CN115142817A - 一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库，该管柱结构包括：排卤水管，所述排卤水管用于排出储气库中的卤水；注淡水管，所述注淡水管的直径小于所述排卤水管的直径，且其穿设于所述排卤水管中；在所述排卤水管排出卤水时，所述注淡水管向所述排卤水管中注入淡水，以降低所述排卤水管中的卤水的浓度。基于本发明的技术方案，通过向排卤水管中注入淡水来降低卤水的浓度，以避免卤水过饱和而析出结晶，且注水与排卤可以同时并连续地进行，保证了注气排卤的作业效率。

Description

一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库

技术领域

本发明涉及天然气储气库技术领域，特别地涉及一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库。

背景技术

注气排卤是盐穴储气库进入运行阶段之前的关键工序，在此过程中，饱和卤水会析出晶体，附着在排卤管柱内壁且生长速度快，若不及时清洗，严重时甚至有可能导致排卤管柱堵死，中断注气排卤施工作业。

目前，有许多针对盐穴储气库排卤管柱盐结晶影响因素的实验研究。通过分析研究卤水盐结晶成因，发现过饱和度、温度、卤水流速及排卤管内壁表面粗糙度是影响排卤管柱内卤水盐结晶的主要因素，据此设计了相应的实验。研究结果表明：①卤水盐结晶受温度影响，卤水在排卤管中低速流动且温度降低1℃时，管内壁即会结晶；②排卤流量越小，流体剪切力越小，生成的盐结晶结构不易被破坏，结晶现象越明显；③相同条件下，排卤管内壁表面越光滑，新生成的晶核不易附着、生长，排卤管内壁生成的盐结晶量越少。盐穴地下储气库注气排卤过程中，采用高温淡水低流量反冲洗、升高注气温度以及排卤管内壁加涂油漆等措施，均有助于预防和解决因盐结晶而带来的堵管问题。

根据上述研究结果，现有技术中提出了防止卤水结晶的措施：

①升高注气温度。采用在注气前预先将天然气温度升高的方法，补偿环空内的温度，减少排卤管柱内较高温度的卤水及管壁与环空气体和地层之间的热交换，从而减小环空排卤管管壁和卤水之间的温度差，或者达到地层和环空向卤水传递热量的效果，减小或者阻止排卤管柱内壁出现盐结晶；

②用高温淡水低流量小排量反冲洗。对于长期注气排卤的井，可以采取定期进行高温淡水反冲洗的方法，稀释管柱内的卤水浓度，并溶解排卤管柱内壁析出的盐结晶。当地面控制台发现注气压力上升，排卤量减小时，现场操作人员应及时进行淡水反冲洗作业，如操作不及时，则会导致盐结晶快速生长，严重时会导致排卤管柱堵死；

③在排卤管内壁加涂油漆。油漆有晶体不易附着、价格低和易获取的优点，可以通过油漆泵将油管内壁涂上油漆，晾干后下井使用。

然而，以上三个防结晶的措施都存在一定的问题：升高注气温度，需要在地面加装加热装置，并且对其他加热增加安全风险；高温淡水低流量小排量反冲洗，不仅需要对淡水进行加热的装置，反冲洗还会中断注气排卤过程耽误注气排卤施工进程；排卤管内壁加涂油漆，会减小盐结晶的速度，但是还会存在盐结晶的风险。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库，通过向排卤水管中注入淡水来降低卤水的浓度，以避免卤水过饱和而析出结晶，注水与排卤可以同时且连续地进行，保证了注气排卤的作业效率。

第一方面，本发明提出一种防结晶注气排卤的管柱结构，包括：

排卤水管，所述排卤水管用于排出储气库中的卤水；

注淡水管，所述注淡水管的直径小于所述排卤水管的直径，且其穿设于所述排卤水管中；

在所述排卤水管排出卤水时，所述注淡水管向所述排卤水管中注入淡水，以降低所述排卤水管中的卤水的浓度。

在一个实施方式中，所述注淡水管的底部管口封闭，其管壁上开设有注水孔。通过本实施方式，注水的水流方向与排卤的水流方向相互垂直，避免了水流相对的强烈冲击，保证了水流的平稳性。

在一个实施方式中，所述注淡水管的管壁上具有多个所述注水孔，所述多个注水孔分别位于所述注淡水管管壁的不同高度处。通过本实施方式，通过不同高度的注水孔，可以向不同高度的卤水中注入淡水，使淡水在卤水中均匀分布、混合，进而保证了卤水在不同高度处的稀释效果，有效地实现防结晶。

