完顏祺琪 丁國生 趙 巖 李 康 鄧金根 鄭雅麗

1. 中國石油大學（北京） 2.中國石油勘探開發(fā)研究院3.中國石油天然氣集團有限公司油氣地下儲庫工程重點實驗室 4.中國石油西氣東輸管道公司

鹽穴型地下儲氣庫（以下簡稱鹽穴儲氣庫）是重要的儲氣調(diào)峰設(shè)施，尤其在缺乏氣藏建庫目標但地下鹽礦資源較為富集的南方地區(qū)，是地下儲氣庫建設(shè)的首選目標。金壇鹽穴儲氣庫是我國第一座鹽穴儲氣庫，2001年開始啟動前期研究與評價，2007年開始投入運行，經(jīng)過十余年的建設(shè)與運行，工作氣量超過6×108m3，日采氣能力突破1×107m3，為保障長三角地區(qū)安全平穩(wěn)供氣做出了重要貢獻。楚州、平頂山、云應(yīng)等鹽穴儲氣庫目前處于可行性研究階段，已開展了夾層垮塌、雙井造腔等先導(dǎo)性技術(shù)試驗。通過總結(jié)金壇等鹽穴儲氣庫的設(shè)計與建設(shè)經(jīng)驗[1-4]，全面更新設(shè)計理念，形成了鹽穴儲氣庫建庫評價技術(shù)序列，重點論述了選址評價、造腔設(shè)計與控制、穩(wěn)定性評價及庫容參數(shù)設(shè)計、老腔篩選及利用、氣庫運行及監(jiān)測等5項特色關(guān)鍵技術(shù)，利用這些技術(shù)指導(dǎo)鹽穴儲氣庫方案設(shè)計與礦場實施，并分析了技術(shù)應(yīng)用效果。

1 選址評價技術(shù)

在同一含鹽盆地的不同位置，鹽層的埋深、沉積厚度和鹽巖品位等參數(shù)存在較大差異。因此，鹽穴儲氣庫選址評價工作的目的是選出含鹽盆地的最優(yōu)質(zhì)鹽層。選址評價是以構(gòu)造研究和沉積學研究為基礎(chǔ)，以地震勘探、測井分析為手段，對鹽層的沉積特征、鹽層空間展布控制因素及分布規(guī)律、夾層的性質(zhì)及分布規(guī)律、鹽層頂?shù)椎貙用芊庑?，以及與鹽體有關(guān)的斷裂特征等進行精細地質(zhì)評價。在金壇、平頂山、楚州等鹽穴儲氣庫的評價與建設(shè)過程中，形成了高精度三維地震解釋和含鹽地層巖性識別等特色技術(shù)[5]。

1.1 高精度三維地震解釋技術(shù)

為了落實含鹽地層的構(gòu)造與沉積展布特征，選出遠離斷裂發(fā)育帶、埋深適中和含鹽地層厚度較大的區(qū)塊作為有利建庫地質(zhì)區(qū)，需對含鹽盆地進行三維地震采集與處理解釋，確定含鹽地層的三維空間展布特征。高精度三維地震解釋技術(shù)以精細層位標定技術(shù)、相干體與曲率體斷層解釋技術(shù)、地震屬性及地震反演技術(shù)為代表，可有效識別厚度5 m以上的鹽層、斷距10 m以上的斷層，精細準確刻畫含鹽地層的三維空間展布特征。通過建立三維地震構(gòu)造模型和巖相模型與屬性模型，有效指導(dǎo)了金壇、平頂山、楚州、云應(yīng)等鹽穴儲氣庫的建庫區(qū)塊層段選擇。

1.2 含鹽地層巖性識別技術(shù)

我國鹽穴儲氣庫建庫地質(zhì)條件以陸相層狀鹽巖為主，巖性組合復(fù)雜多變，存在鹽巖、硬石膏和鈣芒硝等多種巖性礦物。準確鑒定礦物組合與含量，是確定鹽層水溶速率、設(shè)計鹽穴儲氣庫水溶方案的基礎(chǔ)。含鹽地層巖性識別技術(shù)主要通過分析不同礦物電測曲線特征，建立測井解釋模型和巖性識別圖版。以云應(yīng)地區(qū)測井解釋為例，采用聲波時差、補償中子、體積密度3條測井曲線，建立了鹽巖、硬石膏和鈣芒硝的測井曲線識別響應(yīng)特征，定量計算出礦物組分含量。通過測井精細標定解釋，獲得造腔段不溶物平均含量為49%，將理論計算與實際聲吶測腔結(jié)果進行對比，二者較吻合。該方法為后期造腔方案調(diào)整及現(xiàn)場實施提供了可靠依據(jù)。

2 造腔設(shè)計及控制技術(shù)

與鹽化企業(yè)采鹵制鹽不同，鹽穴儲氣庫的造腔設(shè)計目標是高效利用鹽層建造儲氣空間，并兼顧腔體有效體積最大化、腔體形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、排鹵濃度符合要求等多項原則。因此，需充分考慮層狀鹽巖的水溶造腔機理，綜合評價各種地質(zhì)因素與工程因素對造腔過程的影響，科學合理的設(shè)計造腔施工方案，及時跟蹤動態(tài)調(diào)整造腔工藝參數(shù)，有效控制腔體形態(tài)發(fā)展方向。

