CN115095388A - 一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，包括：在连通井组中，选择首选注气井和次选注气井；向首选注气井注气，卤水通过次选注气井排出；待首选注气井的气水界面下降至特定深度后，改向次选注气井注气，卤水通过次选注气井的排卤管柱排出；待次选注气井的气水界面到达特定深度后，暂停排卤，继续向次选注气井注气；待次选注气井的气水界面下降至沉渣面以下特定深度后，停止注气，将排卤管管口放至沉渣面上方特定位置，并调节次选注气井的气水界面位置；再向首选注气井注气，利用次选注气井的排卤管柱排卤；待首选注气井的气水界面下降至特定深度后，停止注气排卤，并将次选注气井的排卤管柱提出,完成注气排卤。本发明可实现快速注气排卤，且可显著提高盐穴的地下空间利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，属于压缩空气储能发电领域，适用于连通井盐穴压气储能的注气排卤，在实现快速注气排卤的同时，可以显著提高盐穴的地下空间利用率。
背景技术
盐穴压气储能是规模化储能的主要类型之一，以地下盐穴作为储能容器，其工作原理是在电力富余时间段，通过压缩机压缩空气，将电能转化为空气势能存储在地下盐穴中；在用电高峰期，再将盐穴内的压缩空气释放出来进行发电，将空气势能转化为电能。在盐穴压气储能正式运行前，需要通过注气排卤，将地下盐穴内的卤水排出。传统的注气排卤方法是：利用注采管柱与排卤管柱的环形空间，将高压空气注入地下盐穴，高压空气自上而下挤压盐穴内的卤水，卤水通过排卤管柱排出盐穴。在传统注气排卤方法中，为了保证排卤管柱畅通，排卤管的下部管口要保持在盐穴底部沉渣面的上方，通常距离为1-2m，这样在注气排卤后会在盐穴沉渣面上方残留一定体积的卤水，存在注气排卤不彻底问题，使得盐穴沉渣面至排卤管口之间的盐穴无法用于压气储能；同时，传统的注气排卤方法无法将盐穴底部沉渣孔隙内的卤水排出，不能利用盐穴底部的沉渣孔隙来压气储能。因此，如果采用传统的注气排卤方法，盐穴的空间资源未能实现充分利用，存在空间利用率较低这一问题。
盐穴根据其空间形态可分为单井独立盐穴、连通井盐穴。其中，单井独立盐穴通常是采用单井对流法在岩盐矿区建造，该盐穴是一个独立的封闭的地下空间体，该盐穴与周边其它盐穴不存在水力联系。如果利用单井独立盐穴进行压气储能，通常采用上述的传统注气排卤方法。而连通井盐穴通常是利用两口或两口以上的连通井，在岩盐矿区建造的一组地下盐穴，通常由两个或两个以上的盐穴组成。在一组连通井盐穴中，盐穴与盐穴之间通过底部的连通通道相互联系，彼此存在一定的水力联系。由于连通井盐穴的特殊性，如果利用连通井盐穴进行压气储能，传统的注气排卤方法不太适用，除了存在盐穴空间利用率较低这一问题以外，还存在工艺复杂、排卤速度慢、投资较高等问题。
发明内容
本发明提供了一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，可以利用盐穴底部的沉渣孔隙来压气储能，从而提高连通井盐穴的地下空间利用率。
本发明涉及一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，该方法包括以下步骤：
(1)在连通井组中，选择一口或多口连通井作为首选注气井，其它一口或多口连通井作为次选注气井；
(2)在首选注气井内下入注采气管柱，在次选注气井内下入注采管柱和排卤管柱；
(3)利用首选注气井的注采气管柱，将高压空气注入首选注气井的地下盐穴中；
(4)在首选注气井地下盐穴中，注入的高压空气自上而下驱赶卤水，卤水经过盐穴底部的连通通道进入次选注气井盐穴，并通过次选注气井的注采管柱和/或排卤管柱排出盐穴；
(5)待首选注气井的气水界面下降至连通通道上方50-180m时，暂时停止向首选注气井注气；
(6)利用次选注气井的注采管柱，将高压空气注入次选入注气井的地下盐穴中；
