CN112036027A - 一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气资源地下勘探技术领域，具体涉及一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法。该方法包括：制作目标盐层中的沉渣样本；获取所述沉渣样本的膨胀系数；获取所述沉渣样本的碎涨系数；获取所述沉渣样本的持水系数；计算所述目标盐层的可排卤水体积。本发明利用目标盐层中的沉渣样本，获取用于表征沉渣在目标盐层中实际物理状态的膨胀系数、碎涨系数和持水系数，然后结合盐腔水溶造腔过程中的相关现场参数，对目标盐层处的地下溶腔进行了精确建模，从而准确地计算出了高杂质盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积。
Description
技术领域
本发明涉及油气资源地下勘探技术领域，具体涉及一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法。
背景技术
盐岩水溶形成的地下溶腔，是国际公认的大规模储存天然气的优良场所。由于我国盐岩多为湖湘沉积形成，具有盐层厚度薄、夹层多、不溶物含量高等特点，水溶形成的溶腔在储气库腔底堆积大量不溶物，形成不溶物堆积体(即“沉渣”)，这些沉渣堆积体占据较多溶腔空间。传统储气库是通过利用注入天然气的压力把盐腔上部空间的卤水压到地表，利用上部卤水空间进行储气。但在高杂质盐穴中，较多的沉渣占据大量储气空间，造成储气库上部可用储气空间小，储气库库容小。利用沉渣储气技术排出沉渣空隙卤水，利用一部分沉渣空隙进行储气，则能够有效扩大储气空间，增加储气库库容。
目前利用盐穴储气库沉渣空隙储气，国内外没有工程先例，是一个新的技术领域。现场实验和声呐测腔发现，在高杂质盐穴储气库中，沉渣具有很高的空隙率和良好的连通性，利用天然气驱替沉渣空隙卤水的方法是可行的。但是对沉渣空隙可储气体体积(即沉渣空隙可排卤水体积)并没有相关评价标准，亟需一种能够准确获取高杂质盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，以准确计算高杂质盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，包括：
制作目标盐层中的沉渣样本；
获取所述沉渣样本的膨胀系数d；
获取所述沉渣样本的碎涨系数b；
获取所述沉渣样本的持水系数w；
计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk，具体的计算公式为：
其中，a为所述目标盐层中的沉渣不溶物含量，ρ为所述目标盐层中的固体盐密度，M为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出石盐总质量，c为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出卤水平均含盐浓度。
在一种可能的实施例中，所述制作目标盐层中的沉渣样本，包括：
通过现场钻孔，获取所述目标盐层的岩心样本；
将所述岩心样本浸泡在水中，溶解所述岩心样本中可溶的石盐，获取沉渣不积物；
将所述沉渣不积物在第一设定温度下进行第一设定时长的烘干处理，获取沉渣样本。
在一种可能的实施例中，所述获取所述沉渣样本的膨胀系数d，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
在所述量筒中加入设定浓度的氯化钠溶液，并将所述量筒在第二设定温度下进行第二设定时长的静置处理，读取所述沉渣样本在所述量筒中膨胀稳定后的膨胀体积V；
计算所述沉渣的膨胀系数d，具体的计算公式为：
在一种可能的实施例中，所述获取所述沉渣样本的碎涨系数b，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
计算所述沉渣样本的碎涨系数b，具体的计算公式为：
其中，M0为所述沉渣样本的质量，ρ0为所述沉渣样本的密度。
在一种可能的实施例中，所述获取所述沉渣样本的持水系数w，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
向所述量筒中加入V1体积的水，以使所述量筒中的液面与所述沉渣样本在所述量筒中的最高位置平齐；
将所述量筒中的水从所述量筒的底部排水孔排出，记录排出水的体积V2；
计算所述沉渣样本的持水系数w，具体的计算公式为：
在一种可能的实施例中，所述计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk之后，所述方法还包括：
利用声呐技术，测量所述目标盐层在盐腔水溶造腔后沉渣上部的卤水空间的测量体积；
根据所述卤水空间的测量体积，计算可排卤水检验体积；
判断所述可排卤水体积和所述可排卤水检验体积之间的差值是否小于设定阈值；
若是，则认定所述可排卤水体积为所述目标盐层在盐腔水溶造腔后的可排卤水体积。
在一种可能的实施例中，所述根据所述卤水空间的体积，计算可排卤水检验体积，包括：
