CN111577387B - 一种不规则盐穴储气库的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油天然气储备领域，具体涉及一种不规则盐穴储气库的形成方法，包括如下步骤：在不规则盐穴内置入支撑杆；在所述盐穴内充填泡沫混凝土；向所述盐穴内注气。本发明的基本原理是向不规则盐穴之中置入数根支撑杠，并且在盐穴里充填内部充满空隙的物质，来抑制盐穴储气库的体积收缩。与现有技术相比，本发明没有垫底气；可适合于任意形态的(废弃)盐穴，尤其是一些形态不规则难以直接做盐穴储气库的盐穴以及几个盐穴联通的情况；利用本方法形成的盐穴储气库十分稳定。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气储备领域，具体涉及一种不规则盐穴储气库的形成方法。
背景技术
由于盐岩的低渗透性、蠕变以及损伤自恢复特性，利用盐穴开展天然气地下储备，是世界上天然气储备的主要方法之一。二十一世纪开始，我国逐渐筛选了江苏金坛、湖北潜江、河南平顶山等地开展盐穴储气库的建设，一般来说，都是选择盐穴形态比较规则的盐穴进行天然气储备。对于盐穴形态不规则的盐穴由于其稳定性不够，难以利用实施天然气储备。然而，我国盐矿的开采产生了大量的不规则盐穴，且体积较大，如果不能进行利用，则造成了地下空间的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不规则盐穴储气库的形成方法，抑制盐穴的体积收缩，并防止盐穴的围岩垮塌，以解决不规则盐穴的利用难题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种不规则盐穴储气库的形成方法，所述方法包括步骤：
在不规则盐穴内置入支撑杆；
在所述盐穴内充填泡沫混凝土；
向所述盐穴内注气。
优选地，所述在不规则盐穴内置入支撑杆包括步骡：
在所述支撑杆的第一端和第二端均设置挂孔；
在第一绳和第二绳的末端均设置挂钩；
将所述第一绳和所述第二绳的挂钩分别对应挂住所述支撑杆第一端和第二端的挂孔中；
拉拽所述第一绳，以使所述支撑杆全部置入所述盐穴中；
调整所述第二绳长度，以使所述支撑杆第二端卡于预设第二点；
调整所述第一绳长度，以使所述支撑杆第一端卡于预设第一点；
继续向所述盐穴内放入所述第一绳和所述第二绳，以使所述挂钩从所述挂孔中脱落；
将所述第一绳和所述第二绳从所述盐穴中提出。
优选地，在所述支撑杆的第一端和第二端均设置挂孔之前还包括步骤：
使用声呐探明所述盐穴内部情况；
在所述盐穴内壁上选择所述第一点和所述第二点；
根据所述第一点和所述第二点之间的距离构建所述支撑杆；
使用声呐测量所述第一点和所述第二点的半径以及各自距离腔顶的高度；
根据所述半径及所述高度计算所述第一绳和所述第二绳的长度。
优选地，所述支撑杆包括混凝土支撑杆。
优选地，所述支撑杆包括竖向支撑杆和横向支撑杆，其中，所述竖向支撑杆相对于水平线的夹角为45-90°，所述横向支撑杆相对于水平线的夹角为0-45°。
优选地，所述在所述盐穴内充填泡沫混凝土包括：使用化学发泡法在所述盐穴内充填所述泡沫混凝土。
优选地，所述化学发泡法采用的发泡剂包括电石、铝粉或铵盐。
优选地，所述化学发泡法产生的气体为可燃气体。
优选地，所述在所述盐穴内充填泡沫混凝土包括：在所述盐穴内逐层充填所述泡沫混凝土。
优选地，在所述盐穴内逐层充填所述泡沫混凝土包括步骤：
将所述盐穴分为第一部分和第二部分；
在第一部分内充填所述泡沫混凝土；
在第二部分内置入支撑杆；
在第二部分内充填所述泡沫混凝土。
本发明的基本原理是向不规则盐穴之中置入数根支撑杠，并且在盐穴里充填内部充满空隙的物质，来抑制盐穴储气库的体积收缩。
与现有技术相比，本发明没有垫底气；可适合于任意形态的(废弃)盐穴，尤其是一些形态不规则难以直接做盐穴储气库的盐穴以及几个盐穴联通的情况；利用本方法形成的盐穴储气库十分稳定。
附图说明
图1单根支撑杆及其放置组合件和置入姿态；
图2单根支撑杆置入不规则盐穴的过程(支撑杆未完全置入)；
图3单根支撑杆置入不规则盐穴的过程(支撑杆完全置入但还未调整姿态和位置)；
图4单根支撑杆的置入位置设计原理图；
图5单根支撑杆置入不规则盐穴后调整姿态和位置的过程；
