CN107905844A - 盐矿老腔全采动空间注气排卤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，包括：先建造新腔，再将新腔与老腔连通，再向老腔注气，使老腔中的卤水从新腔排出，形成储气库，沉渣空隙最终基本被气体占据，实现了沉渣内的注气排卤，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，不仅提高了老腔成腔率、增大了老腔的储气体积，使建成的储气库可储存更多的气体；而且不需要测量老腔的整体形态，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题。本发明的投入产出比高且建设速度快。

Description

盐矿老腔全采动空间注气排卤方法

技术领域

本发明涉及盐穴储气库建造技术领域，尤其涉及一种盐矿老腔全采动空间注气排卤方法。

背景技术

我国天然气储备严重不足，同时，随着压气蓄能电站氢气储存等新型储能方式的发展，迫切需要建设大量大规模的地下储气库。我国盐矿开采历史悠久、规模巨大，盐矿采卤后形成了大量的地下溶腔，通常称这些溶腔为采卤老腔(简称“老腔”)。

目前，将老腔改建储气库，在注气排卤方面，主要存在以下技术问题：

1)采动空间中的沉渣体积占比高，老腔成腔率低。

在采卤过程中，盐溶于水后形成的卤水被采出至地面，难溶于水的杂质则堆积到盐腔底部，形成“沉渣”。在2013年发表在《矿业研究与开发》中的论文《多夹层盐穴储库沉渣碎胀－膨胀系数试验研究》，表明其所研究盐矿的沉渣碎胀系数高达1.701。按照这一碎胀系数计算，当盐矿的综合可溶率低于63％时，采动空间将全部被沉渣覆盖。然而，我国存在大量综合可溶率低于70％的盐矿，采动空间内的卤水充填区占比很小，利用现有的注气排卤技术，仅能形成规模很小的储气空间。

2)目前的注气排卤技术，无法将沉渣空隙中的卤水排出。

盐矿中的不溶杂质，一般为泥岩、白云岩、砂岩、硬石膏等，这些不溶物遇水后破碎膨胀，最终堆积到盐穴底部，堆积的沉渣中含有大量空隙。而现有的注气排卤技术无法实现盐腔全采动空间注气排卤，这意味着大量老腔中仅有极少的体积可供储气，难以满足我国对储气库的迫切需求。

3)老腔形态探测难，注气排卤设计缺乏依据。

不同于盐穴储气库新腔建造过程中所采用的精细化工艺，在盐矿对接井开采过程中，其注水方式经常会不定期改变，采卤管柱的深度也经常因井下事故、割管作业等因素而改变，因此，对接井老腔的形态非常复杂，再加上沉渣掩埋水平通道等因素，目前的测试技术仅能测出直井或斜井顶部的盐腔形态，难以探测出老腔的整体形态，从而难以找到合适的排卤点，进而导致老腔注气排卤施工缺乏依据，难以现场实施。

发明内容

本发明通过提供一种盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，实现了提高老腔成腔率和增大储气库体积的技术效果。

本发明提供了一种盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，包括：

建造新腔；

将所述新腔与老腔连通；

向所述老腔注气，使所述老腔中的卤水从所述新腔排出，形成储气库。

进一步地，在所述新腔的建造过程中，所述新腔的边界与所述老腔的边界的距离保持在10-20m。

进一步地，所述建造新腔，包括：

钻一口新井；

向所述新井中注入溶剂，使所述溶剂溶解盐矿后形成卤水；

将所述卤水排到地表。

进一步地，在所述建造新腔的过程中，还包括：

向所述新腔中注入柴油，在所述新腔顶部形成柴油垫层。

进一步地，在所述新腔顶部形成柴油垫层之后，对所述新腔进行除渣。

进一步地，所述对所述新腔进行除渣，包括：

向所述新腔中注入除渣酸液，将所述新腔中的沉渣溶蚀为能够被所述卤水携带到地面的颗粒。

进一步地，所述将所述新腔与老腔连通，包括：

通过以下任意一种方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通：

自然溶通、压裂连通或钻井连通。

进一步地，通过自然溶通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

向所述新腔中注入所述溶剂；

监测所述老腔的直井或斜井中是否有卤水流出；

如果有，说明所述除渣后的新腔与所述老腔已连通。

进一步地，通过压裂连通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

向所述除渣后的新腔中通入高压水，使所述除渣后的新腔与所述老腔距离最近的位置被所述高压水压开，使所述除渣后的新腔与所述老腔连通。

进一步地，通过钻井连通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

将钻具放置在所述除渣后的新腔中；

通过所述钻具从所述除渣后的新腔向所述老腔钻孔，使所述除渣后的新腔与所述老腔连通。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