2.1 造腔設(shè)計技術(shù)

造腔數(shù)值模擬技術(shù)是進行鹽穴儲氣庫造腔設(shè)計的主要手段。該技術(shù)是在分析工區(qū)地質(zhì)參數(shù)（建庫層位、NaCl含量、不溶物含量、膨脹率）和水溶參數(shù)（上溶速率、側(cè)溶速率、側(cè)溶角）的基礎(chǔ)上，通過建立造腔數(shù)值模型，并優(yōu)化造腔參數(shù)[循環(huán)方式、管柱提升次數(shù)、兩口距（造腔中間管端口與中心管端口之間距離）、油墊位置、注水排量、溶蝕天數(shù)等]，實現(xiàn)腔體設(shè)計目標（腔體體積最大化、腔體形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、出鹵濃度符合鹵水接收企業(yè)要求）的數(shù)值模擬過程。

造腔數(shù)值模擬技術(shù)的實現(xiàn)方法為：使用造腔數(shù)值模擬軟件，將造腔過程分解為數(shù)個階段，通過調(diào)節(jié)每個階段的造腔時間、注水排量、兩口距、墊層位置等參數(shù)，進行大量造腔方案比選，優(yōu)選制定造腔方案。通常在造腔初期階段采用小排量、正循環(huán)建槽以容納不溶物殘渣，中后期采用大排量反循環(huán)造腔以提高排鹵濃度、加快造腔進度，并通過調(diào)控兩口距與墊層距離，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)鹵水濃度分布模式，實現(xiàn)腔壁不同位置的差異溶蝕，有效控制腔體形態(tài)擴展方向。依托金壇鹽穴儲氣庫建設(shè)，國內(nèi)單井造腔數(shù)值模擬技術(shù)已基本成熟。針對層狀鹽巖夾層對鹽腔形態(tài)、穩(wěn)定性等產(chǎn)生的不利影響[6-7]，借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗，形成了適合層狀鹽巖的造腔數(shù)值模擬技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)，編制完成金壇儲氣庫造腔方案，相關(guān)參數(shù)如表1所示，部署新腔井50余口，已建的10余口鹽腔最終形態(tài)與設(shè)計形態(tài)的符合率逾90%。

造腔物理模擬技術(shù)是造腔設(shè)計的輔助手段。該技術(shù)可通過室內(nèi)尺度的相似性物理模擬實驗[8]，模擬不同工況注采循環(huán)的造腔過程，得到水溶造腔的溶蝕特征規(guī)律，與造腔數(shù)值模擬軟件模擬結(jié)果相互驗證，加深水溶造腔機理認識，為造腔設(shè)計與控制提供有效指導(dǎo)。同時，伴隨著鹽穴儲氣庫建庫目標向薄鹽層、低品位領(lǐng)域拓展，傳統(tǒng)水溶造腔數(shù)值模擬軟件無法模擬定向?qū)泳⑺骄刃略烨还に嚨膯栴}愈加突出。通過造腔物理模擬技術(shù)，可在室內(nèi)實現(xiàn)巖心尺度的小型定向?qū)泳?、水平井造腔過程模擬，為研發(fā)水平井等造腔新工藝提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

表1 金壇儲氣庫造腔方案參數(shù)表

2.2 造腔形態(tài)控制技術(shù)

造腔形態(tài)控制指在造腔過程中，通過調(diào)節(jié)循環(huán)方式、兩口距、墊層位置、管柱提升次數(shù)、注水排量和溶腔時間等造腔參數(shù)，控制腔體形態(tài)的發(fā)展趨勢，最大限度地使實際腔體形態(tài)吻合設(shè)計形態(tài)。在金壇、云應(yīng)、淮安等鹽穴儲氣庫的造腔過程與造腔先導(dǎo)性實驗中[9]，通過研究不同造腔工藝參數(shù)對造腔形態(tài)、造腔速度和造腔周期等的影響規(guī)律，形成了層狀鹽巖造腔工藝控制技術(shù)，建立了造腔工藝控制技術(shù)流程，以指導(dǎo)現(xiàn)場建設(shè)。金壇儲氣庫腔體形態(tài)控制經(jīng)驗：①建槽期宜采用正循環(huán)造腔方式，造腔期宜采用正循環(huán)或者正反循環(huán)結(jié)合方式；②造腔初期采用小排量，隨著腔體體積增大，逐步加大排量，以該儲氣庫采用?177.8 mm＋?114.3 mm管柱組合而言，最高排量不宜超過100 m3/h；③管柱提升次數(shù)介于6～10次，根據(jù)鹽腔形態(tài)發(fā)展，及時調(diào)整管柱位置；④造腔初期采用較小兩口距，擴大鹽腔直徑，隨著鹽腔高度增加，適當增加兩口距，有利于鹽腔快速發(fā)展；⑤造腔初期墊層位置提升高度宜小于20 m，以擴大鹽腔底部直徑，造腔中期增加墊層提升高度，造腔末期墊層提升高度降低至10 m以下，有利于形成穹狀腔頂。

