杜新偉

（中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮(zhèn)江212028）

鹽巖不溶物對儲氣庫成腔影響

杜新偉

（中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮(zhèn)江212028）

我國鹽巖普遍存在不溶物含量高，泥巖夾層多的特點(diǎn)，如何合理地處理溶腔過程中不溶夾層對腔體形狀的影響是當(dāng)前鹽穴儲庫建庫的關(guān)鍵。通過對鹽巖沉積環(huán)境以及金壇儲氣庫3口井成腔分析，研究了鹽巖不溶含量及夾層分布不同的情況下腔體形狀發(fā)展特點(diǎn)及出現(xiàn)的問題，對其他鹽穴儲庫的建設(shè)具有借鑒意義。

不溶物；儲氣庫；腔體形狀

隨著我國天然氣需求的日益增加，儲氣庫在天然氣需求調(diào)峰和應(yīng)急的作用愈加重要。但我國在建或?qū)⒁ㄔO(shè)的鹽穴儲氣庫，存在鹽巖具有層狀分布、泥質(zhì)夾層較多、不溶雜質(zhì)含量較高的特點(diǎn)，這也是目前國內(nèi)鹽穴儲氣庫普遍存在的情況。不溶夾層的存在，降低了鹽層成腔效率，增加能耗，同時不溶夾層對溶蝕速率的影響也會導(dǎo)致腔體形狀的不規(guī)則。鹽層不溶夾層對鹽穴儲氣庫成腔影響的研究對加快我國鹽穴儲氣庫建設(shè)，提高有效庫容具有重要的意義。

1 地質(zhì)情況

鹽巖沉積為淡水環(huán)境下的蒸發(fā)巖沉積，主要受水體鹽度控制。氣候炎熱干燥時，蒸發(fā)量大于淡水補(bǔ)給量，沉積水體萎縮，盆地周緣水流影響小，陸源碎屑少，水體鹽度高，利于鹽巖的沉積，這時沉積的鹽巖相對厚而質(zhì)純，泥質(zhì)含量相對低；當(dāng)氣溫低、蒸發(fā)量小于淡水補(bǔ)給量時，沉積水體擴(kuò)張，盆地周緣水流影響大，陸源碎屑多，水體鹽度相對低，這時沉積的鹽巖相對薄而質(zhì)雜，泥質(zhì)含量相對高，且往往鹽巖與泥巖互層，泥巖具有水平層理或者波狀層理。氣候炎熱時，也會出現(xiàn)由于短時期的暫時性水流形成泥巖層，這一類泥巖層多為棕紅色，具有泥裂等暴露環(huán)境下的沉積特征，裂縫多被次生鹽充填（見圖1）。

我國在建儲氣庫多為夾層鹽巖礦床，如金壇地區(qū)鹽巖NaCl含量較高，屬于高品位工業(yè)鹽層，鹽巖礦床不論品位多高，都普遍存在著水不溶物，主要分布在鹽巖層內(nèi)及夾層中。金壇鹽礦中，夾層主要由泥巖、鹽質(zhì)泥巖、含鈣芒硝泥巖組成，所含水不溶物占85%以上，泥質(zhì)夾層中含有大量蒙脫石、伊利石、蒙脫石綠泥石混層等黏土礦物，并且鹽巖含量很少，基本都是低含鹽率的泥質(zhì)夾層。這些黏土礦物具有遇水軟化膨脹特性，也是造腔過程中泥質(zhì)夾層溶蝕破壞的重要誘因[1]。對于鹽巖層，一般水不溶物在14%左右。

圖1 鹽巖沉積模式剖面示意圖

2 鹽層成腔效率的影響

圖2 聲納測量邊界與真實(shí)溶蝕邊界

在鹽層中建腔時，鹽巖中的不溶物沉積到腔體底部，掩埋掉先前形成的有效體積（見圖2）。假設(shè)鹽巖中平均不溶物含量為a，不溶物遇水膨脹，蓬松系數(shù)為b，則形成的腔體有效體積VC和溶掉的原鹽巖體積VS的關(guān)系為：

金壇地區(qū)鹽層相對較好，一般原鹽巖不溶物含量為15%，不溶物蓬松系數(shù)為1.9，即每溶掉1 m3原鹽巖，僅能形成0.715 m3有效腔體。我國某些鹽礦鹽巖中不溶含量達(dá)到30%，如建造儲氣庫，形成的有效腔體大部分被沉積的不溶物埋掉。