图6单根支撑杆置入不规则盐穴后调整姿态和位置后的终态图；
图7不规则盐穴中泡沫混凝土养护成形后的空泡充填效果图；
图8实施例S1的操作示意图；
图9实施例S2的操作示意图；
图10实施例S3的操作示意图；
图11实施例S4的操作示意图；
图1-11标记含义如下：1-绳a，2-绳b，3-支撑杆；
4-竖直向支撑杆I，5-竖直向支撑杆II，6-竖直向支撑杆III，7-竖直向支撑杆IV，8-横直向支撑杆I，9-竖直向支撑杆V，10-横直向支撑杆II，11-横直向支撑杆III，12-横直向支撑杆IV。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的关键技术和具体实施例做详细说明。
关键技术1：支撑杆的放置
本发明的关键技术之一是“支撑杆3”的置入方式，如图1所示，通过两根绳(绳a1和绳b2)调整支撑杆3的相对位置，将支撑杆3放置到盐穴之中的大概设计位置。支撑杆优先使用混凝土，不使用钢筋混凝土或钢材，容易锈蚀。
支撑杆3的置入步骤如下：
(1)绳a1为承力绳，负责将支撑杆3置入盐穴之中，绳b2随绳a1同步进入，但并不承力，如图2所示。通过绳a1放入的深度可以计算支撑杆3的竖直位置，要求绳a1的底端要进入盐穴，也就是说支撑杆3要求被全部置入盐穴之中，以方便位置调整，如图3所示。
(2)调整绳a1和绳b2的长度，来调整支撑杆3的姿态和位置。如图4所示，假设A-A’是支撑杆3的设计置入位置，根据声呐资料很容易计算得到A点的半径r和距离腔顶的高度h，根据勾股定理很容易计算得到绳b2进入腔体的长度L，进而根据腔顶的埋深得到绳b2进入地下的深度L’。首先拉绳b2，调整到L’，此时不管绳a1；当绳b2调整到设计长度时，再继续放置绳b2，一直到支撑杆3被腔体卡住位置。
(3)如图5-6所示，同时继续放入绳a1和绳b2，脱钩，再提出绳a1和绳b2。
脱钩说明：在放置好支撑杆3后，绳a1和绳b2能够脱离支撑杆3并提升至地面，也就是“脱钩”。支撑杆3两端要求有挂孔，绳a1和绳b2通过挂钩挂住挂孔达到挂住支撑杆3的目的，当放置完成以后，绳a1和绳b2可以通过自重下坠，并达到脱钩的目的，可以将绳a1和绳b2提到地面，达到重复利用的目的，对于一些特殊位置无法脱钩的，如在腔体底部，放弃绳，直接弃置盐穴之中。
关键技术2：泡沫混凝土的充填
拟将盐穴充填泡沫混凝土，利用混凝土的强度来支撑盐穴围岩，同时，利用力学泡沫混凝土中的空泡来进行储气。
泡沫混凝土的施工工艺可以参考相关规程规范，在这里仅阐述与盐穴储气库相关的部分。
在盐穴充满泡沫混凝土后，需要向其中注入高压天然气，高压天然气会逐个突破空泡进入其中并和其中的气体混合，形成一种混合天然气，如果泡沫混凝土形成的气体是非可燃气体，将会影响采出的天然气质量。
为了解决该问题，提出使用化学发泡法，化学发泡法可以生产特定的气体，一些可燃气体可以与天然气混合，采气后也不影响燃烧。
推荐使用电石(碳化钙)作为发泡剂，其遇水可产生乙炔气体，不影响天然气燃烧。化学反应式为：
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
在常温下，电石跟水的反应是相当激烈的，可以用饱和食盐水代替水，这样，可以使反应较平稳。而恰好，盐穴储气库中充满了饱和卤水，也就是食盐水，可以平稳反应。
如果盐穴用于气体用途，也可以选择其他发泡剂，比如盐穴用来储气，就可以使用铝粉在作为发泡剂，铝粉，其在碱性环境下能够与水发生反应，化学反应式为：
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
可以直接生成氢气，不影响氢气储存。
如果盐穴用于生产氨气，还可以使用铵盐作为发泡剂，铵盐，其在NaOH碱性溶液中可释放氨气，原理如下：
盐穴中泡沫混凝土养护成形，盐穴空泡充填效果，如图7所示。
实施过程
步骤1：盐穴内置入支撑杆3。
根据关键技术1置入支撑杆3，支撑杆3可粗略分为竖向支撑杆和横向支撑杆；竖向支撑杆用于支撑盐穴顶部，防止顶板垮塌；横向支撑杆用于支撑盐穴的两侧，抑制体积收缩。
其中，竖向支撑杆定义为相对水平线的锐角为45～90°，横向支撑杆定义为相对水平线的锐角为0～45°。
步骤2：充填泡沫混凝土