计算可排卤水检验体积V′k，具体的计算公式为：
其中，V′b为所述卤水空间的测量体积。
在一种可能的实施例中，所述第一设定温度的取值范围为100摄氏度至110摄氏度，所述第一设定时长的取值范围为40小时至60小时。
在一种可能的实施例中，所述第二设定温度的取值范围为30摄氏度至50摄氏度，所述第一设定时长的取值范围为25天至35天。
在一种可能的实施例中，所述设定阈值的计算方法包括：
计算所述设定阈值Δ，具体的计算公式为：
Δ＝k·Vk；
其中，k为设定比例数值。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明中，利用目标盐层中的沉渣样本，获取用于表征沉渣在目标盐层中实际物理状态的膨胀系数、碎涨系数和持水系数，然后结合盐腔水溶造腔过程中的相关现场参数，对目标盐层处的地下溶腔进行了精确建模，从而准确地计算出了高杂质盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种目标盐层处的地下溶腔的模型示意图；
图2是本发明实施例提供的一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法的流程图。
附图标记说明：1为地下溶腔的总体积，2为地下溶腔中可溶盐体积，3为地下溶腔中膨胀前的沉渣体积，4为地面采出盐的总体积，5为地下溶腔中卤水中的可溶盐的体积，6为地下溶腔中沉渣上部的卤水空间的体积，7为地下溶腔中膨胀后的沉渣体积。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
本发明首先对盐腔水溶造腔前后目标盐层的地下溶腔进行建模，如图1所示为本实施例提供的一种目标盐层处的地下溶腔的模型示意图，其中每个椭圆均代表相同的体积，本实施例希望通过以地下溶腔的总体积不变作为前提条件，给出模型中不同体积之间的计算公式。
地下溶腔为含有可溶盐和不可溶的沉渣的拥有固定体积的地下腔体，因此无论其中可溶盐和不可溶的沉渣如何变化，其整体的总体积不发生改变。
在进行盐腔水溶造腔前，可以将地下溶腔中的物质简单分为可溶盐和不可溶的沉渣，那么地下溶腔的总体积Vt即可简化为地下溶腔中可溶盐体积Vs和膨胀前的沉渣体积Vc，用公式来表达即为：Vt＝Vs+Vc。
其中，可溶盐体积Vs和膨胀前的沉渣体积Vc在目标盐层中呈均匀的比例分布，因此根据该不溶物含量a，即可计算出膨胀前的沉渣体积Vc，用公式来表达即为：Vc＝Vt×a。
在进行盐腔水溶造腔过程中，由于向地下溶腔中注入了大量的水，将地下溶腔中的全部可溶盐溶解，形成卤水，随后部分卤水被新注入的天然气排出地表，那么此时地下溶腔中可溶盐体积Vs由地面采出盐的总体积Vs1和地下溶腔中卤水中的可溶盐的体积Vs2两部分组成，用公式来表达即为：Vs＝Vs1+Vs2。其中，根据地面采出盐的总体积Vs1可以根据地面总质量M和目标岩层中的固体盐密度ρ计算获得，用公式来表达即为：
在进行盐腔水溶造腔之后，可以将地下溶腔中的空间体积简单分为地下溶腔中沉渣上部的卤水空间的体积Vb和膨胀后的沉渣体积Vn，用公式来表达即为：Vt＝Vb+Vn。那么，利用目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出卤水平均含盐浓度以及地下溶腔中当前卤水所占体积等物理量，即可表示出地下溶腔中卤水中的可溶盐的体积Vs2，用公式来表达即为：
其中，b为沉渣的碎涨系数，d为沉渣的膨胀系数。
根据上述公式，可以推导出：
利用地下溶腔中可溶盐体积Vs、地面采出盐的总体积Vs1和地下溶腔中卤水中的可溶盐的体积Vs2之间的关系，可以推导出：
根据目标盐层的可排卤水体积Vk、膨胀后沉渣体积Vn和持水系数w之前的关系，可以推导出：
该计算公式中，目标盐层中的不溶物含量a、目标盐层中的固体盐密度ρ、目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出石盐总质量M和目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出卤水平均含盐浓度c均为现场参数，可直接从现场获取，而膨胀系数d、碎涨系数b和持水系数w，则不能直接从现场获得，需要在实验室内进行测量。
为此，本实施例提供一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，以通过上述公式来计算出可排卤水体积。请参阅图1，图1为该方法实施例的流程图，具体包括：
步骤11，制作目标盐层中的沉渣样本。
这里，本发明还给出一种较优的沉渣样本的制作方案，具体为：
步骤21，通过现场钻孔，获取所述目标盐层的岩心样本。
步骤22，将所述岩心样本浸泡在水中，溶解所述岩心样本中可溶的石盐，获取沉渣不积物。
具体的，可溶的石盐为一些诸如氯化钠和硫酸钠等可溶矿物盐，通过将现场取得的岩心浸泡在清水中，定期更换浸泡后的卤水，以充分溶解样品中的可溶矿物盐，最终得到不溶物沉渣颗粒。
步骤23，将所述沉渣不积物在第一设定温度下进行第一设定时长的烘干处理，获取沉渣样本。