3 腔體形狀的影響

造腔鹽層中多個不溶夾層的存在會將流場分割，造腔時影響流體沿著腔壁上返使鹵水流速變緩，大大減慢鹽巖溶蝕的速度，不利于腔體形狀的控制，導(dǎo)致水溶造腔進(jìn)展緩慢[2]。

一般單個較薄夾層在造腔過程中，隨著鹵水的浸泡軟化以及下部鹽巖的溶解，在自身重力的作用下發(fā)生垮塌，在多夾層鹽層造腔過程中，單個較薄夾層的垮塌屬于正常現(xiàn)象，如造腔管柱合理放置，薄夾層對腔體最終形狀較小。但較厚夾層一般較難發(fā)生垮塌，對腔體形狀較大。一般厚夾層出現(xiàn)的深度，腔體容易出現(xiàn)鹽脊。李建君[3]定義了鹽穴的不規(guī)則性-畸變系數(shù)：

其中：Di-鹽穴某一深度某一方向上的直徑；Dˉ-鹽穴在某一深度算術(shù)平均直徑；n-鹽穴某一深度參與統(tǒng)計的直徑數(shù)。一般情況下，不溶夾層存在多的深度腔體的畸變系數(shù)較大，對于純鹽巖腔體的畸變系數(shù)較小。

金壇儲氣庫多夾層鹽巖分布及造腔情況[3，4]（見圖3～圖5），A井平均不溶物含量約為18%，存在較多不溶夾層，由圖3知，腔體向正北溶蝕緩慢，向正南方向溶蝕較快，分析由于1 044 m～1 046 m處夾層未及時垮塌，腔體在1 045 m處形成“巖脊”，腔體形狀發(fā)展出現(xiàn)不規(guī)則，1 046 m處正南方向腔體半徑突然增大，大塊鹽巖懸空。“巖脊”的存在以及1 046 m處鹽巖的懸空對后期注氣排鹵以及腔體穩(wěn)定性都會產(chǎn)生隱患，注氣排鹵時“巖脊”處鹽巖垮塌可能會砸彎管柱。

圖3 A井相鄰兩次聲納形狀及不溶物分布

圖4 B井相鄰兩次聲納形狀及不溶物分布

圖5 C井相鄰兩次聲納形狀及不溶物分布

B井的造腔層段不溶物含量約為30%，平均不溶物含量較高，夾層較厚。前一次聲納時，腔體正北方向有較大體積，1 076 m以上深度夾層分布較多層段未能有效打開，該深度腔體直徑較小。后一次聲納時，腔體正北方向腔底抬升明顯，腔體有效體積大，推測前一次聲納后造腔時，腔體部分厚夾層發(fā)生垮塌，下部體積未完全填埋即被垮塌夾層完全封住，有效體積損失嚴(yán)重。

C井的造腔層段不溶物含量約為20%，和A井平均不溶物含量相當(dāng)，但夾層厚度薄，夾層間距離相對較大，腔體有效的垮塌，腔體形狀發(fā)展相對規(guī)則。

分析三口井知，鹽巖不溶物的分布是影響腔體形狀發(fā)展的重要因素，但溶腔過程中腔體形狀的發(fā)展還受到其他多種因素影響，如管柱放置位置、油墊位置、巖層傾角等。目前，不溶夾層對腔體形狀的具體影響還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）造腔過程中，鹽巖的不溶物決定腔體成腔效率，同時也影響腔體形狀的發(fā)展。

（2）鹽巖不溶夾層是鹽穴儲氣庫成腔的不利因素，但其對腔體形狀的影響是復(fù)雜的，還需要進(jìn)一步研究。

（3）我國鹽層普遍存在多夾層的狀況，金壇儲氣庫不溶夾層處理經(jīng)驗(yàn)可以為其他儲庫提供借鑒。

［1］郭巍，等.鹽穴儲氣庫泥質(zhì)夾層的溶蝕破壞機(jī)理研究［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015，（6）∶1503-1504.

［2］施錫林，李銀平，楊春和，等.鹽穴儲氣庫水溶造腔夾層垮塌力學(xué)機(jī)制研究［J］.巖土力學(xué)，2009，30（12）：3615-3620.

［3］李建君，王立東，劉春，等.金壇鹽穴儲氣庫腔體畸變影響因素［J］.油氣儲運(yùn)，2014，33（3）：269-273.

［4］郭凱，李建君，鄭賢斌.鹽穴儲氣庫造腔過程夾層處理工藝-以西氣東輸金壇儲氣庫為例［J］.油氣儲運(yùn)，2015，34（2）∶162-166.

TE822

A

1673-5285（2016）01-0030-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.008

2015－11-23