(7)在次选注气井的地下盐穴中，注入的高压空气自上而下驱赶卤水，卤水通过次选注气井的排卤管柱排出盐穴；
(8)待次选注气井盐穴的气水界面下降至排卤管柱管口上方1-10m时，暂停次选注气井的排卤；
(9)继续利用次选注气井的注采管柱，将高压空气注入地下盐穴中，当次选注气井盐穴的气水界面进入沉渣面下方2-30m时，停止注气；
(10)将次选注气井的排卤管柱放至沉渣面上方，使得排卤管柱的井下管口位置位于盐穴沉渣面上方0-10m，并将次选注气井盐穴的气水界面调整至排卤管柱管口上方0.5-5m；
(11)再次利用首选注气井的注采气管柱，将高压空气注入地下盐穴中，卤水通过次选注气井的排卤管柱排出盐穴；
(12)待首选注气井盐穴的气水界面下降至位于连通通道上方35-50m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤，并将次选注气井的排卤管柱提出。
进一步地，连通井盐穴压气储能的注气排卤方法还包括：
(13)利用首选注气井和次选注气井的注采管柱，通过增加或减少各连通井盐穴内空气量的方式，将各连通井盐穴的气体压力调节至压气储能的已知的运行压力值，完成整个连通井盐穴的注气排卤。
进一步地，在步骤(1)中，连通井组由两口或两口以上的连通井组成，连通井地下盐穴的底部有通道相互连通，存在一定的水力联系。例如，当向其中一口连通井注水或注气时，该连通井盐穴内的卤水可以通过连通通道进入其它连通井盐穴，并可以借助其它连通井排出地下盐穴。
进一步地，在步骤(2)中，次选注气井的排卤管柱位于注采管柱内部，排卤管柱的管口位置低于注采管柱的管口位置，两个管口的垂直距离20-80m，优选25-75m或30-70m或40-60m或45-55m。排卤管柱的地下管口位于沉渣面上方1-20m。
进一步地，在步骤(3)、(4)中，利用地面气体压缩机，首先将高压空气注入首选注气井的地下盐穴中。在首选注气井地下盐穴中，高压空气将自上而下驱赶卤水，气水界面下降逐渐下降。首选注气井地下盐穴的卤水被挤压至次选注气井地下盐穴，并通过次选注气井的管柱排出地下盐穴。
进一步地，在步骤(5)中，随着高压空气不断注入，首选注气井盐穴的气水界面逐渐下降，当气水界面位于连通通道上方55-170m时、优选60-150m或65-140m或70-130m或75-120m或80-110m时，暂时停止向首选注气井注气。
进一步地，在步骤(8)中，随着高压空气不断注入，次选注气井盐穴的气水界面不断下降，当气水界面位于排卤管柱管口上方1-9m，优选1-8m或1-5m或1.5-4m或2-3m时停止注气，暂停次选注气井盐穴排卤。
进一步地，在步骤(9)中，在气水界面下降至沉渣面过程中，沉渣面内的充填介质由卤水转变为空气，由于空气的比重小于卤水的比重，所以空气的浮力也小于卤水的浮力，使得盐穴底部沉渣面的上界面位置下降。
进一步地，在步骤(9)中，随着高压空气继续注入，次选注气井盐穴的气水界面继续下降，并进入盐穴底部的沉渣面中，当气水界面在沉渣面下方2-28m，优选3-25m或5-20m或6-18m或8-16m或10-15m或11-14m时停止注气。
进一步地，在步骤(10)中，将次选注气井的排卤管柱放至沉渣面上方的特定位置，排卤管柱的井下管口位置位于盐穴沉渣面上方0-9m，优选0.1-8m或0.2-6m或0.2-4m或0.2-3m或0.2-2m，例如0.5m、0.8m、1m、1.2m、1.5m；然后，通过调整次选注气井盐穴内的空气量，将次选注气井盐穴的气水界面调制至排卤管柱管口上方0.5-4.5m，优选0.8-4m，1.0-3m，1.0-2.5m或1-2m。
进一步地，在步骤(12)中，当气水界面位于连通通道上方35-50m时、优选36-48m或37-47m或38-45m或39-44m或40-42m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤，并通过不压井作业方式，将次选注气井的排卤管柱提出。
