CN107701189B - 高杂质盐矿大型储气库双井建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，包括：开一口直井和一口斜井；将直井和斜井连通；对斜井进行割管，形成直井端高度小于斜井端高度的盐穴；向斜井中注入气体，使盐穴中的卤水由直井排出地表，完成储气库的建造。本发明突破了客观地质条件的制约，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及储气库建造技术领域，尤其涉及一种高杂质盐矿大型储气库双井建造方法。
背景技术
目前，盐穴储气库在欧美发达国家已经被广泛应用，其是实施天然气、氢气和空气等储能的优良场所。盐矿的主要成分是氯化钠，其具有良好的水溶特性，因此，盐穴储气库通常采用单井水溶法进行建造。
在盐穴储气库的建造过程中，当可溶性盐被水溶解后，杂质(包括盐层内包裹的不溶物以及盐间夹层内的不溶物)会散落到盐穴底部，形成沉渣。在杂质的堆积过程中形成大量空隙，杂质堆积后的总体积与原始体积之比称为“碎胀系数”。关于盐穴储库不溶物杂质碎胀系数的研究表明，某矿区的不溶物沉渣的碎胀系数可达1.701。按照这一碎胀系数计算，当盐矿的综合可溶率低于63％时，可溶性盐溶解后形成的空间将全部被沉渣覆盖。因此，采用目前的单井对流水溶造腔方法，无法建成储气库。
目前我国唯一正在开展大规模建设的金坛储气库，盐矿综合可溶率在85％左右，而我国其他需要建库的区域已经无法找到这类高品位盐矿，多数盐矿为高杂质盐矿。这意味着在我国高杂质盐矿区域，很难建成大型储气库。如果按照碎胀系数为1.701计算，沉渣中的空隙体积所占比例高达41％。由于我国存在大量厚度达数百米的高杂质盐矿，因此由杂质形成的沉渣的空隙的体积巨大。现有的盐穴储气库建造技术，无法实现沉渣空隙中卤水的排出。
综上所述，高杂质的问题严重阻碍了我国大型盐穴储气库的建设，现有的建库技术也无法满足在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的迫切需求。
发明内容
本发明通过提供一种高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的技术问题。
本发明提供了一种高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，包括：
开一口直井和一口斜井；
将所述直井和所述斜井连通；
对所述斜井进行割管，形成直井端高度小于斜井端高度的盐穴；
向所述斜井中注入气体，使所述盐穴中的卤水由所述直井排出地表，完成储气库的建造。
进一步地，在所述开一口直井和一口斜井的过程中，将所述直井的井位布置在盐矿层较低的一侧，将所述斜井的井位布置在所述盐矿层较高的一侧。
进一步地，在所述将所述直井和所述斜井连通之后，还包括：
向所述直井注入柴油，在所述直井套管口的上部形成柴油垫层；
向所述斜井注入溶剂，使盐穴中的卤水从所述直井排出。
进一步地，在所述直井套管口的上部形成柴油垫层之后，还包括：
向所述直井注入酸液，将所述直井中的沉渣溶蚀为可被卤水携带的颗粒；
向所述斜井注入溶剂，使所述颗粒由所述卤水携带出所述直井。
进一步地，在所述将所述直井和所述斜井连通之后，还包括：
对所述直井做防结晶处理。
进一步地，所述对所述直井做防结晶处理，包括：
向所述直井注入溶剂，且所述溶剂注入的总量为所述直井的管柱容积的2-5倍。
进一步地，所述对所述斜井进行割管，包括：
判断向所述斜井注入的溶剂的流量是否小于预设流量，或，从所述盐穴中排出的卤水是否饱和；
若所述溶剂的流量小于所述预设流量，或，从所述盐穴中排出的卤水不饱和，对所述斜井进行割管。
进一步地，所述对所述斜井进行割管，包括：
监测所述斜井的套管外部的水泥环的胶结质量；
判断所述水泥环的胶结质量是否由好到差转变；
若是，则所述水泥环的胶结质量由好到差转变的深度为腔顶位置；
确定所述腔顶位置以下10-50m为割管位置，对所述斜井进行割管。
进一步地，在所述对所述斜井进行割管之后，还包括：
判断所述腔顶位置是否达到预设位置；
若是，向所述斜井注入柴油，以确保在所述斜井端盐穴形成稳定的顶板形态，并确保顶板保护层的厚度达到预设厚度。
进一步地，所述注入的气体为以下任意一种：