在一个实施方式中，所述多个注水孔的孔径大小互不相同，且所在位置高度越高的所述注水孔的孔径越小。通过本实施方式，根据不同高度处的卤水的溶质的溶解度与可能产生结晶的情况，通过注水孔的孔径针对性地控制注水水量，在保证防结晶效果的前提下，精确控制水量，减小淡水的消耗量，节约能源。

在一个实施方式中，还包括：

注气管，所述注气管的直径大于所述排卤水管的直径且套设在所述排卤水管外，其用于向储气库中注入天然气。

在一个实施方式中，所述注气管的底部高度高于所述排卤水管的底部高度。通过本实施方式，注气管注入的天然气不会通过排卤水管错误的排出，同时天然气能够正确地挤压卤水，实现注气排卤的正常进行。

在一个实施方式中，还包括：

套管，所述套管设置于所述储气库顶部对应的井眼中，所述注气管穿设于所述套管中，所述套管内壁与所述注气管外壁之间的空间中具有环空保护液且所述空间底部处设置有封隔器。

在一个实施方式中，所述排卤水管的底部管口靠近储气库库底的盐岩碎屑堆集层。通过本实施方式，排卤水管的底部管口靠近储气库库底，能够最大程度上排尽储气库中的卤水。

第二方面，本发明提出一种盐穴储气库，其包括上述的管柱结构。

第三方面，本发明提出一种防结晶注气排卤的方法，其应用于上述的管柱结构，包括以下步骤：

S1、打开注气管与排卤水管，通过所述注气管向储气库的库顶区域通入天然气；

S2、通过天然气反压所述储气库中的卤水，卤水经所述排卤水管靠近所述储气库库底的管口进入所述排卤水管并向外排放；

S3、打开注淡水管并向所述排卤水管中注入淡水，以降低所述排卤水管中卤水的浓度。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本发明提供一种防结晶注气排卤的管柱结构、方法及盐穴储气库，其中的管柱结构设置有注水管，注水管可以在注气排卤时向排卤水管中注入淡水，通过淡水来稀释卤水，降低卤水的浓度，以避免卤水过饱和而析出结晶。管柱结构的结构简单、防结晶效果好，同时注水与排卤可以同时且连续的进行，保证了注气排卤的作业效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的管柱结构的整体结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-套管，2-注气管，3-排卤水管，4-注水孔，5-注淡水管，6-环空保护液，7-封隔器，8-盐岩碎屑堆集层。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种防结晶注气排卤的管柱结构，包括：

排卤水管3，排卤水管3用于排出储气库中的卤水，排卤水管3的底部管口靠近储气库库底的盐岩碎屑堆集层8；

注淡水管5，注淡水管5的直径小于排卤水管3的直径，且其穿设于排卤水管3中，注淡水管5的底部管口封闭，其管壁上开设有注水孔4；

注气管2，注气管2的直径大于排卤水管3的直径且套设在排卤水管3外，注气管2用于向储气库中注入天然气，注气管2的底部高度高于排卤水管3的底部高度；

套管1，套管1设置于储气库顶部对应的井眼中，注气管2穿设于套管1中，套管1内壁与注气管2外壁之间的空间中具有环空保护液6且空间底部处设置有封隔器7；

在排卤水管3排出卤水时，注淡水管5向排卤水管3中注入淡水，以降低排卤水管3中的卤水的浓度。

具体地，储气库位于地层中，具有一定的压力与温度。在进行注气排卤时，卤水通过排卤水管3由地下排至地表，在此过程中，卤水受到的压力以及自身温度均逐渐减小，卤水中溶解的盐的溶解度降低。因此，卤水在通过排卤水管3排放的过程中，具有较高的结晶风险。为了避免卤水析出晶体而附着在排卤水管3的内壁上，在溶解度不变的情况下，采用增大溶剂的量来解决。所以，在卤水通过排卤水管3排放的过程中，通过注淡水管5向排卤水管3中通入淡水(视具体情况，可以连续注水或间歇性注水)，通过淡水稀释卤水并增大溶剂的量，以此避免卤水发生结晶。

相较于现有技术采用升温、冲洗或刷漆的手段来解决卤水结晶的问题，本实施例采用的增大溶剂的技术手段，具备更优的技术效果。技术效果包括：对应的结构更加简单、使用方便，在现有的管柱结构上增加一根水管即可；防结晶的效果能够得到有效保证；排卤与防结晶能够同时且不间断地进行，不影响排卤作业的作业效率，也不会出现现有技术中的除结晶不及时导致管道堵塞的问题。