利用化学发泡法充填泡沫混凝土，可一层一层充填，养护成形。
可以实施完步骤1再实施步骤2，也可以步骤1和步骤2交替地进行，交替进行有利于水平支撑杆的放置。
步骤3：注气
盐穴支撑充填之后，不需要再进行注气排卤，可直接进行注气，高压天然气会逐个进入泡沫混凝土中国的气泡之中，与气泡之中原有的气体混合，采气时可一起采出。
在后续的注采周期中，泡沫混凝土中的气体影响会越来越小。
实施例
一种不规则盐穴储气库的形成方法，包括如下步骤：
S1.使用“关键技术1”，放入竖直向支撑杆I 4、竖直向支撑杆II 5、竖直向支撑杆III 6，竖直向支撑杆IV 7和横直向支撑杆I 8，次序可随意，如图8所示；
S2.浇筑泡沫混凝土到盐穴体积的三分之一，浇筑成型后，继续放入竖直向支撑杆V 9和横直向支撑杆II 10，如图9所示；
S3.继续浇筑混凝土至盐穴体积的三分之二，浇筑成形后放置横直向支撑杆III11，横直向支撑杆IV 12，如图10所示；
S4.继续浇筑至腔顶，如图11所示。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
在不规则盐穴内置入支撑杆，所述支撑杆包括竖向支撑杆和横向支撑杆，其中，竖向支撑杆用于支撑盐穴顶部，横向支撑杆用于支撑盐穴的两侧，所述竖向支撑杆相对于水平线的夹角为45-90°，所述横向支撑杆相对于水平线的夹角为0-45°；
在所述盐穴内充满泡沫混凝土，然后向盐穴中注入高压天然气，高压天然气逐个突破泡沫混凝土的空泡并进入泡沫混凝土的空泡中和其中的气体混合，形成混合天然气。
2.根据权利要求1所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述在不规则盐穴内置入支撑杆包括步骤：
在所述支撑杆的第一端和第二端均设置挂孔；
在第一绳和第二绳的末端均设置挂钩；
将所述第一绳和所述第二绳的挂钩分别对应挂住所述支撑杆第一端和第二端的挂孔中；
拉拽所述第一绳，以使所述支撑杆全部置入所述盐穴中；
调整所述第二绳长度，以使所述支撑杆第二端卡于预设第二点；
调整所述第一绳长度，以使所述支撑杆第一端卡于预设第一点；
继续向所述盐穴内放入所述第一绳和所述第二绳，以使所述挂钩从所述挂孔中脱落；
将所述第一绳和所述第二绳从所述盐穴中提出。
3.根据权利要求2所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，在所述支撑杆的第一端和第二端均设置挂孔之前还包括步骤：
使用声呐探明所述盐穴内部情况；
在所述盐穴内壁上选择所述第一点和所述第二点；
根据所述第一点和所述第二点之间的距离构建所述支撑杆；
使用声呐测量所述第一点和所述第二点的半径以及各自距离腔顶的高度；
根据所述半径及所述高度计算所述第一绳和所述第二绳的长度。
4.根据权利要求1-3中任一所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述支撑杆包括混凝土支撑杆。
5.根据权利要求1所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述在所述盐穴内充填泡沫混凝土包括：使用化学发泡法在所述盐穴内充填所述泡沫混凝土。
6.根据权利要求5所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述化学发泡法采用的发泡剂包括电石、铝粉或铵盐。
7.根据权利要求5所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述化学发泡法产生的气体为可燃气体。
8.根据权利要求1所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，所述在所述盐穴内充填泡沫混凝土包括：在所述盐穴内逐层充填所述泡沫混凝土。
9.根据权利要求8所述的不规则盐穴储气库的形成方法，其特征在于，在所述盐穴内逐层充填所述泡沫混凝土包括步骤：
将所述盐穴分为第一部分和第二部分；
在第一部分内充填所述泡沫混凝土；
在第二部分内置入支撑杆；
在第二部分内充填所述泡沫混凝土。
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