天然气、氢气、空气、二氧化碳。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在高杂质盐矿先开一口直井和一口斜井，并使直井和斜井连通；再对斜井进行割管，控制斜井端盐穴的扩展，将斜井端盐穴做大、做高；接着向斜井中注入气体，使盐穴中的卤水由直井排出地表，在这个过程中，将沉渣空隙中的卤水排出地面，最终建成大型盐穴储气库，突破了客观地质条件的制约，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的技术问题。本发明不仅突破了盐矿杂质对建库规模的制约，使得建库选址要求进一步放宽；而且实现了对沉渣空隙的资源化利用，有效扩大了盐穴储气库的建库规模。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法中固井完成后的井身的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法中执行完步骤S130之后的状态示意图；
图4为本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法中盐穴水溶造腔完成后的状态示意图；
图5为本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法中执行完步骤S140之后的状态示意图；
图6为储气库运行状态示意图。
其中，1-直井，2-斜井，3-盐矿顶板，4-盐矿，5-盐矿底板，6-直井套管口，7-斜井套管口，8-裸井段，9-第一阶段后的割管位置，10-第一阶段的盐穴边界，11-第二阶段后的割管位置，12-第二阶段的盐穴边界，13-第N阶段后的割管位置，14-第N阶段的盐穴边界，15-柴油垫层，16-卤水充填区，17-卤水和沉渣充填区，18-气体充填区，19-气体和沉渣充填区，20-最终盐穴。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的技术问题。
本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
在高杂质盐矿先开一口直井和一口斜井，并使直井和斜井连通；再对斜井进行割管，控制斜井端盐穴的扩展，将斜井端盐穴做大、做高；接着向斜井中注入气体，使盐穴中的卤水由直井排出地表，在这个过程中，将沉渣空隙中的卤水排出地面，最终建成大型盐穴储气库，突破了客观地质条件的制约，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿中建设大型盐穴储气库的技术问题。本发明不仅突破了盐矿杂质对建库规模的制约，使得建库选址要求进一步放宽；而且实现了对沉渣空隙的资源化利用，有效扩大了盐穴储气库的建库规模。这里需要说明的是，本发明实施例所述的“高杂质盐矿”是指可溶率低于70％的盐矿。本发明实施例所述的“大型盐穴储气库”是指有效储气体积大于10万立方米的盐穴储气库。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1，本发明实施例提供的高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，包括：
步骤S110：开一口直井1和一口斜井2；
为了使造腔完成后有更多的卤水可以从直井1排出，同时也有利于斜井2钻井，根据盐矿4的地层倾斜情况，在开一口直井1和一口斜井2的过程中，将直井1的井位布置在盐矿层较低的一侧，将斜井2的井位布置在盐矿层较高的一侧。钻一口直井1，并完成固井。
步骤S120：将直井1和斜井2连通，并完成固井；
对本步骤进行具体说明：
参见图2，固井过程中套管口位置要求如下：
①套管口竖直方向位置：在盐矿底板5具有良好密封性的前提下，直井套管口6位于盐矿底板5以上1-6m；斜井套管口7位于盐矿底板5以上1-6m，且斜井套管口7须指向斜下方，以防止沉渣堵井。需要说明的是，斜井2在钻进过程中应与地层倾向平行的“水平段”(裸井段8)距离盐矿底板1-6m，以防止斜井2钻入盐矿底板5后在后期的溶腔过程中造成堵井。
②套管口水平方向位置：直井套管口6与斜井套管口7的水平方向距离不小于100m(优选为200m以上)，以保证从斜井2注入的溶剂与盐矿有足够的接触面积，进而保证直井端附近的卤水为饱和状态，以避免裸井段8过度向上溶解，从而避免斜井端的沉渣大量堆积后向直井端挤压流动而造成直井1堵塞，同时也可避免直井端盐穴过度上溶。
对本发明实施例进行具体说明，在将直井1和斜井2连通之后，还包括：
向直井1注入溶剂，使直井1中的卤水从斜井2排出。
这里需要说明的是，在建槽过程中，为了防止沉渣过早沉积而造成底部盐岩溶解不充分，同时防止沉渣堵井，注入的溶剂的流量不宜低于60m3/h，具体流量可根据具体矿区的情况进行调整。为了将直井套管口6以上数米范围的盐岩适度溶解，并为下一步注入柴油腾出空间，当注水总量达到300m3时，停止注水，具体注水量可根据具体矿区的情况进行调整。