先建造新腔，再将新腔与老腔连通，再向老腔注气，使老腔中的卤水从新腔排出，形成储气库，沉渣空隙最终基本被气体占据，实现了沉渣内的注气排卤，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，不仅提高了老腔成腔率、增大了老腔的储气体积，使建成的储气库可储存更多的气体；而且不需要测量老腔的整体形态，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题。本发明的投入产出比高且建设速度快。

附图说明

图1为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中执行完步骤S110之后的状态示意图；

图3为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中在对新腔进行除渣过程的状态示意图；

图4为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中向新腔中注入柴油过程的状态示意图；

图5为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中执行完步骤S120之后的状态示意图；

图6为图5中的A-A’剖面的视图；

图7为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中执行步骤S130过程中的状态示意图；

图8为本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法中运行储气库时的状态示意图；

其中，1-新井，2-直井，3-斜井，4-技术套管，5-中心管，6-靶点，7-盐矿顶板，8-盐矿底板，9-老腔，10-卤水充填区，11-卤水和沉渣充填区，12-柴油垫层，13-新腔，14-新腔-老腔连通通道，15-盐矿，16-气体和沉渣充填区，17-气体充填区。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，实现了提高老腔成腔率和增大储气库体积的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

先建造新腔，再将新腔与老腔连通，再向老腔注气，使老腔中的卤水从新腔排出，形成储气库，沉渣空隙最终基本被气体占据，实现了沉渣内的注气排卤，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，不仅提高了老腔成腔率、增大了老腔的储气体积，使建成的储气库可储存更多的气体；而且不需要测量老腔的整体形态，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题。本发明实施例的投入产出比高且建设速度快。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在对本发明实施例进行说明之前，先对本发明实施例中的“注气排卤”、“采动空间”和“全采动空间”的概念进行说明：

“注气排卤”是指，向地下老腔内注入需要储存的气体，同时将卤水排出地面的过程。

“采动空间”是指，盐矿被水溶解后形成的地下空间，可以划分为两类区域：第一类区域为卤水充填区，该区域内仅有卤水，不含沉渣；第二类区域为卤水和沉渣充填区，该区域内充填有卤水和沉渣的混合物。

“全采动空间”是指，包含以上两类区域的全部空间。

参见图1，本发明实施例提供的盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，包括：

步骤S110：建造新腔13；

参见图2，对本步骤进行说明：

钻一口新井1，并完成全井段固井；

向新井1中注入溶剂，使溶剂溶解盐矿15后形成卤水；

将卤水排到地表。

需要说明的是，相对于斜井端，由于直井端的盐腔发展规律较清晰，因而将新井1开设在老腔9的直井2附近，这样能够有利于保障建造过程的顺利进行。而如果已知斜井端清晰的盐腔形态，亦可将新井1开设于老腔9的斜井3的附近。

为了保证新井1与老腔9保持合理的距离和相对位置，即保持足够远的距离以防止新井1在钻井过程中钻入老腔9，保持足够近的距离以保证新腔13之后可以与老腔9尽早连通，在新腔13的建造过程中，新腔13的边界与老腔9的边界的距离保持在10-20m。

进一步地，盐矿顶板7位于盐矿15的上方，盐矿底板8位于盐矿15的下方。新井1钻井靶点6位于盐矿底板8以上1-3m，在能够确保地层密封性的前提下，该距离越小越有利。新井1的管柱包括：技术套管4和中心管5。其中，技术套管4的最低点位于靶点以上4-6m，技术套管4全井段水泥固井；中心管5的最低点位于靶点以上1m左右，其目的是保证底部盐矿能够被溶剂充分溶解，以确保新腔13之后能够与老腔9在尽量低的位置连通，从而可以排出老腔9内的更多的卤水，以获取更大的储气空间。

在本实施例中，从中心管5注入溶剂，注入的溶剂溶解盐矿15后形成卤水，卤水经由技术套管4和中心管5之间的环空排到地面设施。随着溶解时间的推移，新腔13形成并逐渐扩大。

其中，注入的溶剂为可以溶解盐矿15的液体，例如含盐(如NaCl、Na₂SO₄等)浓度不大于30g/L的H₂O溶液。

对本发明实施例进行说明，在建造新腔13的过程中，还包括：

向新腔13中注入柴油，在新腔13顶部形成柴油垫层12，这样不仅可以避免新腔13过快向上发展，而且还可以避免新腔13底部的沉渣堆积过多，进一步保证了新腔13的横向扩展，从而尽早与老腔9连通。