附图图1所示，套管1设置在储气库顶部对应的井眼中，保持井眼的稳定，套管1内部的轴线处穿设注气管2，注气管2内部的轴线处穿设排卤水管3，排卤水管3内部的轴线处穿设注淡水管5。套管1内壁与注气管2外壁之前为环空空间，环空空间的底部设置有封隔器7，以保持环空空间底部的密封性；环空空间中注入有环控保护液，保持环空空间中具有一定压力来匹配地层压力。

注气管2与排卤水管3的底部管口均位于储气库中，且注气管2的底部高度高于排卤水管3的底部高度。注气排卤作业时，通过注气管2向储气库柱通入天然气，天然气进入储气库中占据部分空间，进而挤压储气库中原有的卤水，卤水在天然气的挤压下通过排卤水管3向上排向地表。在此过程中，注淡水管5向排卤水管3中通入淡水，保持排卤水管3中的卤水的浓度低于饱和度，以避免晶体的析出。

此外，本实施例中将注淡水管5的底部管口封闭并将注水孔4开设在管壁上，而不是将底部的管口直接作为注水孔4。这样设置的目的在于，将注淡水管5中淡水的出水方向与排卤水管3中卤水的流动方向的关系由相对转为垂直，避免了两股水流相对流动产生冲击，提高排卤作业过程中水流的稳定性。

优选地，注淡水管5的底部高度高于储气库的库顶高度，且可以根据实际情况进一步提高注淡水管5的底部高度。因为卤水的溶解度是随着高度的升高逐渐减小，直到溶解度小到会导致结晶，在一定的临界高度以下，卤水中的溶质能够保持一定的溶解度，不至于析出晶体。所以，注淡水管5的最低注水高度只需小于该临界高度即可，这样能够减小淡水的通入量，节约能源。

实施例2

本实施例提供了一种防结晶注气排卤的管柱结构，包括：

排卤水管3，排卤水管3用于排出储气库中的卤水，排卤水管3的底部管口靠近储气库库底的盐岩碎屑堆集层8；

注淡水管5，注淡水管5的直径小于排卤水管3的直径，且其穿设于排卤水管3中，注淡水管5的底部管口封闭，其管壁上开设有注水孔4；

注淡水管5的管壁上具有多个注水孔4，多个注水孔4分别位于注淡水管5管壁的不同高度处，多个注水孔4的孔径大小互不相同，且所在位置高度越高的注水孔4的孔径越小；

注气管2，注气管2的直径大于排卤水管3的直径且套设在排卤水管3外，注气管2用于向储气库中注入天然气，注气管2的底部高度高于排卤水管3的底部高度；

套管1，套管1设置于储气库顶部对应的井眼中，注气管2穿设于套管1中，套管1内壁与注气管2外壁之间的空间中具有环空保护液6且空间底部处设置有封隔器7；

在排卤水管3排出卤水时，注淡水管5向排卤水管3中注入淡水，以降低排卤水管3中的卤水的浓度。

具体地，储气库位于地层中，具有一定的压力与温度。在进行注气排卤时，卤水通过排卤水管3由地下排至地表，在此过程中，卤水受到的压力以及自身温度均逐渐减小，卤水中溶解的盐的溶解度降低。因此，卤水在通过排卤水管3排放的过程中，具有较高的结晶风险。为了避免卤水析出晶体而附着在排卤水管3的内壁上，在溶解度不变的情况下，采用增大溶剂的量来解决。所以，在卤水通过排卤水管3排放的过程中，通过注淡水管5向排卤水管3中通入淡水(视具体情况，可以连续注水或间歇性注水)，通过淡水稀释卤水并增大溶剂的量，以此避免卤水发生结晶。

相较于现有技术采用升温、冲洗或刷漆的手段来解决卤水结晶的问题，本实施例采用的增大溶剂的技术手段，具备更优的技术效果。技术效果包括：对应的结构更加简单、使用方便，在现有的管柱结构上增加一根水管即可；防结晶的效果能够得到有效保证；排卤与防结晶能够同时且不间断地进行，不影响排卤作业的作业效率。

附图图1所示，套管1设置在储气库顶部对应的井眼中，保持井眼的稳定，套管1内部的轴线处穿设注气管2，注气管2内部的轴线处穿设排卤水管3，排卤水管3内部的轴线处穿设注淡水管5。套管1内壁与注气管2外壁之前为环空空间，环空空间的底部设置有封隔器7，以保持环空空间底部的密封性；环空空间中注入有环控保护液，保持环空空间中具有一定压力来匹配地层压力。

注气管2与排卤水管3的底部管口均位于储气库中，且注气管2的底部高度高于排卤水管3的底部高度。注气排卤作业时，通过注气管2向储气库柱通入天然气，天然气进入储气库中占据部分空间，进而挤压储气库中原有的卤水，卤水在天然气的挤压下通过排卤水管3向上排向地表。在此过程中，注淡水管5向排卤水管3中通入淡水，保持排卤水管3中的卤水的浓度低于饱和度，以避免晶体的析出。