在本实施例中，注入的溶剂为可溶解盐矿的液体，例如含盐(如NaCl、Na2SO4等)浓度不大于30g/L的H2O溶液。
为了充分溶解直井1管柱内的结晶盐，以防止结晶堵管，在将直井1和斜井2连通之后，还对直井1做防结晶处理。另外，当地面管线的压力上升且伴随排卤流量下降时，也应及时进行直井1管柱的防结晶处理。
对防结晶步骤进行说明：
向直井1注入溶剂，且溶剂注入的总量为直井1的管柱容积的2-5倍。在本实施例中，每隔数周(例如9周)向直井1注入溶剂，且注入的溶剂的盐浓度不大于30g/L，溶剂注入的流量不大于20m3/h。
为了防止裸井段8过度向上溶解，从而避免斜井端的沉渣大量堆积后向直井端挤压流动而造成直井1堵塞，同时也可进一步避免直井端盐穴过度上溶，在对直井1做防结晶处理之后，向斜井2注入溶剂，使由直井1和斜井2连通所形成的盐穴中的卤水从直井1排出。
为了防止直井端盐穴过度向上发展，还向直井1注入柴油，在直井套管口6的上部形成柴油垫层15。
为了防止直井1底部的沉渣堆积过多而造成堵井，在注入柴油操作结束后，紧接着向直井1注入酸液，将直井1中的沉渣溶蚀为可被卤水携带的颗粒；在本实施例中，酸液的配比根据沉渣的岩性进行确定，一般为容易与沉渣中的碳酸岩、砂岩或粘土反应，但是不易与盐矿4(主要成分为NaCl)发生反应的酸性物质。具体地，酸液可以为盐酸(HCl)、氢氟酸(HF)和水(H2O)的混合液。酸液注入的流量宜为10m3/h。
向斜井2注入溶剂，使颗粒由卤水携带出直井1，从而实现直井1除渣。在本实施例的除渣过程中，溶剂注入的流量不宜低于120m3/h，从而保证直井1中的液体有足够快的流速，以便将更多的沉渣携带到地面。
步骤S130：对斜井2进行割管，形成直井端高度小于斜井端高度的盐穴，通过适时割管控制盐穴的形态；
在本实施例中，提供了三种割管方案。
第一种割管方案为：
判断向斜井2注入的溶剂的流量是否小于预设流量。具体地，可以在斜井2的井口监测溶剂的注入流量。在本实施例中，预设流量为60m3/h。
若溶剂的流量小于预设流量，说明斜井管柱被沉渣掩埋过深，需要对斜井2进行割管，以提高斜井2出水口的深度，使得注入的溶剂能够溶解更靠上的盐层。
若溶剂的流量等于或者大于预设流量，说明造腔过程正常，无需对斜井2进行割管。
第二种割管方案为：
判断从盐穴中排出的卤水是否饱和；具体地，可以对卤水进行浓度检验。若卤水的浓度不低于300g/L，则说明该卤水为饱和卤水。
若从盐穴中排出的卤水不饱和，对斜井2进行割管；
若从盐穴中排出的卤水饱和，则不对斜井2进行割管。
第三种割管方案为：
监测斜井2的套管外部的水泥环的胶结质量；具体地，可以通过声波测井探测斜井2的套管外部的水泥环的胶结质量。
判断水泥环的胶结质量是否由好到差转变。
若是，说明转变点以下的盐层已经被溶解，则水泥环的胶结质量由好到差转变的深度为腔顶位置。
确定腔顶位置以下10-50m为割管位置，对斜井2进行割管。
需要说明的是，通过多次割管来控制盐穴的形态，参见图3，第一阶段的盐穴边界10形成后，在第一阶段后的割管位置9进行割管，可获得第二阶段的盐穴边界12。然后在第二阶段后的割管位置11进行割管，可获得新的盐穴边界。依次类推N个阶段，可获得第N阶段的盐穴边界14，最后在第N阶段后的割管位置13进行割管，获得最终盐穴20。最终盐穴20的基本形态为直井端高度远小于斜井端高度。
为了确保最终盐穴20在斜井端形成稳定的顶板形态，并确保顶板保护层的厚度达到预设厚度(通常为30m以上)，从而保障盐穴储气库良好的密封性，在对斜井2进行割管之后，还包括：
判断腔顶位置是否达到预设位置；具体地，可以通过声波测井或声纳测腔的方式来确定腔顶位置。其中，预设位置由所需的顶板保护层的厚度要求而定；
若是，则说明斜井端腔顶接近盐矿顶板3，需要向斜井2注入柴油，且注入的柴油的总量不少于5m3。
步骤S140：向斜井2中注入气体，使盐穴中的卤水由直井1排出地表，完成储气库的建造。
对本步骤进行说明：
参见图4和图5，将斜井2和直井1改造为气密封管柱系统后，从斜井2注入气体，盐穴内的卤水经由直井1被压出到地面。在这一过程中，图4中的卤水充填区16中的所有卤水被排出，形成气体充填区18；卤水和沉渣充填区17中的绝大部分卤水被排出，形成气体和沉渣充填区19，沉渣空隙中的卤水基本被气体替换，从而实现了对沉渣空隙的有效利用，有效增大了盐穴储气体积。
参见图6，在注气排卤完成后，将直井1排卤管柱的位置进行调整，以便于气体的进出。在运行过程中，气体可以从直井1和斜井2的管柱同时进出，从而将储气库的注采气效率提高到单井储气的2倍左右。