具体的，第一设定温度的取值范围为100摄氏度至110摄氏度，第一设定时长的取值范围为40小时至60小时。
步骤12，获取所述沉渣样本的膨胀系数d。
这里，本发明还给出一种较优的膨胀系数的获取方案，具体为：
步骤31，将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0。
具体的，可以将一定体积的沉渣样品倒入规格为250ml的量筒中，读取干样品在量筒中的自由堆积体积。
步骤32，在所述量筒中加入设定浓度的氯化钠溶液，并将所述量筒在第二设定温度下进行第二设定时长的静置处理，读取所述沉渣样本在所述量筒中膨胀稳定后的膨胀体积V。
具体的，可以加入饱和氯化钠溶液来模拟溶腔卤水环境，然后把量筒放置于第二设定温度的恒温箱中养护第二设定时长，读取不溶物膨胀稳定后的体积。
具体的，第二设定温度的取值范围为30摄氏度至50摄氏度，第一设定时长的取值范围为25天至35天。
步骤33，计算所述沉渣的膨胀系数d，具体的计算公式为：
步骤13，获取所述沉渣样本的碎涨系数b。
这里，本发明还给出一种较优的碎涨系数获取方案，具体为：
步骤41，将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0。
步骤42，计算所述沉渣样本的碎涨系数b，具体的计算公式为：
其中，M0为所述沉渣样本的质量，ρ0为所述沉渣样本的密度。
具体的，可以使用电子天平来直接称量沉渣样本的质量。
步骤14，获取所述沉渣样本的持水系数w。
这里，本发明还给出一种较优的持水系数获取方案，具体为：
步骤51，将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0。
步骤52，向所述量筒中加入V1体积的水，以使所述量筒中的液面与所述沉渣样本在所述量筒中的最高位置平齐。
步骤53，将所述量筒中的水从所述量筒的底部排水孔排出，记录排出水的体积V2。
步骤54，计算所述沉渣样本的持水系数w，具体的计算公式为：
步骤15，计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk，具体的计算公式为：
其中，a为所述目标盐层中的不溶物含量，ρ为所述目标盐层中的固体盐密度，M为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出石盐总质量，c为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出卤水平均含盐浓度。
在一种可能的实施例中，为了提高可排卤水体积的计算精度，本发明还给出了以下方案：
所述计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk之后，所述方法还包括：
步骤61，利用声呐技术，测量所述目标盐层在盐腔水溶造腔后沉渣上部的卤水空间的测量体积。
步骤62，根据所述卤水空间的测量体积，计算可排卤水检验体积。
具体的，计算过程包括：
步骤71，计算可排卤水检验体积V′k，具体的计算公式为：
其中，V′b为所述卤水空间的测量体积。
步骤63，判断所述可排卤水体积和所述可排卤水检验体积之间的差值是否小于设定阈值。
具体的，本实施例通过声呐测量和模型直接数值计算两种方式来相互配合，提高了可排卤水检验体积的准确度。
具体的，设定阈值的计算方法包括：
步骤81，计算所述设定阈值Δ，具体的计算公式为：
Δ＝k·Vk；
其中，k为设定比例数值。
步骤64，若是，则认定所述可排卤水体积为所述目标盐层在盐腔水溶造腔后的可排卤水体积。
这里，本发明以淮安地区某高杂质盐穴储气库为例，来说明本实施例计算可排卤水体积的方案。
1、获取盐矿地层赋存特征
该盐穴建腔过程中的采盐总量24万t，采出卤水卤水含盐浓度280g/l，开采盐岩层的不溶物含量0.35，固体盐密度2200kg/m3。
2、室内溶解试验获得沉渣样品
将现场取得的岩心浸泡在清水中，定期更换浸泡后的卤水，以充分溶解样品中的可溶矿物(氯化钠、硫酸钠等)，得到不溶物沉渣颗粒。将不溶物沉渣颗粒在105℃±5℃的温度环境中进行48h烘干后，取得沉渣样品。
3、室内测定沉渣不溶颗粒膨胀系数
采用量筒量取100ml的不溶物试样倒入规格为250ml的量筒中，加入饱和氯化钠溶液来模拟溶腔卤水环境，此时读取初始量筒体积105ml，然后把量筒并放置于40℃的恒温箱中养护30h，读取不溶物膨胀稳定后的体积110ml，计算得到不溶物膨胀系数1.0476。
4、室内测定沉渣碎胀系数
采用量筒量取一定体积的沉渣样品倒入规格为250ml的量筒中，读取干样品在量筒中的自由堆积体积110ml。相同样品放到电子天平上，测出样品质量M0。计算得到沉渣碎胀系数1.6。
5、室内测定沉渣样品持水系数
采用量筒量取一定体积的沉渣样品其放置于底部有排水孔的量筒中，记录干样品在量筒中的自由堆积体积120ml。用量筒往干样品中加水，直至水面刚好与沉渣表面齐平，记录加入水的体积50ml；待水面稳定后，打开量筒底部排水孔，并收集量筒中排出的水，待水不再排出，记录排出水的体积30ml。计算得到沉渣持水系数为0.167。