此外，本实施例中将注淡水管5的底部管口封闭并将注水孔4开设在管壁上，而不是将底部的管口直接作为注水孔4。这样设置的目的在于，将注淡水管5中淡水的出水方向与排卤水管3中卤水的流动方向的关系由相对转为垂直，避免了两股水流相对流动产生冲击，提高排卤作业过程中水流的稳定性。

进一步地，将注淡水管5管壁上的多个注水孔4设置在不同高度，这样能够将淡水直接注入排卤水管3中不同高度处的卤水中，能够在竖直方向上全面地避免任何高度处的卤水产生结晶。

同时，将注水孔4的孔径大小设置为与其在注淡水管5上的所在高度成正比，这样设置高度越高的注水孔4的孔径越大，对应卤水中的溶质在高度越高、越接近地表处的溶解度越低，越容易发生结晶，进一步有效地保证排卤水管3中的任何位置都不发生卤水结晶的问题。

实施例3

本实施例提供了一种盐穴储气库，包括上述实施例中的管柱结构并利用该管柱结构进行注气排卤。

本实施例中的盐穴储气库的顶部对应有井眼，井眼中设置管柱结构。其中，注气管2底部的高度接近库顶、排卤水管3的底部高度接近库底，这样使得盐穴储气库中的卤水能够尽可能多地排出，以提高单库的储气能力。

实施例4

本实施例提供了一种防结晶注气排卤的方法，应用于实施例1与实施例2的管柱结构，其包括步骤：

S1、打开注气管与排卤水管，通过注气管向储气库的库顶区域通入天然气；

S2、通过天然气反压储气库中的卤水，卤水经排卤水管靠近储气库库底的管口进入排卤水管并向外排放；

S3、打开注淡水管并向排卤水管中注入淡水，以降低排卤水管中卤水的浓度。

具体地，在步骤S1之前，将管柱结构设置在储气库顶部对应井眼中，并向套管1与注气管2之间的环空空间中注入环空保护液6。而后，打开注气管2与排卤水管3，注气管2向储气库中注入天然气，天然气将储气库中的卤水压出并经排卤水管3进行排放。最后，打开注淡水管5并向排卤水管3中注入淡水，根据实际情况，采用连续注水或间隙注水，水量根据实际情况进行控制，在保证防结晶效果的前提下，注水水量尽可能少。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，包括：

排卤水管，所述排卤水管用于排出储气库中的卤水；

注淡水管，所述注淡水管的直径小于所述排卤水管的直径，且其穿设于所述排卤水管中；

在所述排卤水管排出卤水时，所述注淡水管向所述排卤水管中注入淡水，以降低所述排卤水管中的卤水的浓度。

2.根据权利要求1所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，所述注淡水管的底部管口封闭，其管壁上开设有注水孔。

3.根据权利要求2所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，所述注淡水管的管壁上具有多个所述注水孔，所述多个注水孔分别位于所述注淡水管管壁的不同高度处。

4.根据权利要求3所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，所述多个注水孔的孔径大小互不相同，且所在位置高度越高的所述注水孔的孔径越小。

5.根据权利要求1所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，还包括：

注气管，所述注气管的直径大于所述排卤水管的直径且套设在所述排卤水管外，其用于向储气库中注入天然气。

6.根据权利要求5所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，所述注气管的底部高度高于所述排卤水管的底部高度。

7.根据权利要求5所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，还包括：

套管，所述套管设置于所述储气库顶部对应的井眼中，所述注气管穿设于所述套管中，所述套管内壁与所述注气管外壁之间的空间中具有环空保护液且所述空间底部处设置有封隔器。

8.根据权利要求1所述的防结晶注气排卤的管柱结构，其特征在于，所述排卤水管的底部管口靠近储气库库底的盐岩碎屑堆集层。

9.一种盐穴储气库，其特征在于，其包括如权利要求1至8任一项所述的管柱结构。

10.一种防结晶注气排卤的方法，其应用于如权利要求1至8任一项所述的管柱结构，其特征在于，包括以下步骤：

S1、打开注气管与排卤水管，通过所述注气管向储气库的库顶区域通入天然气；

S2、通过天然气反压所述储气库中的卤水，卤水经所述排卤水管靠近所述储气库库底的管口进入所述排卤水管并向外排放；

S3、打开注淡水管并向所述排卤水管中注入淡水，以降低所述排卤水管中卤水的浓度。

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