鹽穴儲氣庫造腔巨厚隔層處理的新思路

摘 要：在鹽穴儲氣庫建設(shè)過程中，巨厚夾層的存在不僅增加了造腔難度，對洞室形狀也有不同程度的影響。全部利用鹽層研究特厚夾層的坍塌過程及其控制技術(shù)是十分必要的。以某國產(chǎn)儲氣庫12m厚夾層為例，選擇2口井進行現(xiàn)場試驗。試驗的目的在于分析鹽穴儲氣庫造腔隔層處理的差異以及效果。結(jié)果表明，當采用厚夾層作為直接空腔頂板時，整體失穩(wěn)和坍塌的概率較小;當厚夾層達到一定跨度時，空腔同時上下堆積，鉆孔容易定位發(fā)生局部破壞，導致夾層大面積坍塌。通過試驗過程，我們可知采用地下施工技術(shù)可在夾層跨度達到60cm時，厚夾層的坍塌可以大大降低井下技術(shù)的復雜性。研究成果可為鹽穴儲氣庫厚夾層的處理提供參考。

關(guān)鍵詞：鹽穴儲氣庫;造腔;隔層處理

1 制腔技術(shù)面臨的問題

鹽穴儲氣庫水溶性空腔形成過程中，層間的存在被推遲。流體在腔內(nèi)的輸運、對流和擴散導致腔內(nèi)流體的失效。在提鹽過程中，溶液腔內(nèi)的鹽水通過循環(huán)弦與淡水之間存在物質(zhì)交換，層間的存在減少。降低了產(chǎn)鹽速度，增加了鹽穴儲氣庫的造腔時間。夾層數(shù)量越多，溶腔體積越小，平均采鹽速度越快。夾層越小，形成空腔的速度越快，夾層越長在空腔腐蝕過程中，層間的存在破壞了空腔邊緣。邊界的連續(xù)性不利于空腔的施工和形狀控制。所以鹽巖中多層夾層的存在對鹽穴儲氣庫溶洞的影響。隨著形貌的發(fā)展和變化，夾層越少，空腔形貌越規(guī)則，越能耐受易于控制型腔的形狀。另外，由于不同夾層的組成不同，其抗拉強度也不同。強度和抗剪強度也不同，抗拉強度或抗剪強度較小，學位很容易被打破。通過多層力學分析，確定了夾層的尺寸。夾層的大小影響夾層的破裂和坍塌，較薄的夾層易破裂。

2 各階段造腔方案及造腔形狀

2.1 在超厚夾層下部形成正循環(huán)空腔

耐溶劑表面位于非常厚的夾層底部。為了觀察造腔時厚夾層底部的空腔形狀，本階段末，厚夾層空氣跨度約30m，溶劑緩蝕劑界面控制良好，無坍塌跡象。實踐證明，作為直接頂板的厚夾層穩(wěn)定性好，失穩(wěn)坍塌概率小。

2.2 在厚夾層的下部建立反循環(huán)空腔，以最大化厚夾層的空氣跨度

在第一階段，厚夾層沒有坍塌，說明跨度為零。這一階段的主要目的是增加厚夾層的跨度。聲納結(jié)果表明，當厚夾層自由跨度為60m時有不穩(wěn)定和崩潰。在此階段，溶劑阻擋界面仍位于厚夾層的下部。由于反循環(huán)空腔，厚夾層與鹵水充分接觸，厚夾層底部暴露于鹵水中。除小部分坍塌外，大部分厚夾層與鹵水不接觸，結(jié)構(gòu)完整，說明不溶性厚夾層易受鹵水浸水不穩(wěn)定坍塌的概率很小。

2.3 巨厚夾層懸空坍塌

調(diào)整內(nèi)管至厚夾層底部注水，外管至厚夾層上部排鹽水。初步確定，夾層大面積坍塌將使管柱斷裂，鹽水循環(huán)將出現(xiàn)短流、聲納交界。結(jié)果表明，井眼周圍的厚夾層大面積坍塌，而井壁邊緣的夾層并未坍塌[2]。

3 特厚夾層的現(xiàn)場處理

根據(jù)以上分析，當采用厚夾層作為直接頂板時，失穩(wěn)和坍塌的概率較小，但當洞內(nèi)懸挑跨度約為10m時，失穩(wěn)和坍塌的概率很大。由于不穩(wěn)定，容易引起大范圍的坍塌。當厚夾層坍塌時，若下部空腔體積較小，則會浪費夾層下部的鹽巖體積[1]。

4 應對鹽穴儲氣庫造腔巨厚隔層處理的新思路

4.1 直接頂跨

通過理論分析和現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)厚夾層整體失穩(wěn)和坍塌的概率相對較小。當厚夾層達到極限跨度時，在夾層上下形成空腔，使厚層夾層懸空坍塌。如果層間坍塌跨度小，會在井眼附近堆積大量的碎屑，另外，厚夾層跨度較小，上部鹽層被侵蝕。易形成次生溶洞，層間上部鹽巖體積損失較大。因此從理論上厚夾層坍塌之前，跨度越大越好。

4.2 嚴格控制溶劑阻隔界面

在場腔形成過程中，隨著厚層間距的增大，溶劑緩蝕劑界面的控制難度相應增大，界面隨時可能失去控制，導致光致變色。孔段局部應力破壞導致厚層夾層早期坍塌的風險。當a井層間跨度達到60m時，層間底部有一小部分剝落，油水界面緩慢緩慢上升，當油水界面調(diào)整到層間上腔時，厚層層立即坍塌，根據(jù)B井造腔資料和聲納測量結(jié)果，油水界面消失與時間有關(guān)的厚層夾層隨后大面積坍塌。當不進行管柱調(diào)整時，厚夾層提前坍塌會使管柱彎曲或折斷，增加井下工藝難度，影響造腔進度。當采用厚夾層作為直接頂板時，夾層底部的裸眼段被鹽水浸泡，有一小部分脫落，抗溶劑界面易向上移動，場地坍塌。嚴格控制防溶劑界面，定期向厚夾層下部注入防溶劑。如有必要，應檢測防溶劑的界面位置。

5 結(jié)論

①采用厚夾層作為洞室直接頂板時，穩(wěn)定性好，整體失穩(wěn)坍塌概率小;②在鹽水充分浸泡過程中，與鹽水直接接觸的夾層底部有一小部分容易腐蝕開裂，接頭剝落，不與鹽水直接接觸部分受影響較小，夾層結(jié)構(gòu)完整;③當厚夾層跨度達到一定值時，在厚夾層頂部和底部同時造空腔，由于鹽水沖刷等原因，在裸眼段產(chǎn)生局部應力破壞，造成厚層大面積坍塌;④為保證處理的造腔層段內(nèi)12m厚夾層坍塌前空腔體積足夠大，減少井下工藝復雜的情況。當厚夾層的自由跨度約為60m時，可以調(diào)整弦線，同時可以在厚的中間層上下建立空腔，使其在大面積塌陷。

參考文獻：

[1]孫春柳，丁國生，完顏祺琪，等.鹽穴儲氣庫造腔過程鹽腔形態(tài)工藝控制方法[C].2017年全國天然氣學術(shù)年會， 2017，67（45）：67-68.

[2]王元剛，陳加松，劉春，等.鹽穴儲氣庫巨厚夾層垮塌控制工藝[J].油氣儲運，2017，89（9）：67-68.

作者簡介：

葉萍（1984- ），女，漢族，湖北隨州人，學歷：碩士，職稱：工程師，研究方向：儲氣庫設(shè)計和生產(chǎn)運行。