进一步地，在步骤(13)中，利用首选注气井和次选注气井的注采管柱，通过增加或减少各连通井盐穴内空气量的方式，将各连通井盐穴的气体压力调节至压气储能的运行压力值。
进一步地，本发明中连通井的盐穴体积、盐穴顶部位置和盐穴沉渣面位置均采用声纳测量技术，该技术是目前盐穴测量领域最先进的检测技术，可以获取盐穴体积、盐穴顶部位置和盐穴沉渣面位置等信息。其工作原理是：将声纳探头沿盐井井管下入盐穴中，声纳探头在盐穴内向周围发射声脉冲，之后检测回波信号，信号经地面计算机系统处理后，最终获得盐穴体积、三维立体图像，并确定盐穴空间分布形态。
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、本发明将首选注气井盐穴沉渣面上方的卤水完全排除，并且可以利用盐穴底部部分沉渣孔隙来压气储能，提高了盐穴压气储能的地下空间利用率。
2、本发明为连通井盐穴压气储能提供了一种注气排卤方法，该方法只需要在次选注气井中下入排卤管柱，首选注气井中不需要下排卤管柱，其施工工艺简单、投资较低。
3、本发明可以利用首选注气井大排量注气、次选注气井大排量排卤，加快了连通井盐穴压气储能的注气排卤速度，缩短了注气排卤的周期。
附图说明
图1为首选注气井盐穴的注气排卤工艺示意图，连通井以2口井为例进行说明；
图2为次选注气井盐穴的注气排卤工艺示意图，连通井以2口井为例进行说明；
图3为首选注气井盐穴的再次注气排卤工艺示意图，连通井以2口井为例进行说明；
图4为完成注气排卤后的连通井盐穴示意图，连通井以2口井为例进行说明。
其中，1为首选注气井；2为高压空气；3为注采管柱；4为气水界面；5为卤水；6为底部沉渣；7为连通通道；8为排卤管柱；9为次选注气井。
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，选择一组连通井作为盐穴压气储能目标井，该连通井组由两口井组成(如图1所示)。选择1口井作为首选注气井1，其盐穴顶部在1050m，盐穴的沉渣面深度在1200m；另1口井作为次选注气井9，其盐穴顶部在1100m，盐穴的沉渣面深度在1220m；两口连通井的连通通道7深度范围是1490-1510m，盐穴内充满了卤水。
在首选注气井内，下入Φ244.5mm注采气管柱3，其下部管口深度为1100m；在次选注气井内，下入Φ244.5mm注采管柱3和Φ177.8mm排卤管柱8，其下部管口深度分别为1180m、1218m。
利用首选注气井的注采气管柱3，将高压空气2注入首选注气井的地下盐穴中。在首选注气井地下盐穴中，注入的空气2自上而下驱赶卤水5，卤水5经过盐穴底部的连通通道7进入次选注气井盐穴，并通过次选注气井的注采管柱3和/或排卤管8柱排出盐穴。
待首选注气井盐穴的气水界面4下降至1430m时，暂停首选注气井盐穴的注气。
利用次选注气井的注采管柱3，将高压空气2注入次选入注气井的地下盐穴中(如图2所示)。
在次选注气井的地下盐穴中，注入的空气2自上而下驱赶卤水5，卤水5通过次选注气井的排卤管柱8排出盐穴。
待次选注气井盐穴的气水界面4下降至1216m时，暂停次选注气井盐穴注气排卤。
继续利用次选注气井的注采管柱3，将高压空气2注入地下盐穴中，在气水界面下降至沉渣面过程中，沉渣面内的充填介质由卤水转变为空气，盐穴底部的沉渣面深度下降至深度1225m。
当次选注气井盐穴的气水界面4进入沉渣面下方4m(深度1229m)时，停止注气。
将次选注气井9的排卤管柱8放至在1224m，通过调整次选注气井盐穴内的空气量，并将次选注气井盐穴的气水界面调整至1223m；
再次利用首选注气井的注采气管柱3，将高压空气2注入地下盐穴中，卤水5通过次选注气井的排卤管柱8排出盐穴(如图3所示)；
待首选注气井盐穴的气水界面下降至1450m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤，并将次选注气井的排卤管柱提出；
