CN117307243A - 一种超深地层沉渣型储库构建方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超深地层沉渣型储库构建方法，涉及盐岩造腔领域，在目标盐井注入井注入目标液体，以使上述注入井和排卤井充斥上述饱和卤水；向上述注入井注入高压气体，以使上述排卤井排出目标体积的饱和卤水；停止注入上述高压气体并打开上述注入井的井口，以使上述高压气体释放至大气中；打开上述排卤井的井口使大气进入上述排卤井使气液界面达到目标水平，以使顶板垮塌而形成上述沉渣型储库。本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，采用溶腔人工放顶的方法，通过降低腔体内压，利用巨大的地应力，促使夹层垮塌，充填溶腔，形成沉渣型储库，进而利用沉渣对腔壁的作用，来保持腔体的稳定性。
Description
技术领域
本说明书涉及盐岩造腔技术领域，更具体地说，本申请涉及一种超深地层沉渣型储库构建方法。
背景技术
由于盐岩具有极低的渗透性，较好的蠕变及损伤恢复特性，盐穴作为能源地下储存库具有较高的安全性，被称为高度战略安全的储备库。
对于超深地层盐岩，若采用常用的盐穴净空间利用模式(金坛模式)，地下溶腔需要较高的气压与之匹配才能保证腔体的稳定性，而现阶段压缩空气储能地面设备难以到达该压力范围，造成深部盐岩无法得到有效利用。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
第一方面，本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，上述方法包括：
在目标盐井注入井注入目标液体，以使上述注入井和排卤井充斥上述饱和卤水；
向上述注入井注入高压气体，以使上述排卤井排出目标体积的饱和卤水；
停止注入上述高压气体并打开上述注入井的井口，以使上述高压气体释放至大气中；
打开上述排卤井的井口使大气进入上述排卤井使气液界面达到目标水平，以使顶板垮塌而形成上述沉渣型储库。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在上述顶板垮塌的过程中，控制上述注入井和上述排卤井的闭合状态不同；
获取目标盐井的动态数据以监测上述顶板垮塌进度。
在一种实施方式中，上述动态数据包括上述排卤井的气体压力和上述注入井的井筒声音。
在一种实施方式中，上述目标液体包括上述饱和卤水。
在一种实施方式中，上述目标盐井为地表空旷且采出率高于80％的盐井。
在一种实施方式中，上述注入井的套管鞋的高度高于上述排卤井的套管鞋的高度。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在向上述注入井注入高压气体的过程中，执行预设次数的停止注气操作，以校核空气柱压差。
在一种实施方式中，上述校核空气柱压差包括：
通过下式校核上述空气柱压差：
P气+ΔP气＝P卤+ρ饱gh
式中，P气为指注入井井口的气压，ΔP气为注入井气柱的压力，P卤为排卤井井口的压力，ρ饱为饱和卤水密度，h为上述注入井和上述排卤井的液面高度差，V为上述排卤井排出的卤水体积，r为套管内径，g为重力加速度。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在上述停止注入上述高压气体并打开上述注入井的井口的过程中，获取注入井的井口压力变化速率；
基于上述井口压力变化速率判断上述饱和卤水是否进入上述注入井。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
对上述注入井和上述排卤井执行通井操作。
综上，本申请实施例的超深地层沉渣型储库构建方法包括：在目标盐井注入井注入目标液体，以使上述注入井和排卤井充斥上述饱和卤水；向上述注入井注入高压气体，以使上述排卤井排出目标体积的饱和卤水；停止注入上述高压气体并打开上述注入井的井口，以使上述高压气体释放至大气中；打开上述排卤井的井口使大气进入上述排卤井使气液界面达到目标水平，以使顶板垮塌而形成上述沉渣型储库。本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，采用溶腔人工放顶的方法，通过降低腔体内压，利用巨大的地应力，促使夹层垮塌，充填溶腔，形成沉渣型储库，进而利用沉渣对腔壁的作用，来保持腔体的稳定性。
本申请提出的超深地层沉渣型储库构建方法，本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种超深地层沉渣型储库构建方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种注气排卤操作原理性示意图；
图3为本申请实施例提供的一种放气回卤操作原理性示意图；
