Aimming at the accidents happened under holes frequently with the development of the oilfield, a composite washover and fishing technology was developed, in which the special tool is put down on the top of the fish in fish cylinder , the washover make the fishing enter into the cylinder, and the rotating cylinder grab
关键词 天然气 地下储气库 盐穴 造腔淋洗 几何形状 密封 稳定 检测
引言
全世界天然气储气库的种类大致分为 4 类, 即枯竭油气藏储气库、含水层储气库、废旧矿井储 气库和盐穴储气库。与其它 3 种类型的储气库相 比, 盐穴储气库具有构造完整、夹层少、厚度大、物 性好、结构坚实、可在储集构造上建较大的溶腔; 非渗透性好, 对液态和气态的碳氢物质都可以完 好地储存, 不易流失; 可缩性强、密封性好以及被 水溶蚀之后容易开采等优点。尤其是盐穴地下储 气库具有注气及采气迅速的特点, 越来越被更多 的人们所重视。这类天然气储气库目前在世界上 有 44 座, 约占各类储气库总 和的 8% 左右, 其中 美国 18 座, 德国 13 座, 加拿大 7 座, 法国 3 座, 其 它国家 3 座。盐穴地下储气库示意见图 1。
Salt- Cavern Gas Storage. O il & Gas Journal, 1994 3 Gomm H, Quast P. Status of G as Storage in Caverns in West Germany
SPE 19084 4 Bennion D B, Thomas F B, Ma T et al Detailed Protocol for the
初始的溶腔形状是圆柱形, 经改造后, 可以形 成圆形。改造的原因是, 圆形经的大小是以最低可容纳 的工作气体积来设计。一般来说, 设计的最小溶 腔一般可容纳 84. 951~ 169. 902 dam3 的工作气, 单个大气穴可建在盐丘上, 而盐层则不同, 它可以 建若干个小气穴, 以满足储气量的要求。
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行密封性试验时, 都采用市场上可提供的 HOLD 系统 氦气漏失探测仪( 见图 4) 。
5 运行及其稳定性
一座盐穴储气库的运行, 如同一个存在于最 大与最小压力之间的压力容器, 整个气库的稳定 性与盐穴运行压力( 包括盐穴在一定的压力下) 所 暴露的时间有直接的关系。从现代理论上讲, 储 气库建立的最小压力为管道所要求的压力; 储气 库建立的最大压力根据垂直应力来确定[ 5] , 需要 根据基质盐特性, 结合复杂的岩心分析, 利用计算 机有限元程序进行岩石力学计算得到。
明, 最稳定。 对于盐层储气库来讲, 尽管球形是一个理想
的形状, 但由于有些盐层给出了限定的厚度, 并希 望建得尽可能大, 以减少工程费用。因此, 实际的 工作中, 盐穴的溶腔形状就会被建成为扁椭圆形。 确切的溶腔几何形状由声纳扫描仪进行检测( 见 图 3) 。
图 2 洞穴淋洗过 程示意图
大部分情况下, 盐层中含有一定的硬石膏和 页岩夹层。在溶矿期间, 不坚实的岩层会掉到盐 穴的底部, 堆成碎石堆, 结果使储气空间减少。在 有些情况下, 碎石所占的体积为整个盐穴开采体 积的 30% ~ 40% 。
由于盐丘与盐层的性质各异, 在盐丘及盐层 上, 造穴的具体设计也不同。对于盐丘来说, 在 造穴 深度 上 有 很大 的 弹 性, 盐 穴 深 度 可达 到 1 828. 8 m( 6 000 ft ) 以下; 但对盐层来说, 1 828. 8 m 就是造穴深度的最大极限值。美国 PB-KBB 公 司经 计 算 并 研 究 认 为, 当 盐 穴 的 深 度 达 到 1 066. 8~ 1 524. 0 m( 3 500~ 5 000 ft ) 时, 在钻井、 淋洗盐穴、气体压缩及气库运行等方面所花的费 用都是最经济的。
b) 有充足的水源。通常用地下水、湖水、河 水、渠水等水源中的新鲜水或微咸水来淋洗盐穴。 所需要的水量一般为盐穴体积的 7~ 10 倍。
c) 有处理盐卤的方法和途径。一般情况下, 处理盐卤的工作是通过对新鲜水以下的盐水层完 井的方式来完成。处理区必须与新鲜水区隔绝。 对盐层构造来讲, 处理水区可在沉积层之上, 也可 以在沉积层之下。对盐丘构造来讲, 处理水区一 般在盐丘的侧面。
图 4 HOLD 试验装置示意图
目前美国已有 30 多年储气库运行的历史, 盐 层储气库一般最大压力梯度为 0. 019 MPa/ m ; 西 德储气库最大压力梯度一般为 0. 02 MPa/ m;
加拿 大 储 气 库 一 般 最 大 压 力 梯 度 为 0. 015 2 MPa/ m。国外经验表明, 在运行压力条件下, 盐穴 壁自动变形的情况很少见。
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FAULT-BLOCK OIL & GAS FIELD
2002 年 1 月
