CN109751022A - 一种连通井盐穴储气库的注采气方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连通井盐穴储气库的注采气方法，包括：将连通井盐穴储气库的连通井分为：注采气井、注排卤井；在储气库注气时，天然气通过注采气井注入储气库，天然气由上而下驱赶卤水，储气库内的卤水由注排卤井排出；在储气库采气时，卤水通过注排卤井注入储气库，卤水由下而上驱赶天然气，储气库内的天然气通过注采气井采出；在储气库既不注气也不采气时，在储气库内预留一定量的天然气，通过注采气井将淡水或淡盐水注入储气库，淡水或淡盐水溶解岩盐后形成卤水，卤水由注排卤井排出。本发明解决了盐穴储气库腔体体积易缩小、垫底气占比大和建设周期长等问题，实现了连通井盐穴储气库的安全、高效运行。

Description

一种连通井盐穴储气库的注采气方法

技术领域

本发明涉及一种连通井盐穴储气库的注采气方法，属于天然气储存领域和盐矿水溶采矿领域。

背景技术

目前，盐穴储气库的“采卤造腔”与“注采运行”是先后两个不同的阶段，即在投入注采运行后，就不再进行采卤造腔。而受到卤水消化能力及卤水接收浓度的限制，在采卤造腔阶段通常需要耗费大量的时间，建设一个20万m³以上的盐穴储气库一般需要3年以上的时间进行采卤造腔，这使得盐穴储气库的建设周期通常都较长。

盐穴储气库多采用单井单管结构，即储存天然气的盐穴只设置一口井，该井中仅安装一根用于天然气注入与采出的套管。由于岩盐具有蠕变特性，在盐穴储气库运行过程中，随着天然气的注入及采出，储气库内的压力会出现大幅度变化，会出现盐穴体积缩小问题。体积收缩过大会导致储气库的力学性质变差甚至会发生风险，同时还会降低储气库的储气能力，进而影响储气库的经济效益。

在盐穴储气库运行过程中，往往需要留有大量的垫底气，垫底气量约占储气库总库容量的40％左右。在盐穴储气库运行期间，垫底气通常无法采出。大量垫底气留在储气库内，不仅增加了储气库资金投入，还降低了储气库的使用效率。

综上所述，盐穴储气库存在建设周期长、盐穴体积易缩小和垫底气占比大等问题，给盐穴储气库建设及运行带来不利的影响。

发明内容

本发明提供了一种连通井盐穴储气库的注采气方法，将盐穴储气库运行与采卤造腔有机结合，可以使盐穴储气库早日投入注采气运行，解决盐穴储气库运行期间体积收缩问题，同时还减少了储气库的垫底气量，提高了盐穴储气库的利用效率。

本发明涉及一种连通井盐穴储气库的注采气方法，该方法包括以下步骤：

(1)将连通井盐穴储气库的连通井分为：注采气井、注排卤井，其中注采气井内设置注采管柱、造腔管柱，注排卤井内设置注排卤管柱；注采气井的造腔管柱位于注采管柱内部，造腔管柱的管口位置低于注采管柱的管口(例如比注采管柱的管口低10-40m，优选20-30m)；

(2)在储气库注气阶段，通过注采气井的注采管柱和/或造腔管柱，将天然气注入到连通井盐穴储气库中，连通井盐穴储气库中的卤水通过注排卤井的注排卤管柱排出；

(3)在储气库采气阶段，通过注排卤井的注排卤管柱，将卤水例如饱和卤水注入连通井盐穴储气库内，天然气由注采气井的注采管柱和/或造腔管柱采出；

(4)待注采气井的造腔管柱无天然气采出时，通过注采气井的造腔管柱和/或注排卤井的注排卤管柱，将卤水例如饱和卤水注入到溶腔中，天然气由注采气井的注采管柱采出；

(5)在储气库保压阶段，该阶段既不注气、也不采气，通过注采气井的造腔管柱，将淡水或淡盐水(NaCl含量为1-220g/L)注入到溶腔中，卤水由注排卤井的注排卤管柱排出。