图4为本申请实施例提供的一种人工放顶卸压操作原理性示意图；
图2-图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1-上覆岩层，2-夹层，3-盐岩，4-生产套管，5-注气管，6-注入井，7-排卤井，8-输气管道，9-输卤管道，10-压力表，11-流量计，12-压缩机，13-气体流动方向，14-卤水流动方向，15-封隔器，16-高压空气，17-饱和卤水，18-碎石。
具体实施方式
本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，采用溶腔人工放顶的方法，通过降低腔体内压，利用巨大的地应力，促使夹层垮塌，充填溶腔，形成沉渣型储库，进而利用沉渣对腔壁的作用，来保持腔体的稳定性。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
由于盐岩具有极低的渗透性，较好的蠕变及损伤恢复特性，盐穴作为能源地下储存库具有较高的安全性，被称为高度战略安全的储备库。根据盐矿地下空间类型，盐矿地下空间的利用模式主要有3种。(1)盐穴净空间利用模式(金坛模式)。利用水溶开采后的纯盐穴净空间，也是现阶段世界上盐穴利用的主要模式，在我国，以金坛储气库为典型案例。(2)沉渣空隙利用模式(泰安模式)。当地层中夹层比例高，盐穴腔体大部分空间都被沉渣充填时，则可利用沉渣空隙储气。(3)盐穴-沉渣混合利用模式(井神模式)。地层中存在夹层，夹层垮塌后充填部分空间，可利用空间包括盐穴和沉渣空间，属于混合利用模式，江苏淮安井神盐业腔体属于该利用模式。
对于超深地层盐岩，若采用常用的盐穴净空间利用模式(金坛模式)，地下溶腔需要较高的气压与之匹配才能保证腔体的稳定性，而现阶段压缩空气储能地面设备难以到达该压力范围，造成深部盐岩无法得到有效利用。
请参阅图1，为本申请实施例提供的一种超深地层沉渣型储库构建方法流程示意图，具体可以包括：
S110、在目标盐井注入井注入目标液体，以使所述注入井和排卤井充斥所述饱和卤水；
示例性的，目标盐井至少包括一个注入井和一个排卤井，在通常的采盐过程中，注入井注入淡水，盐井中的饱和盐水在注入淡水压力的驱使下，通过排卤井排出饱和卤水。
在形成沉渣型储库的准备阶段阶段向注入井注入目标液体，目标液体包括饱和卤水或其他液体，通过注入目标液体，使注入井和排卤井内均充满饱和卤水。
S120、向所述注入井注入高压气体，以使所述排卤井排出目标体积的饱和卤水；
示例性的，如图2所示，为本申请实施例提供的注气排卤操作原理性示意图。利用地面空气压缩机12进行注气排卤作业，高压空气16通过注入井6内的注气管5注入、饱和卤水17通过排卤井7排出，为降低卤水液面提供前置条件。
S130、停止注入所述高压气体并打开所述注入井的井口，以使所述高压气体释放至大气中；
示例性的，如图3所示，为本申请实施例提供的放气回卤操作原理性示意图。停止注入高压气体，并从注入井6释放高压空气16至大气中，降低注入井的气压S140、打开所述排卤井的井口使大气进入所述排卤井使气液界面达到目标水平，以使顶板垮塌而形成所述沉渣型储库。
示例性的，同时，打开排卤井7井口，使得大气能够进入排卤井。由于注入井6压力降低，排卤井7的卤水液面高度会逐步降低，最终使气液界面达到目标水平。
如图4所示，为本申请实施例提供的人工放顶卸压操作原理性示意图。通过放气回卤操作，腔体内部压力降低，导致腔体顶板在深部地应力的作用下发生垮塌，夹层充填溶腔，从而形成沉渣型储库。
综上，本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，采用溶腔人工放顶的方法，通过降低腔体内压，利用巨大的地应力，促使夹层垮塌，充填溶腔，形成沉渣型储库，进而利用沉渣对腔壁的作用，来保持腔体的稳定性。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在所述顶板垮塌的过程中，控制所述注入井和所述排卤井的闭合状态不同；
获取目标盐井的动态数据以监测所述顶板垮塌进度。
示例性的，依靠强大的地应力实现顶板垮塌。在该过程中，主要是监测地下情况，为更多监测地下情况，封闭一口井(如排卤井7)，打开一口井(如注入井6)，保持两口井的差异化
在一种实施方式中，所述动态数据包括所述排卤井的气体压力和所述注入井的井筒声音。
示例性的，动态数据包括监测排卤井7侧的气体压力情况和注入井6侧的井筒声音情况。
在一种实施方式中，所述目标液体包括所述饱和卤水。
示例性的，采盐过程中，一口井注入淡水，一口井排出饱和卤水，两口井不一致的卤水浓度，不利于数据分析。为方便数据分析，在注水井侧注入饱和卤水，使得两口井内均为饱和卤水。
在一种实施方式中，所述目标盐井为地表空旷且采出率高于80％的盐井。