6、沉渣可排卤水体积计算
把以上得到的相关参数，代入公式
计算得到的Vk＝9.65万m3，即沉渣可排卤水体积为9.65万m3。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例中，利用目标盐层中的沉渣样本，获取用于表征沉渣在目标盐层中实际物理状态的膨胀系数、碎涨系数和持水系数，然后结合盐腔水溶造腔过程中的相关现场参数，对目标盐层处的地下溶腔进行了精确建模，从而准确地计算出了高杂质盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积。
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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，包括：
制作目标盐层中的沉渣样本；
获取所述沉渣样本的膨胀系数d；
获取所述沉渣样本的碎涨系数b；
获取所述沉渣样本的持水系数w；
计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk，具体的计算公式为：
其中，a为所述目标盐层中的不溶物含量，ρ为所述目标盐层中的固体盐密度，M为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出石盐总质量，c为所述目标盐层在盐腔水溶造腔过程中的采出卤水平均含盐浓度。
2.根据权利要求1所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述制作目标盐层中的沉渣样本，包括：
通过现场钻孔，获取所述目标盐层的岩心样本；
将所述岩心样本浸泡在水中，溶解所述岩心样本中可溶的石盐，获取沉渣不积物；
将所述沉渣不积物在第一设定温度下进行第一设定时长的烘干处理，获取沉渣样本。
3.根据权利要求1所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述获取所述沉渣样本的膨胀系数d，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
在所述量筒中加入设定浓度的氯化钠溶液，并将所述量筒在第二设定温度下进行第二设定时长的静置处理，读取所述沉渣样本在所述量筒中膨胀稳定后的膨胀体积V；
计算所述沉渣的膨胀系数d，具体的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述获取所述沉渣样本的碎涨系数b，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
计算所述沉渣样本的碎涨系数b，具体的计算公式为：
其中，M0为所述沉渣样本的质量，ρ0为所述沉渣样本的密度。
5.根据权利要求1所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述获取所述沉渣样本的持水系数w，包括：
将所述沉渣样本装入量筒中，读取所述沉渣样本在所述量筒中的自由堆积体积V0；
向所述量筒中加入V1体积的水，以使所述量筒中的液面与所述沉渣样本在所述量筒中的最高位置平齐；
将所述量筒中的水从所述量筒的底部排水孔排出，记录排出水的体积V2；
计算所述沉渣样本的持水系数w，具体的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述计算所述目标盐层的可排卤水体积Vk之后，所述方法还包括：
利用声呐技术，测量所述目标盐层在盐腔水溶造腔后沉渣上部的卤水空间的测量体积；
根据所述卤水空间的测量体积，计算可排卤水检验体积；
判断所述可排卤水体积和所述可排卤水检验体积之间的差值是否小于设定阈值；
若是，则认定所述可排卤水体积为所述目标盐层在盐腔水溶造腔后的可排卤水体积。
7.根据权利要求6所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述根据所述卤水空间的体积，计算可排卤水检验体积，包括：
计算可排卤水检验体积V′k，具体的计算公式为：
其中，V′b为所述卤水空间的测量体积。
8.根据权利要求2所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述第一设定温度的取值范围为100摄氏度至110摄氏度，所述第一设定时长的取值范围为40小时至60小时。
9.根据权利要求3所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述第二设定温度的取值范围为30摄氏度至50摄氏度，所述第一设定时长的取值范围为25天至35天。
10.根据权利要求6所述的盐穴储气库沉渣空隙可排卤水体积计算方法，其特征在于，所述设定阈值的计算方法包括：
计算所述设定阈值Δ，具体的计算公式为：
Δ＝k·Vk；
其中，k为设定比例数值。
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