具体地，定期从技术套管4和中心管5之间的环空注入柴油。

在执行完步骤S110之后，还包括：

对新腔13进行除渣；

参见图3和图4，对本步骤进行说明：

向新腔13中注入除渣酸液，将新腔13中的沉渣溶蚀为能够被卤水携带到地面的颗粒。

进一步地，定期从中心管5注入除渣酸液，从而将新腔13中的沉渣溶蚀为能够被卤水携带到地面的小颗粒，不仅可以防止沉渣堆积过多而造成堵井，而且也可以防止沉渣过度堆积而制约新腔13的横向扩展。

在本实施例中，除渣酸液的配比根据沉渣的岩性进行确定，一般为容易与沉渣中的碳酸岩、砂岩或粘土反应，但是不易与盐矿15(主要成分为NaCl)发生反应的酸性物质。具体地，除渣酸液可以为盐酸(HCl)、氢氟酸(HF)和水(H₂O)的混合液。

步骤S120：将新腔13与老腔9连通，形成新腔-老腔连通通道14；

参见图5和图6，对本步骤进行说明：

通过以下任意一种方式将除渣后的新腔13与老腔9连通：

自然溶通、压裂连通或钻井连通。

具体地，

判断除渣后的新腔13的体积是否达到预设体积；

在本实施例中，可以通过声呐探测除渣后的新腔13的体积。

如果达到，说明新腔13有足够的排卤空间，则可以将除渣后的新腔13与老腔9连通；

如果未达到，说明新腔13没有足够的排卤空间，继续进行溶腔。

具体地，

通过自然溶通的方式将除渣后的新腔13与老腔9连通，具体包括：

向新腔13中注入溶剂；

监测老腔9的直井2或斜井3中是否有卤水流出；

如果有，说明除渣后的新腔13与老腔9已连通；

具体地，在新腔13的建造过程中，直井2和斜井3井口保持打开状态，并对直井2和斜井3的卤水流量进行监测。当监测到直井2或斜井3中有卤水持续流出时，说明新腔13与老腔9已连通。此时，关闭新井1的技术套管4上的阀门，继续从中心管5注入溶剂，其目的是进一步扩大新腔-老腔连通通道14。

通过压裂连通的方式将除渣后的新腔13与老腔9连通，具体包括：

向除渣后的新腔13中通入高压水(压力为使新腔13内卤水的压力高于其所在地层破裂压力1-3MPa)，使除渣后的新腔13与老腔9距离最近的位置被高压水压开，使除渣后的新腔13与老腔9连通。

在本实施例中，打开直井2和斜井3井口，关闭新井1的技术套管4上的阀门，从中心管5注入高压水，注水压力的控制原则为新腔13内卤水的压力高于其所在地层破裂压力1-3MPa。由于新腔13和老腔9距离较近，因而它们之间的距离最近的位置将最先被高压水压开，压开后继续从中心管5注入高压水，其目的是进一步扩大新腔-老腔连通通道14。

通过钻井连通的方式将除渣后的新腔13与老腔9连通，具体包括：

将钻具放置在除渣后的新腔13中；

通过钻具从除渣后的新腔13向老腔9钻孔，使除渣后的新腔13与老腔9连通；

在钻通后，继续从中心管5注入高压水，其目的是进一步扩大新腔-老腔连通通道14。

为了避免新腔-老腔连通通道14过度溶解后扩大，在将除渣后的新腔13与老腔9连通之后，还包括：

继续向除渣后的新腔13注入溶剂，且注入总量控制在100m³以内。

步骤S130：向老腔9注气，使老腔9中的卤水从除渣后的新腔13排出，形成储气库。

在本实施例中，注入的气体为以下任意一种：

天然气、氢气、空气、二氧化碳。

参见图7，对本步骤进行说明：

将新腔13和老腔9的井下管柱改造为气密封管柱***，其中新井1的中心管5下入新腔13沉渣面以上1-2m，从斜井3(或直井2，或直井2和斜井3同时)注入高压气体(压力为使气液界面所处深度的气压高于饱和卤水液柱压力1-3MPa)，老腔9内的卤水在高压气体的压力作用下，经由新腔-老腔连通通道14，通过新井1的中心管5返到地面卤水处理厂。最终，老腔9内的卤水充填区10和卤水和沉渣充填区11中的卤水基本被排出，形成气体和沉渣充填区16和气体充填区17，从而实现老腔9的全采动空间的注气排卤。