示例性的，选择地表相对空旷的盐井，可以减少对周围环境的影响，并提供足够的空间进行作业。这样可以避免与建筑物、道路、河流等人为设施的冲突，降低作业过程中的安全风险。选择采出率高于80％的盐井，可以保证腔体顶板具备足够的垮落空间，能够顺利放顶。
在一种实施方式中，所述注入井的套管鞋的高度高于所述排卤井的套管鞋的高度。
示例性的，注入井选择套管鞋位置相对高的井，排卤井选择套管鞋位置相对低的井，可以防止气体过早外溢。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在向所述注入井注入高压气体的过程中，执行预设次数的停止注气操作，以校核空气柱压差。
示例性的，注气过程中空气柱的压力和卤水柱一样，不可忽略。但是随着注气的进行空气的密度时刻变化，因此，需要对空气柱的压力进行校核，在注气排卤的井筒阶段，设置中间停注3-5次，用来校核空气柱压差。
在一种实施方式中，所述校核空气柱压差包括：
通过下式校核所述空气柱压差：
P气+ΔP气＝P卤+ρ饱gh
式中，P气为指注入井井口的气压，；ΔP气为注入井气柱的压力；P卤为排卤井井口的压力；ρ饱为饱和卤水密度；h为所述注入井和所述排卤井的液面高度差，V为所述排卤井排出的卤水体积，r为套管内径，g为重力加速度。
示例性的，根据排卤井井口流量计测得的排卤体积V，可以准确计算出两口井的液面高度差h：
其中：r为技术套管(生产套管)的内径。
根据压力平衡，可以得到：
P气+ΔP气＝P卤+ρ饱gh
其中：P气是指注入井井口的气压，ΔP气是指注入井气柱的压力，P卤是指排卤井井口的压力，ρ饱是指饱和卤水密度，h是指两口井的液面高度差。
这样很快就可以获得不同压力、不同高度下的空气柱压差，为后续计算空气柱压差提供实测数据。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
在所述停止注入所述高压气体并打开所述注入井的井口的过程中，获取注入井的井口压力变化速率；
基于所述井口压力变化速率判断所述饱和卤水是否进入所述注入井。
示例性的，放气回卤过程主要监测气液界面位置和注入井6的井口压力。并根据注入井6的压力变化速率判断饱和卤水17是否进入注入井。
在一种实施方式中，上述方法还包括：
对所述注入井和所述排卤井执行通井操作。
示例性的，为了确保井筒内部无堵塞，保证后续注气排卤过程顺利进行，需要进行通井操作。并对井的固井情况，两口井的深度情况进行校核。
在一种实施方式中，超深地层沉渣型储库构建方法可以通过前期准备操作、注气排卤操作、放气回卤操作和人工放顶卸压操作实现，具体包括：
1、前期准备操作：
1.1、选井：选择地表相对空旷，采出率高于80％的盐井，保证顶板由足够的垮落空间，能够顺利放顶。
1.2、通井：确保井筒内部无堵塞，保证后续注气排卤过程顺利进行。并对井的固井情况，两口井的深度情况进行校核。
1.3、换液：采盐过程中，一口井注入淡水，一口井排出饱和卤水，两口井不一致的卤水浓度，不利于数据分析。为方便数据分析，在注水井侧注入饱和卤水，使得两口井内均为饱和卤水。
2、进行注气排卤操作，请参阅图2，利用地面空气压缩机12进行注气排卤作业，高压空气16通过注入井6内的注气管5注入、饱和卤水17通过排卤井7排出，为降低卤水液面提供前置条件。
注入井选择套管鞋位置相对高的井，排卤井选择套管鞋位置相对低的井，防止气体过早外溢。注气管选择高强注气管且下端安装封隔器15，以承受高压气体压力，防止高压气体溢出。在井口放置压力表10记录井口压力，包含注入井井口的气体压力和排卤井井口的液体压力；排卤管线安装流量计11记录排出卤水总量，如果可以，也可以增加一台流量计记录注入空气的量。
注气排卤可以分为以下阶段：1)井筒阶段：该阶段空气注入井筒，井筒内的饱和卤水液面迅速下降，压缩机压力变化快，持续升高，饱和卤水液面每下降1m，压力变化为2)盐穴阶段：该阶段高压空气进入盐穴。
注气过程中空气柱的压力和卤水柱一样，不可忽略。但是随着注气的进行空气的密度时刻变化，因此，需要对空气柱的压力进行校核，在注气排卤的井筒阶段，设置中间停注3-5次，用来校核空气柱压差,空气柱压差具体计算方法如下：
根据排卤井井口流量计测得的排卤体积V，可以准确计算出两口井的液面高度差h：
其中：r为技术套管(生产套管)的内径。
根据压力平衡，可以得到：
P气+ΔP气＝P卤+ρ饱gh
其中：P气是指注入井井口的气压；ΔP气是指注入井气柱的压力；P卤是指排卤井井口的压力；ρ饱是指饱和卤水密度；h是指两口井的液面高度差。
这样可以获得不同压力、不同高度下的空气柱压差，为后续计算空气柱压差提供实测数据。
3、放气回卤操作，请参阅图3，从注入井6释放高压空气16至大气中，降低注入井的气压；同时，打开排卤井7井口，使得大气能够进入排卤井。由于注入井6压力降低，排卤井7的卤水液面高度会逐步降低，最终使气液界面达到目标水平。放气回卤过程主要监测气液界面位置和注入井6的井口压力。并根据注入井6的压力变化速率判断饱和卤水17是否进入注入井。