其中，储气库保压阶段(5)可以是在步骤(2)之后进行，或者可以在步骤(3)或步骤(4)之后进行。

通常，注采管柱的管径为150～300mm，注采管柱管口位置在注采气井溶腔腔顶上下5m以内；造腔管柱的管径为80～200mm，造腔管柱的管口距离注采气井的井底为2～50m；注排卤管柱的管径为100～250mm，注排卤管柱的管口距离注排卤井的井底为2～30m。

进一步地，本申请中的连通井由两口或两口以上的连通井组成，相邻两口盐井井口的距离为100-300m，优选150-250m，连通井的底部存在连通通道。一般，连通通道内存在固体颗粒，固体颗粒为岩盐矿床中的不溶物或难溶物，其主要成分为：硫酸钙、碳酸钙、氢氧化镁和难溶或微溶的硅酸盐等，固体颗粒之间存在孔隙且被卤水充填。在具有两口以上的连通井的情况下，注采气井可以为一口或多口井，注排卤井可以为一口或多口井。每口注采气井的溶腔体积为15-50万m³，溶腔腔顶至盐层顶部的厚度在50m以上。

进一步地，在步骤(1)中，注排卤井的腔体位置低于注采气井的腔体位置，例如注排卤井的腔顶位置比注采气井的腔顶位置低100-300m，优选150-250m，注采气井溶腔的高径比(即“溶腔高度：溶腔最大直径”)在2～6，优选3～5。

进一步地，在步骤(2)中，在储气库注气阶段，利用注采气井的注采管柱和造腔管柱，同时将天然气注入储气库中；注采气井内的卤水被注入的天然气由上而下逐渐顶替、驱赶，卤水经由连通通道由注排卤井通过注排卤管柱排出。

进一步地，在步骤(2)中，在完成储气库注气时，天然气与卤水的界面在连通井连通通道的上方，一般气水界面在连通井连通通道上方2-30m，优选4～20m。

进一步地，在步骤(3)中，通过注排卤井的注排卤管柱，将卤水优选饱和卤水注入储气库中，卤水优选饱和卤水经由连通通道进入注采气井溶腔；天然气被注入的卤水例如饱和卤水自下而上逐渐顶替、驱赶，由注采气井通过注采管柱和/或造腔管柱排出。

进一步地，在步骤(3)、(4)中，当天然气与卤水的界面在注采气井造腔管柱管口的下方时，天然气由注采气井的注采管柱和造腔管柱采出；当天然气与卤水的界面在注采气井造腔管柱管口的上方时，天然气只从注采气井的注采管柱采出。

进一步地，在步骤(5)中，天然气在注采气井的造腔管柱管口上方形成气垫层，阻止腔体上溶，气垫层的厚度一般在1-10m，优选2-5m；淡水或淡盐水注入到注采气井溶腔后，通过侧溶溶解岩盐，继续采卤造腔，增加储气库的溶腔体积。

在盐穴储气库交付注采气运行后，利用“卤水”与“天然气”的相互替换，将储气库的运行压力稳定在一个合理区间内，压力波动控制在+-5％以内，可以显著提高储气库的地质稳定性。同时，还可以提高储气库天然气的采出率，采出的天然气占储气库库容量的60vol％-100vol％，优选80vol％-90vol％。