调节首选注气井和次选注气井的井口气体压力，使连通井各井口压力为压气储能的运行压力值(13MPa)，两口连通井的气水界面均在1445m，完成整个连通井盐穴的注气排卤(如图4所示)。
实施例2
在岩盐矿区，选择一组连通井作为盐穴压气储能目标井，该连通井组由两口井组成(如图1所示)。选择1口井作为首选注气井1，其盐穴顶部在1040m，盐穴的沉渣面深度在1190m；另1口井作为次选注气井9，其盐穴顶部在1090m，盐穴的沉渣面深度在1210m；两口连通井的连通通道7深度范围是1480-1505m，盐穴内充满了卤水。
在首选注气井内，下入Φ244.5mm注采气管柱3，其下部管口深度为1080m；在次选注气井内，下入Φ244.5mm注采管柱3和Φ177.8mm排卤管柱8，其下部管口深度分别为1160m、1208m。
利用首选注气井的注采气管柱3，将高压空气2注入首选注气井的地下盐穴中。在首选注气井地下盐穴中，注入的空气2自上而下驱赶卤水5，卤水5经过盐穴底部的连通通道7进入次选注气井盐穴，并通过次选注气井的注采管柱3和或排卤管8柱排出盐穴。
待首选注气井盐穴的气水界面4下降至1410m时，暂停首选注气井盐穴的注气。
利用次选注气井的注采管柱3，将高压空气2注入次选入注气井的地下盐穴中(如图2所示)。
在次选注气井的地下盐穴中，注入的空气2自上而下驱赶卤水5，卤水5通过次选注气井的排卤管柱8排出盐穴。
待次选注气井盐穴的气水界面4下降至1206m时，暂停次选注气井盐穴注气排卤。
继续利用次选注气井的注采管柱3，将高压空气2注入地下盐穴中，在气水界面下降至沉渣面过程中，沉渣面内的充填介质由卤水转变为空气，盐穴底部的沉渣面深度下降至1222m。
当次选注气井盐穴的气水界面4进入沉渣面下方1228m时，停止注气。
将次选注气井9的排卤管柱8放至在1221.5m，通过调整次选注气井盐穴内的空气量，并将次选注气井盐穴的气水界面调整至1220m；
再次利用首选注气井的注采气管柱3，将高压空气2注入地下盐穴中，卤水5通过次选注气井的排卤管柱8排出盐穴(如图3所示)；
待首选注气井盐穴的气水界面下降至1435m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤，并将次选注气井的排卤管柱提出；
调节首选注气井和次选注气井的井口气体压力，使连通井各井口压力为压气储能的运行压力值(12MPa)，两口连通井的气水界面均在1425m，完成整个连通井盐穴的注气排卤(如图4所示)。
以上详细说明本发明的优选实施方案，然而，应当理解的是，以上的说明仅用于示例的目的，不构成对本发明范围的任何限制。本领域普通技术人员可以在不偏离本发明主旨和范围的情况下对本发明的某些特征做出替换或改变，这些替换或改变应当视为落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，该方法包括以下步骤：
(1)在连通井组中，选择一口或多口连通井作为首选注气井，其它一口或多口连通井作为次选注气井；
(2)在首选注气井内下入注采气管柱，在次选注气井内下入注采管柱和排卤管柱；
(3)利用首选注气井的注采气管柱，将高压空气注入首选注气井的地下盐穴中；
(4)在首选注气井地下盐穴中，注入的高压空气自上而下驱赶卤水，卤水经过盐穴底部的连通通道进入次选注气井盐穴，并通过次选注气井的注采管柱和/或排卤管柱排出盐穴；
(5)待首选注气井的气水界面下降至连通通道上方50-180m时，暂时停止向首选注气井注气；
(6)利用次选注气井的注采管柱，将高压空气注入次选入注气井的地下盐穴中；
(7)在次选注气井的地下盐穴中，注入的高压空气自上而下驱赶卤水，卤水通过次选注气井的排卤管柱排出盐穴；
(8)待次选注气井盐穴的气水界面下降至排卤管柱管口上方1-10m时，暂停次选注气井的排卤；
(9)继续利用次选注气井的注采管柱，将高压空气注入地下盐穴中，当次选注气井盐穴的气水界面进入沉渣面下方2-30m时，停止注气；
