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_采盐井腔改建储气库和声纳测量技术的应用_图文

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盐井 改建 储气库 声纳 测量 技术 应用 图文
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第 35 卷第 6 期屈丹安1, 2,杨海军1,徐宝财1( 苏金坛 213200; 庆 400030)摘 要 : 为确保西气东输管道的季节调峰和安全稳定运行 , 需要建设大型地下储气库 , 利用江苏金坛盐盆内的采盐井腔作为储气库是一条快速经济的捷径 。 文章论述了利用声纳测量技术对采盐井腔进行腔体形态测量 、 初选 、 稳定性评价 , 制订井筒修复改建的技术方案 , 确定注气排卤参数和现场施工技术方案的过程 。关键词 : 天然气 ; 储气库 ; 采盐井腔 ; 声纳测量技术中图分类号 : 献标识码 : B 文章编号 : 1001-2206 (2009) 06-0025-04采盐井腔改建储气库和声纳测量技术的应用!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!"0 引言西气东输管道横贯中国东西 , 管道西起新疆塔里木盆地 , 东至上海白鹤镇 , 干线全长 4 000 经 9 个省 (区 ) 市 , 穿越沙漠 、 戈壁 、 黄土高原 、 山脉 、 江河等复杂地形地貌 , 是中国第一条大口径 、 长距离 、 高压力 、 采用先进钢材的现代化天然气管道 , 设计年输气量 120 亿 为中国东部长江三角洲地区约 8 500 万户居民提供生活用气 。根据国外数十年长输管道的成功运行经验 , 为确保西气东输管道的季节调峰和安全稳定运行 , 需要在长江三角洲的天然气主要消费地区建设容量占年输气量 15%的大型地下储气库 。 根据三维地震解释资料和前期地质综合评价 , 项目可行性研究确定了江苏省金坛盐盆为西气东输首批建库地址 , 储气库设计总容量 有效工作气量 注气规模 900 万 日采气规模 1 500 万 我国建设盐穴地下储气库是首次 , 采用水溶法采矿工艺 , 受单井注水量和卤水消化能力的制约 , 新的盐穴腔体的建造一般需要数年时间 。 2003年 10 月 1 日 , 随着西气东输管道东段的投产运行 ,急需一定的应急保安气量以保证管道的安全运行 ,利用金坛盐盆内的采盐井腔作为储气库是一条快速经济的捷径 。在金坛盐穴地下储气库可行性研究期间初选的建库区域内有一批小盐矿 , 在 10 多年的采卤生产过程中 , 形成了 40 多个采盐井腔 , 为尽快获得第一批盐穴储气腔体 , 向管道提供应急保安用气 , 西气东输管道公司从 2003 年开始进行了采盐井腔改建储气库的探索 。1 盐 井 腔 的 开 采 历 史 和 分 布金坛盐盆位于江苏省金坛市西北 30 , 含盐面积约 60.5 矿石储量 t, 埋藏深度 900 ~ 1 150 m, 平均氯化钠含量达 85%, 是我国东部地区综合指标最佳的大型盐矿 , 地下盐矿开发于上世纪 80 年代末 , 采用水溶法采矿工艺 , 生产的卤水主要作为真空制盐 、 烧碱 、 聚氯乙烯等盐化工产业的原料 。金坛盐盆地处经济发达的长江三角洲 , 东临上海 , 西靠南京 , 地理位置十分优越 , 区内有丹金漕河连接长江和太湖 , 水运交通十分便利 , 依托丰富的岩盐资源 , 生产的卤水可通过船运辐射宁 (南京 )、 沪 (上海 )、 杭 (杭州 ) 等盐化工产业发达地区 , 盐矿开发具有明显的独特优势 。在西气东输金坛盐穴地下储气库可行性研究期间 , 金坛盐盆内共有 5 个小盐矿 , 分属于两个行政县市管辖 , 年生产和销售卤水折合盐 165 万 t 左右 , 共形成 43 个采盐井腔 , 其中金坛市盐业公司有 26 口 , 主要分布于金坛市茅兴盐矿 、 西阳盐矿 、岗龙盐矿和新金冠盐矿 , 采盐井开采历史最长的石 油 工 程 建 设25石 油 工 程 建 设 2009 年 12 月15 年左右 , 镇江市丹徒县荣炳盐矿有 17 口 , 采盐井开采历史最长的 12 年左右 , 估算井下腔体的体积约 坛盐盆内采盐井腔的分布见图 1, 其中 A 区21 口 、 B 区 3 口 、 C 区 4 口 、 D 区 15 口 。 盐 井 腔 的 预 选盐矿在 10 多年的采卤生产过程中 , 从未进行过盐穴腔体的形态测量 。 