本发明中所述的“盐穴”、“腔体”指井矿盐水溶开采后所形成的采盐溶腔，与“盐腔”、“溶腔”、“井腔”互用。

本发明具有以下技术效果或优点：

1、本发明将盐穴储气库的运行压力稳定在一个合理区间内，显著提高储气库的地质稳定性，减缓盐穴体积缩小。

2、本发明提供的储气库注采气方法可以减少储气库的垫底气量，既减少了储气库资金投入，也提高了储气库的使用效率。

3、本发明在储气库运行期间可以继续采卤造腔，从而使得盐穴储气库早日投入运行，缩短储气库的建设周期。

附图说明

图1为2口连通井盐穴储气库注气阶段工艺示意图；

图2为2口连通井盐穴储气库采气阶段工艺示意图；

图3为2口连通井盐穴储气库保压阶段工艺示意图；

图4为2口以上连通井盐穴储气库注气阶段工艺示意图，以3口盐井为例进行说明；

图5为2口以上连通井盐穴储气库采气阶段工艺示意图，以3口盐井为例进行说明；

图6为2口以上连通井盐穴储气库保压阶段工艺示意图，以3口盐井为例进行说明；

其中，1为注采气井，2为注排卤井，3为天然气，4为卤水，5为注采管柱，6为造腔管柱，7为注排卤管柱，8为连通井连通通道，9为淡水或淡盐水。

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

在岩盐矿区，利用连1、连2两口连通井，完成盐穴储气库建造，两口盐井井口的距离为220m；选择连1井为注采气井，连2井作为注排卤井；连1井可用于储存天然气的溶腔体积为40万m³，溶腔最大直径为65m，溶腔深度范围是1080-1280m；连2井溶腔的深度范围是1270-1280m；连通通道8的深度范围是1280-1290m。

在连1中设有Φ177.8mm的注采管柱5、套入注采管柱内的Φ114.3mm的造腔管柱6，井下注采管柱5与造腔管柱6的管口距离为28m；连2井内设有Φ177.8mm的注排卤管柱7。

在注气阶段(如图1所示)，通过连1井的注采管柱和造腔管柱，同时将天然气注入到储气库中，连1井溶腔内的卤水被天然气由上而下逐渐顶替、驱赶，经连通通道由连2井的注排卤管柱7排出；当气水界面在1265m处时，储气库停止注气。

在采气阶段(如图2所示)，通过连2井的注排卤管柱7将饱和卤水注入储库内，饱和卤水经由连通通道进入连1井溶腔；天然气被注入的饱和卤水自下而上逐渐顶替、驱赶，并由连1井的注采管柱5和造腔管柱6采出。待连1井的造腔管柱6无天然气采出时，通过连1井的造腔管柱6，将饱和卤水注入到溶腔中，天然气由连1井的注采管柱5采出。在连1井预留约4m厚的天然气。

在保压阶段(如图3所示)，即该阶段既不注气、也不采气，通过连1井的造腔管柱6将淡盐水(NaCl含量为20g/L)注入到溶腔中，卤水由连2井排出。在连1井溶腔中，通过侧溶来继续采卤造腔，一年中共采卤21万m³，新增加约2万m³溶腔体积。

在盐穴储气库运行期间，注气、采气、保压等三个阶段循环进行，井下溶腔内的压力稳定在14.5±0.5MPa。

实施例2

在岩盐矿区，利用连1、连2和连3等三口连通井，完成盐穴储气库建造，相邻两口盐井井口的距离为200m；选择连1和连3井为注采气井，连2井作为注排卤井；其中连1和连3井的溶腔总体积为70万m³，溶腔的最大直径为70m，两口盐井的溶腔深度范围是1100-1300m；连2井的溶腔体积为2万m³，溶腔深度范围是1275-1300m；连通通道8的深度范围是1300-1312m。

在连1、连3井中均设有Φ177.8mm的注采管柱5、套入注采管柱内的Φ114.3mm的造腔管柱6，井下注采管柱与造腔管柱的管口距离为30m；连2井内设有Φ177.8mm的注排卤管柱7。

在注气阶段(如图4所示)，通过连1、连3井的注采管柱5和造腔管柱6，同时将天然气注入到储气库中，连1、连3井溶腔内的卤水被天然气由上而下逐渐顶替、驱赶，经连通通道由连2井的注排卤管柱7排出；当气水界面在1280m处时，储气库停止注气。