4、人工放顶卸压操作，请参阅图4，依靠强大的地应力实现顶板垮塌。在该过程中，主要是监测地下情况，为更多监测地下情况，封闭一口井(如排卤井7)，打开一口井(如注入井6)，保持两口井的差异化，监测排卤井7侧的气体压力情况和注入井6侧的井筒声音情况。
综上，本申请提出一种超深地层沉渣型储库构建方法，通过前期准备工作、注气排卤操作、放气回卤操作、人工放顶卸压操作，采用溶腔人工放顶的方法，通过降低腔体内压，利用巨大的地应力，促使夹层垮塌，充填溶腔，形成沉渣型储库，进而利用沉渣对腔壁的作用，来保持腔体的稳定性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，包括：
在目标盐井注入井注入目标液体，以使所述注入井和排卤井充斥所述饱和卤水；
向所述注入井注入高压气体，以使所述排卤井排出目标体积的饱和卤水；
停止注入所述高压气体并打开所述注入井的井口，以使所述高压气体释放至大气中；
打开所述排卤井的井口使大气进入所述排卤井使气液界面达到目标水平，以使顶板垮塌而形成所述沉渣型储库。
2.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，还包括：
在所述顶板垮塌的过程中，控制所述注入井和所述排卤井的闭合状态不同；
获取目标盐井的动态数据以监测所述顶板垮塌进度。
3.根据权利要求2所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，所述动态数据包括所述排卤井的气体压力和所述注入井的井筒声音。
4.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，所述目标液体包括所述饱和卤水。
5.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，所述目标盐井为地表空旷且采出率高于80％的盐井。
6.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，所述注入井的套管鞋的高度高于所述排卤井的套管鞋的高度。
7.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，还包括：
在向所述注入井注入高压气体的过程中，执行预设次数的停止注气操作，以校核空气柱压差。
8.根据权利要求6所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，所述校核空气柱压差包括：
通过下式校核所述空气柱压差：
P气+ΔP气＝P卤+ρ饱gh
式中，P气为指注入井井口的气压，ΔP气为注入井气柱的压力，P卤为排卤井井口的压力，ρ饱为饱和卤水密度，h为所述注入井和所述排卤井的液面高度差，V为所述排卤井排出的卤水体积，r为套管内径，g为重力加速度。
9.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，还包括：
在所述停止注入所述高压气体并打开所述注入井的井口的过程中，获取注入井的井口压力变化速率；
基于所述井口压力变化速率判断所述饱和卤水是否进入所述注入井。
10.根据权利要求1所述的超深地层沉渣型储库构建方法，其特征在于，还包括：
对所述注入井和所述排卤井执行通井操作。
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|---|---|---|---|
| CN202311253904.0A CN117307243A (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种超深地层沉渣型储库构建方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| CN117307243A true CN117307243A (zh) | 2023-12-29 |
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| CN202311253904.0A Pending CN117307243A (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 一种超深地层沉渣型储库构建方法 |
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2023
- 2023-09-25 CN CN202311253904.0A patent/CN117307243A/zh active Pending
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