因此 , 根据盐穴储气库对单个腔体储气量和稳定性的基本要求 , 在进行声纳测量前 , 对 40 多口采盐井腔进行了预选 , 预选条件为 :(1) 根据采盐量计算每一口采盐井腔的腔体体积 , 要求腔体体积大于 10 万 (2) 根据盐矿生产情况进行判断 , 要求各采盐井腔不能连通 ;(3) 要求各采盐井腔之间有一定的距离 ;(4) 要求各采盐井腔的地质 、 钻井 、 测井资料 、 生产日报等比较齐全 。根据上述条件 , 预选出 15 个采盐井腔 , 分别为 : A 区的 ; B 区的 2 井 ; D 区的 8 井 。 次 声 纳 测 穴 声 纳 测 量 技 术盐穴声纳测量技术的工作原理为 : 沿采盐井井筒下放声纳测量井下仪器 , 井下仪器的声纳探头进入盐穴腔体后 , 在某一深度进行 360°水平旋转 ,同时按设定的角度间隔向盐穴腔体壁发射声脉冲 ,检测回波信号 , 信号经井下仪器的连接电缆传回地面中心处理机 , 得到某一深度上的腔体水平剖面图 ; 在盐穴腔体内不断改变检测深度 , 则可获得腔体不同深度上的水平剖面图 ; 对于盐穴腔体的顶部 、 底部和异常部分 , 使用倾斜测量功能 , 可得到不同倾斜角度下的测量距离 。 两种原始检测数据经中心处理机软件处理后 , 最终可得到整个腔体的体积和三维形态图像 , 图 2 为声纳测量施工工艺图 。 纳 测 量 技 术 与 施 工 队 伍 的 选 择盐穴地下储气库建设是一个较为特殊的领域 ,目前国际上只有德 、 美等国家的少数几家公司拥有此项技术 。 经过国内外调研比选 , 根据金坛盐矿采盐井腔的实际情况 , 确定了使用德国 司制造的声纳测量仪器和测量技术 , 其仪器组成为 :26第 35 卷第 6 期陀螺稳定系统 、 方位仪 (罗盘 )、 声速测量系统 、超声波探头倾斜机构 、 超声波探头旋转驱动机构 、压力平衡装置 、 超声波探头 、 压力测量 、温度测量 、 计算机及系统软件等 , 德国 司的声纳测量仪器技术参数见表 1。 纳 测 量 前 的 准 备 工 作根据腔体稳定性评价 、 井筒修复改造工艺等要求 , 设计的测井 、 声纳测量参数和软件计算结果有 : 井眼轨迹 、 套管接箍 、 腔体半径和直径 、 腔体温度和压力分布 、 腔体水平和垂直剖面图 、 腔体三维图 、 腔体体积 、 腔群投影图 。在研究分析了 15 个采盐井腔的地质 、 钻井 、测井 、 采卤工艺等资料后 , 发现各采盐井的直径为139.7 51/2 的生产套管均下入盐层底部较深位置 , 由于盐矿各采盐井开采时间较长 , 其中最短的采卤时间为 8 年 , 最长的采卤时间有 15 年 ,估计直径 139.7 生产套管腐蚀 、 结垢等情况比较严重 , 将会影响到声纳测量结果的精度 , 因此 , 声纳测量施工前做好了在直径 139.7 生产套管内进行腔体形态测量的准备工作 。 纳 测 量 现 场 施 工(1) 井下作业 。 使用修井机进行井筒的清理工作 , 有 13 口井通井施工顺利到达设计深度 ; 另外由于在采盐过程中下入了永久分隔器 , 通井过程中使用了螺杆钻 , 最后也顺利到达设计深度 ;由于采盐过程中出现井下事故 , 造腔内管遇卡 , 不得不放弃处理 。 最后 , 可用于声纳测量的采盐井腔为 14 口 。(2) 测井 。 为做好 14 口采盐井腔的解释工作 ,在进行声纳测量前 , 利用国内测井仪器进行了井斜 、 方位 、 磁定位和伽玛测井 。(3) 声纳测量 。 根据设计的声纳测量程序 , 完成了 13 口采盐井腔的测量 , 得到了设计所需要的声纳测量参数和软件计算结果 。 由于套管腐蚀严重 , 只得到了部分腔体的声纳测量数据 。 下面是 14 口采盐井腔的三维图 , 见图 3。 用 声 纳 测 量 数 据 对 采 盐 井 腔 进 行 选 择通过对地质 、 钻井 、 测井资料的综合分析 , 利用声纳测量数据及相关地质资料 , 采用 对 14 口采盐井腔进行了力学稳定性计算 、 分析和评价工作 , 最后选定 A 区 4 口 、 B 区 2 口采盐井腔作为储气腔体的改造目标 , 并确定了每口井腔的注采气压力区间 。图 4 为 B 区 2 口采盐井腔的 格剖分纵剖面示意 。表 1 德国 司声纳测量仪器参数设备参量 指标 设备参量 指标使用范围液体 、天然气介质深度定位精度 /m≤ 240 V,5050001°,精度 ≤+/头水平旋转 /(°)360 工作频率70 (°)0 ~ 90井下仪器耐温 /℃10 ~ 75盐水介质测量距离≤ 250 m;隔一层套管 ≤70 m;隔两层套管 ≤ 50 %;隔一层套管 ≤4%;隔两层套管 ≤8%井下仪器外径 /0 m(≥15 度 / 000天然气介质体积测量精度≤1%(≥15 ≤8% (≤10量 /5屈丹安等 : 采盐井腔改建储气库和声纳测量技术的应用27石 油 工 程 建 设 2009 年 12 用 声 纳 测 量 数 据 确 定 采 盐 井 腔 的 改 造 技 术方 案盐矿钻井的目的是溶盐采卤 , 使用直径 固井质量差 , 尺寸较小 , 加上套管长期浸泡在卤水中 , 腐蚀较为严重 , 不能满足储气腔体生产运行的需要 , 因此 , 需要对原有井身结构进行改造 。 