在采气阶段(如图5所示)，通过连2井的注排卤管柱7，将饱和卤水注入储库内，饱和卤水经由连通通道进入连1、连3井的溶腔；天然气被注入的饱和卤水自下而上逐渐顶替、驱赶，并由连1、连3井的注采管柱5和造腔管柱6采出。待连1、连3井的造腔管柱6无天然气采出时，通过连1、连3井的造腔管柱6，将饱和卤水注入到溶腔中，天然气由连1、连3井的注采管柱5采出。在连1、连3井预留3m厚的天然气。

在保压阶段(如图6所示)，即该阶段既不注气、也不采气，通过连1、连3井的造腔管柱6将淡水注入到溶腔中，卤水由连2井排出。在连1、连3井造腔中，通过侧溶来继续采卤造腔，一年中共采卤26万m³，新增加约2.5万m³溶腔体积。

在盐穴储气库运行期间，注气、采气、保压等三个阶段循环进行，井下溶腔内的压力稳定在15±0.5MPa。

Claims (10)

1.一种连通井盐穴储气库的注采气方法，该方法包括以下步骤：

(1)将连通井盐穴储气库的连通井分为注采气井和注排卤井，其中注采气井内设置注采管柱、造腔管柱，注排卤井内设置注排卤管柱；注采气井的造腔管柱位于注采管柱内部，造腔管柱的管口位置低于注采管柱的管口；

(2)通过注采气井的注采管柱和/或造腔管柱，将天然气注入到储气库中储存，储气库中的卤水通过注排卤井排出，实现储气库注气；

(3)通过注排卤井的注排卤管柱将卤水注入储气库内，天然气由注采气井的注采管柱和/或造腔管柱采出，实现储气库采气；

(4)待注采气井的造腔管柱无天然气采出时，通过注采气井的造腔管柱和/或注排卤井的注排卤管柱，将卤水注入到储气库溶腔中，天然气由注采气井的注采管柱采出；

(5)在储气库保压阶段，在该阶段既不注气、也不采气，通过注采气井的造腔管柱将淡水或淡盐水注入到溶腔中，卤水由注排卤井的注排卤管柱排出；

优选地，储气库保压阶段(5)是在步骤(2)之后进行，或者在步骤(3)或步骤(4)之后进行。

2.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(1)中，连通井盐穴储气库由两口或两口以上的连通井组成，相邻两口盐井井口的距离为100-300m，优选150-250m，连通井之间的底部有连通通道相互连通，造腔管柱的管口位置低于注采管柱的管口10-40m，优选20-30m。

3.根据权利要求1或2所述的注采气方法，其中，在步骤(1)中，注排卤井的腔顶位置比注采气井的腔顶位置低100-300m，优选150-250m；作为溶腔高度：溶腔最大直径之比的注采气井溶腔的高径比为2～6，优选3～5。

4.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(2)中，利用注采气井的注采管柱和/或造腔管柱，同时将天然气注入储气库中；储气库内的卤水被注入的天然气由上而下逐渐顶替、驱赶，经由连通井之间的连通通道由注排卤井的注排卤管柱排出。

5.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(2)中，在完成储气库注气时，天然气与卤水的界面在连通井连通通道上方2-30m，优选4～20m，天然气储存在注采气井的溶腔中。

6.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(3)中，通过注排卤井的注排卤管柱将卤水注入储气库中，卤水经由连通井之间的连通通道进入注采气井溶腔；天然气被注入的卤水自下而上逐渐顶替、驱赶，由注采气井排出。

7.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(5)中，天然气在注采气井的造腔管柱管口上方形成气垫层，阻止腔体上溶，气垫层的厚度为1-10m，优选2-5m。

8.根据权利要求1所述的注采气方法，其中，在步骤(5)中，淡水或淡盐水注入到注采气井溶腔后，通过侧溶溶解岩盐，继续采卤造腔，增加储气库的腔体体积。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的注采气方法，其特征在于，在连通井盐穴储气库注采气运行期间，储气库运行压力的波动范围为上下5％以内。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的注采气方法，其特征在于，储气库采出的天然气占储气库库容量的60vol％-100vol％，优选80vol％-90vol％。