国外盐穴地下天然气储气库建库技术发展
郭 彬1 房德华2 王秀平3 张少武3
( 1 石油勘探开发科学研究院廊坊分院 2. 华北油田公司第一采油厂 3. 华北油田公司采油工艺研究院)
摘 要 建设与开发更多的地下盐穴天然气储气库, 是 21 世纪天然气库发展的一个趋 势。成熟的国外盐穴储气库建库技术, 主要包括盐穴储气库的选址技术、造腔淋洗技术、几何 形状的控制技术、密封技术、盐穴储气库的稳定技术及检测技术。
气穴建好后, 还需要对其进行密封性试验[ 4] 。 通常, 外部水压实验可以用于气库结合面的密封 性实验。但这还不够, 因为水在结合面处不漏并 不等于从里到外都不漏。对于盐穴气库而言, 最 后水泥套管及生产管柱从内至外的密封性试验非 常严格。由于这个原因, 在对套管及生产管柱进
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冰冻) 导致管道气量不够时提供应急服务[ 1] 。盐 穴储气库的弹性大, 在快速平衡短期负荷漂移, 防 止管线负荷不平衡的损失方面更具优势。
1 建库条件
a) 盐穴应建在盐层厚、圈闭整装、无断层、闭 合幅度大的沉积构造上。围岩及盐层分布稳定, 有良好的储盖组合。盖层要有一定厚度[ 2] , 美国 要求盐穴 有 一个 最小 盐 顶厚 度, 一 般为 91. 4~ 152. 4 m( 300~ 500 ft ) 。在这个层段上, 要求盐有 很好 的胶结性, 且对上部盐 有较好的支撑作用。 盐的纯度大于 90% 。
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郭 彬等 国外盐穴地下天然气储气库建库技术发展
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术[ 3] 。通过钻凿井眼注入清水到盐层溶解盐, 然 后再将溶解后的卤水返回到地面。淋洗过程中既 可以采用正向循环, 也可以采用反向循环, 洞穴的 淋洗过程见图 2。这 2 种方法都可以使盐穴得到 稳定的形态。法国索非公司的建库经验证明, 通 过对 2 种方法进行对比发现, 反向淋洗的采盐率 比正向淋洗的采盐率高得多。
d) 储气库库址与天然气管线的距离合适。
2 建造技术
建造 地 下盐 穴 储 气 库 通 常 采用 溶 解 矿 技
图 1 盐穴地下储气库示意图
地下盐穴储气库的作用就是在天然气气源遇 到尖峰时提供调峰服务, 以及气候影响( 如飓风或
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收稿日期 2001- 08- 29 第一作者简 介 郭 彬, 女, 1957 年生, 工程师, 1998 年 毕 业于石油大 学石 油地 质专 业, 现 从事 天然 气开 发 研究 工 作, 地址( 065007) : 河北省廊坊市, 电话: ( 010) 69213792。
为了控制并保证气库顶上方的淋洗质量, 不 破坏气库的完整性, 以及其承压能力不受到损害, 通常采用比水轻的碳氢物质( 如丙烷、丁烷、柴油) 作为表面材料喷涂在盐穴顶表面。这些材料通常 是防腐的水不溶物, 它们附着在盐的表面, 可以防 止盐穴淋洗时, 上部盐被溶解下来。实践证明, 应 用效果较好。
3 深度、几何形状及大小
4 密封性
在向盐穴注入天然气期间, 水蒸气的含量和 水的露点温度会有所增加, 这是因为要从剩余的 盐中吸收水蒸气的结果。因此, 将气库中的气体 送到分支管线之前需要配备相应的地面设施和动 力, 对气体进行干燥。
西德建盐穴储气库的密封经验是在盐穴的表 面安置一个密封夹层, 使其具有对水蒸气的渗透 尽可能低的特性, 以防止或减缓气体中水蒸气含 量的增加[ 3] , 这个密封层对防止产生气体水化层 及管线腐蚀也有一定的作用。
& Gas Journal , 1998
( 编辑 刘新玲)
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JANUARY 2002
FAULT-BLOCK OIL & GAS FIELD
Vol. 9 No. 1
Ran Jiansheng ( The NO. 1 Oil Production Division, Zhongyuan Oilfield Company, SINOPEC, Henan 457071, P. R. China) , Wang Haihui and Pan Weiguo et al. , Faul-t Block Oil & Gas Field, 2002, 9( 1) : 73~ 75
Key Words: Sucker rod, Accident, Cause, Preventive treatment, Strategy.
Development and Application of Composite Washover and Fishing Cylinder
Zhao Xiaofeng ( The No. 6 Oil Production Division, Zhongyuan Oilfield Company, SINOPEC, Shandong 274511, P. R. China) , Wu Dongxin and Song Laihua, Faul-t Block Oil & Gas Field, 2002, 9( 1) : 76~ 77