经过多种方案论证 , 确定了全井筒套铣 、 扩眼后下入气密封套管的技术方案 , 在此技术方案中 , 利用声纳测量数据确定了井筒套铣深度 、 气密封套管的下入深度 。2 次 声 纳 测 量 前 的 井 腔 情 况在 6 口采盐井腔的井筒修复改造过程中 , 使用各种套铣工具进行了长井段套铣修井作业 , 连续套铣作业井段最长达 959.5 m, 并进行了无井底岩盐固井 、 气密封试压等工作 , 其中 1 口井腔发现渗漏 , 二次声纳测量前有 5 口井腔具备注气排卤条件 。 次 声 纳 测 量由于第一次测量是通过采盐井的套管进行的 ,套管本体和套管腐蚀 、 结垢严重 , 影响到声纳测量精度 。 在 6 口采盐井腔改造完成后 , 为掌握注气排卤施工作业中注气量 、 排卤量和气水界面在腔体内的位置 , 保证施工作业安全 , 在腔体内卤水介质中进行了第二次声纳测量 , 获得了精确的腔体形状和注气排卤施工设计所需要的声纳测量参数 。 图 5 是6 口已改造采盐井腔的三维图 (后面 2 口为观察井腔 )。 用 声 纳 测 量 数 据 确 定 注 气 排 卤 施 工 技 术 方 案在对 5 口井腔的地质 、 钻井 、 测井 、 地质力学稳定性评价等资料分析的基础上 , 利用声纳测量的腔体温度和压力分布曲线 、 腔体测量体积等参数 ,计算出每个腔体的天然气注入量 ; 利用声纳测量的腔体顶板和底板深度 、 垂直剖面图等参数 , 确定每个腔体注气排卤管柱的下入深度 ; 利用声纳测量的腔体半径和直径 、 水平和垂直剖面图 、 腔体体积分布曲线等参数 , 根据注气排卤阶段的天然气注入速度和注入量 , 计算排出卤水的体积 , 掌握气水界面在腔体中的位置 , 保证注气排卤的安全施工 。在整个注气排卤施工过程中 , 利用声纳测量所提供的数据顺利完成了 5 口井腔的现场施工 , 注气量达到了设计要求 , 5 个盐穴腔体可为管道运行提供近 5 000 万 目前 , 建成的西注采气站已进行了多次安全注采气生产运行 , 为西气东输管道运行提供了调峰和应急保安用气 。3 结束语目前在国际上 , 声纳测量技术是盐穴地下储气库腔体形态测量的唯一方法 。在采盐井腔改建储气库的过程中 , 声纳测量技术应用于现场施工的各个阶段 , 尤其在采盐井腔的选择 、 力学稳定性评价 、 井筒修复改造技术方案 、注气排卤施工工艺等方面起到了非常重要的作用 。参考文献 :[1] 王希勇 , 罗雨香 , 龙刚 ,等 . 中国天然气供应安全战略研究 [J]. 中国能源 ,2006,28(2):232] 丁国生 ,谢萍 . 中国地下储气库现状与发展展望 [J]. 天然气工业 ,2006,26(6):1113] B, . of a in A]. of 001]. , 22001.[4] 341, ].[5] of in a on of ]. 005 C]. 17 屈丹安 (1965-), 男 , 陕西洛川人 , 高级工程师 , 中国地质大学 (北京 ) 石油与天然气工程专业硕士 ,重庆大学采矿专业在读博士 , 现从事储气库相关工作 。收稿日期 : 2009In of is in a to in 5) o., 63004, , et to of a of is of of in to on or 19) Xi’10018,, et As a to of to In of in of is 2) o., 57000, of is so be by on in of is is of is 0 mg/by 25) 13200, , In to as is a is of of is of as as —of 9) 00 ×104m3/d o., 24010, , no an 00 × 104m3/d is to of to of 8 120 0 is 41 410 0430 190 04 33) 00451, ,et as to to of on of on PE is PE of on is a on PE a on BE 3PE 6) o., 00451, , et of of a of as on of it is of as is a 9) 34000,, is in in to as On as in in to —
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