(10)将次选注气井的排卤管柱放至沉渣面上方，使得排卤管柱的井下管口位置位于盐穴沉渣面上方0-10m，并将次选注气井盐穴的气水界面调整至排卤管柱管口上方0.5-5m；
(11)再次利用首选注气井的注采气管柱，将高压空气注入地下盐穴中，卤水通过次选注气井的排卤管柱排出盐穴；
(12)待首选注气井盐穴的气水界面下降至位于连通通道上方35-50m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤，并将次选注气井的排卤管柱提出。
2.根据权利要求1所述的连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，其进一步包括：
(13)利用首选注气井和次选注气井的注采管柱，通过增加或减少各连通井盐穴内空气量的方式，将各连通井盐穴的气体压力调节至压气储能的已知的运行压力值，完成整个连通井盐穴的注气排卤。
3.根据权利要求1或2所述的连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，其中，在步骤(1)中，连通井组是由两口或两口以上的连通井组成，连通井地下盐穴的底部有通道相互连通，彼此间存在水力联系。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的连通井盐穴压气储能的注气排卤方法，其中，在步骤(2)中，次选注气井的排卤管柱位于注采管柱内部，排卤管柱的管口位置低于注采管柱的管口位置，两个管口的垂直距离20-80m，优选25-75m或30-70m或40-60m或45-55m。排卤管柱的井下管口位置位于盐穴沉渣面上方1-20m。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的注气排卤方法，其中，在步骤(5)中，随着高压空气不断注入，首选注气井盐穴的气水界面逐渐下降，当气水界面位于连通通道上方55-170m时、优选60-150m或65-140m或70-130m或75-120m或80-110m时，暂时停止向首选注气井注气。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的注气排卤方法，其中，在步骤(8)中，随着高压空气不断注入，次选注气井盐穴的气水界面不断下降，当气水界面位于排卤管柱管口上方1-9m，优选1-8m或1-5m或1.5-4m或2-3m时停止注气，暂停次选注气井盐穴排卤。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的注气排卤方法，其中，在步骤(9)中，随着高压空气继续注入，次选注气井盐穴的气水界面继续下降，并进入盐穴底部的沉渣面中，当气水界面在沉渣面下方2-28m，优选3-25m或5-20m或6-18m或8-16m或10-15m或11-14m时停止注气。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的注气排卤方法，其中，在步骤(10)中，将次选注气井的排卤管柱放至沉渣面上方的特定位置，排卤管柱的井下管口位置位于盐穴沉渣面上方0-9m，优选0.1-8m或0.2-6m或0.2-4m或0.2-3m或0.2-2m，例如0.5m、0.8m、1m、1.2m、1.5m；然后，通过调整次选注气井盐穴内的空气量，将次选注气井盐穴的气水界面调制至排卤管柱管口上方0.5-4.5m，优选0.8-4m，1.0-3m，1.0-2.5m或1-2m。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的注气排卤方法，其中，在步骤(12)中，当气水界面位于连通通道上方35-50m时、优选38-45m时，停止首选注气井盐穴的注气排卤。
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