在注气排卤过程中，为防止卤水中的盐在中心管5中结晶，造成结晶堵管事故的发生，需要对中心管5做防结晶处理。具体地，每隔数天(例如7天)，向中心管5注入溶剂以溶解结晶形成的盐，溶剂的盐浓度不大于30g/L，且溶剂注入的流量不大于20m³/h，溶剂注入的总量为中心管5的管柱容积的2-5倍。

在执行完步骤S130之后，还包括：储气库运行。

参见图8，对本步骤进行说明：

在注气排卤结束后，将新井1的中心管5的最低点提升至技术套管4内部，以防止中心管5的底部长期置于卤水中被腐蚀。同时，提升后的中心管5也可以作为气体注采的通道。在储气库的运行过程中，不仅可以从新井1、直井2和斜井3中的任意一口井中注采气，而且还可以从新井1、直井2和斜井3中的任意两口井中注采气，这样注采效率提高到单井储气库的2倍左右；也可以从新井1、直井2和斜井3同时注采气，这样注采效率提高到单井储气库的3倍左右。

【技术效果】

1、先建造新腔13，再将新腔13与老腔9连通，再向老腔9注气，使老腔9中的卤水从新腔13排出，形成储气库，沉渣空隙最终基本被气体占据，实现了沉渣内的注气排卤，解决了现有技术中无法将沉渣空隙中的卤水排出的技术问题，不仅提高了老腔9成腔率、增大了老腔9的储气体积，使建成的储气库可储存更多的气体；而且不需要测量老腔9的整体形态，规避了现有技术中对接井老腔的形态探测难的问题。本发明实施例的投入产出比高且建设速度快。

2、在新腔13的建造过程中，新腔13的边界与老腔9的边界的距离保持在10-20m，因而保证了新井1与老腔9保持合理的距离和相对位置，即保持足够远的距离以防止新井1在钻井过程中钻入老腔9，同时又保持足够近的距离以保证新腔13可以与老腔9尽早连通。

3、在新腔13的建造之后，向新腔13中注入柴油，在新腔13顶部形成柴油垫层12，不仅可以避免新腔13过快向上发展，而且还可以避免新腔13底部的沉渣堆积过多，从而保障新腔13的横向扩展，尽早与老腔9连通。

4、在将新腔13与老腔9连通之后，向新腔13注入溶剂，且注入总量控制在100m³以内，从而避免了新腔-老腔连通通道14过度溶解后扩大。

5、本发明实施例提供了三种将新腔13与老腔9连通的方式，从而提高了本发明实施例的适用性。

本发明实施例可适用于将盐矿对接井采卤形成的老腔9改建为天然气、氢气储库或压气蓄能电站储气库的建造工程。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种盐矿老腔全采动空间注气排卤方法，其特征在于，包括：

建造新腔；

将所述新腔与老腔连通；

向所述老腔注气，使所述老腔中的卤水从所述新腔排出，形成储气库。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述新腔的建造过程中，所述新腔的边界与所述老腔的边界的距离保持在10-20m。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建造新腔，包括：

钻一口新井；

向所述新井中注入溶剂，使所述溶剂溶解盐矿后形成卤水；

将所述卤水排到地表。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述建造新腔的过程中，还包括：

向所述新腔中注入柴油，在所述新腔顶部形成柴油垫层。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述新腔顶部形成柴油垫层之后，对所述新腔进行除渣。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述新腔进行除渣，包括：

向所述新腔中注入除渣酸液，将所述新腔中的沉渣溶蚀为能够被所述卤水携带到地面的颗粒。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述新腔与老腔连通，包括：

通过以下任意一种方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通：

自然溶通、压裂连通或钻井连通。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过自然溶通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

向所述新腔中注入所述溶剂；

监测所述老腔的直井或斜井中是否有卤水流出；

如果有，说明所述除渣后的新腔与所述老腔已连通。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过压裂连通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

向所述除渣后的新腔中通入高压水，使所述除渣后的新腔与所述老腔距离最近的位置被所述高压水压开，使所述除渣后的新腔与所述老腔连通。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过钻井连通的方式将所述除渣后的新腔与所述老腔连通，具体包括：

将钻具放置在所述除渣后的新腔中；

通过所述钻具从所述除渣后的新腔向所述老腔钻孔，使所述除渣后的新腔与所述老腔连通。