这里需要说明的是，在本实施例中，注入的气体为以下任意一种：
天然气、氢气、空气、二氧化碳。
【技术效果】
1、在高杂质盐矿4先开一口直井1和一口斜井2，并使直井1和斜井2连通；再对斜井2进行割管，控制斜井端盐穴的扩展，将斜井端盐穴做大、做高；接着向斜井2中注入气体，使盐穴中的卤水由直井排出地表，在这个过程中，将沉渣空隙中的卤水排出地面，最终建成大型盐穴储气库，突破了客观地质条件的制约，解决了现有技术中无法在高杂质盐矿4中建设大型盐穴储气库的技术问题。本发明实施例不仅突破了盐矿杂质对建库规模的制约，使得建库选址要求进一步放宽；而且实现了对沉渣空隙的资源化利用，有效扩大了盐穴储气库的建库规模。
2、在开一口直井1和一口斜井2的过程中，将直井1的井位布置在盐矿层较低的一侧，将斜井2的井位布置在盐矿层较高的一侧，从而使造腔完成后有更多的卤水可以从直井1排出，同时也有利于斜井2钻井。
3、在将直井1和斜井2连通之后，向直井1注入柴油，在直井套管口6的上部形成柴油垫层15，从而防止了直井端盐穴过度向上发展。而且还向斜井2注入溶剂，使盐穴中的卤水从直井1排出，不仅避免了沉渣过早沉积而造成底部盐岩溶解不充分，而且还避免了沉渣堵井。
4、在直井套管口6的上部形成柴油垫层15之后，向直井1注入酸液，将直井1中的沉渣溶蚀为可被卤水携带的颗粒，并向斜井2注入溶剂，使颗粒由卤水携带出直井1，进一步防止了直井1底部的沉渣堆积过多而造成堵井。
5、在将直井1和斜井2连通之后，对直井1做防结晶处理，不仅保证了直井1管柱内的结晶盐充分溶解，而且还确保了直井端盐穴不会过度上溶。
本发明实施例适用于天然气、氢气地下储库或压气蓄能电站地下储气库的建造工程。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种高杂质盐矿大型储气库双井建造方法，其特征在于，包括：
开一口直井和一口斜井；
将所述直井和所述斜井连通；
对所述斜井进行割管，形成直井端高度小于斜井端高度的盐穴；
向所述斜井中注入气体，使所述盐穴中的卤水由所述直井排出地表，完成储气库的建造；在这个过程中，将沉渣空隙中的卤水排出地面，最终建成大型盐穴储气库；
在所述将所述直井和所述斜井连通之后，还包括：
向所述直井注入柴油，在所述直井套管口的上部形成柴油垫层，防止了直井端盐穴过度向上发展；
向所述斜井注入溶剂，使盐穴中的卤水从所述直井排出，不仅避免了沉渣过早沉积而造成底部盐岩溶解不充分，而且还避免了沉渣堵井；
所述对所述斜井进行割管，包括：
监测所述斜井的套管外部的水泥环的胶结质量；
判断所述水泥环的胶结质量是否由好到差转变；
若是，则所述水泥环的胶结质量由好到差转变的深度为腔顶位置；
确定所述腔顶位置以下10-50m为割管位置，对所述斜井进行割管；
在所述对所述斜井进行割管之后，还包括：
判断所述腔顶位置是否达到预设位置；
若是，向所述斜井注入柴油，以确保在所述斜井端盐穴形成稳定的顶板形态，并确保顶板保护层的厚度达到预设厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述开一口直井和一口斜井的过程中，将所述直井的井位布置在盐矿层较低的一侧，将所述斜井的井位布置在所述盐矿层较高的一侧。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述直井套管口的上部形成柴油垫层之后，还包括：
向所述直井注入酸液，将所述直井中的沉渣溶蚀为可被卤水携带的颗粒；
向所述斜井注入溶剂，使所述颗粒由所述卤水携带出所述直井。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述直井和所述斜井连通之后，还包括：
对所述直井做防结晶处理。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述直井做防结晶处理，包括：
向所述直井注入溶剂，且所述溶剂注入的总量为所述直井的管柱容积的2-5倍。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述斜井进行割管，包括：
判断向所述斜井注入的溶剂的流量是否小于预设流量，或，从所述盐穴中排出的卤水是否饱和；
若所述溶剂的流量小于所述预设流量，或，从所述盐穴中排出的卤水不饱和，对所述斜井进行割管。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述注入的气体为以下任意一种：
天然气、氢气、空气、二氧化碳。
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