井中注入卤水，从直井采油/采气；
或者(7’)如果水平井不符合储油储气的密封性要求，利用固井水泥将水平井封堵，仅利用直井溶腔进行储油或储气生产运行。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：直井和水平井的井口间距为150～350m，优选180～320m，更优选200～300m，最优选220～280m范围(例如约260m)。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于：在双井不对称造腔过程中，直井作为溶盐造腔的主要盐井，是主要的成腔井，而水平井主要作为饱和或近饱和卤水的出卤通道，是排卤井。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的工艺，其特征在于：大井距双井水平连通实现大排量快速注水采卤，流量为100～250m3/h，提高造腔速度30％～300％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的工艺，其特征在于：在直井中，生产套管的管口位置首先在下部盐群中，随着水溶开采不断进行，下部盐群不断溶蚀，逐渐割短生产套管，使其管口位置逐渐提升，在扩大溶腔体积的同时，逐渐调整直井溶腔的形状。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的工艺，其特征在于：本造腔工艺盐井中不需要注入隔离液或隔离气，地面不需要相关油水分离装置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的工艺，其特征在于：直井溶腔中底部的卤水通过地下水平通道从水平井采出，采出的卤水总溶质浓度达到315g/L以上，其中NaCl含量在290g/L以上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的工艺，其特征在于：步骤(1)中作为直井中生产套管的初始管口位置位于含盐地层的底部或下部是指盐矿床总厚度的最底部到最底部以上80m的部位，优选盐矿床总厚度的最底部以上10m到最底部以上60m的部位，更优选盐矿床总厚度的最底部以上15m到最底部以上40m的位置，例如盐矿床总厚度的最底部以上20m的位置。
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