2.3 夾層垮塌控制技術(shù)

我國層狀鹽巖多以薄鹽層、多夾層、不溶物含量高為特征，通常含有厚度10 m左右的夾層。厚夾層的存在限制了造腔層段的選擇范圍，如能掌握夾層垮塌機理、控制夾層垮塌過程，可提高鹽層利用率、擴大腔體體積。在淮安等鹽穴儲氣庫的評價過程中，通過室內(nèi)實驗研究、數(shù)學模型建立、穩(wěn)定性數(shù)值模擬等方法，初步掌握了夾層垮塌機理、影響因素與控制模式，形成了增大夾層騰空跨度、加快垮塌的夾層垮塌控制技術(shù)并成功應(yīng)用于礦場實驗。在淮安鹽穴儲氣庫造腔先導(dǎo)性實驗中，在夾層上、下鹽層內(nèi)分別建槽，增大了夾層垮塌跨距，實現(xiàn)了夾層快速垮塌，解決了厚夾層鹽巖造腔難題，成功應(yīng)用于淮安鹽穴儲氣庫造腔工程設(shè)計并實施[10]，該技術(shù)可增加淮安鹽穴儲氣庫單腔有效體積1.6×104m3，提高單腔工作氣量15%。

3 穩(wěn)定性評價及庫容參數(shù)設(shè)計技術(shù)

為了保障鹽穴儲氣庫在長期高強度往復(fù)交變注采工況下最大限度地保持腔體形態(tài)穩(wěn)定安全，降低腔體坍塌變形失效風險，需對鹽穴儲氣庫進行穩(wěn)定性評價，合理設(shè)計氣庫運行壓力區(qū)間，優(yōu)化礦柱寬度和頂?shù)装寰嚯x等安全參數(shù)，精細評價腔體周圍應(yīng)力應(yīng)變展布狀況，科學預(yù)測腔體長期運行之后的鹽腔穩(wěn)定性與收斂率，制訂高效合理的庫容運行參數(shù)。

3.1 巖石力學實驗測試技術(shù)

測全、測準含鹽地層的巖石力學參數(shù)是開展穩(wěn)定性數(shù)值模擬評價的前提。準確測定含鹽地層巖石力學參數(shù)，建立符合工區(qū)實際工況的巖石力學模型，才能保障鹽穴儲氣庫穩(wěn)定性數(shù)值模擬評價的準確度，科學合理地制訂鹽穴儲氣庫安全參數(shù)。含鹽地層巖石力學參數(shù)包括抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度、楊氏模量、泊松比、黏聚力、內(nèi)摩擦角和鹽巖蠕變率等，主要通過單軸和三軸抗壓強度試驗、拉伸試驗、界面剪切試驗和蠕變試驗等試驗測得。為了更準確地研究巖樣的力學損傷過程，引入了聲發(fā)射測試觀測方法，再現(xiàn)了樣品損傷的微觀起始點出現(xiàn)到宏觀破壞的整個發(fā)展過程，加深了對巖層破裂機理的理解。為了提高鹽巖蠕變率預(yù)測精度，建立了長周期（3～6個月）鹽巖蠕變試驗測試方法，采用分級應(yīng)力加載方式，測試不同壓力下鹽巖的蠕變特性，以反映鹽巖的真實蠕變特征。為了加強對鹽穴儲氣庫全周期運行過程的理解，形成了鹽穴儲氣庫全周期大型物理模擬技術(shù)。該技術(shù)采用相似材料模擬含鹽地層巖石力學特征，采用氣囊模擬鹽腔，建立室內(nèi)大型鹽穴儲氣庫物理模擬模型。通過對模型施加持續(xù)壓力模擬真實地應(yīng)力狀態(tài)，并在腔壁設(shè)置傳感器監(jiān)測腔體壓力與應(yīng)力變化，評價儲氣庫運營期間注采氣周期頻繁交替對鹽腔長期穩(wěn)定性的影響，提高對鹽腔長周期蠕變機理的理解。

3.2 穩(wěn)定性評價數(shù)值模擬技術(shù)

鹽穴儲氣庫穩(wěn)定性評價數(shù)值模擬評價技術(shù)是采用彈塑性力學理論和數(shù)值計算方法，從研究巖體的應(yīng)力應(yīng)變與位移的角度出發(fā)，建立穩(wěn)定性評價數(shù)值模擬模型（圖1），分析、評價鹽腔在特定注采工況下的穩(wěn)定性狀況。

圖1 鹽穴儲氣庫穩(wěn)定性評價數(shù)值模擬圖

數(shù)值模擬評價技術(shù)主要包括單腔、腔群和地面沉降3大類，評價內(nèi)容包括優(yōu)選鹽腔形態(tài)、確定運行壓力、設(shè)計相鄰鹽腔安全距離、判斷腔周應(yīng)力應(yīng)變分布范圍、預(yù)測腔體收縮率和論證地面沉降安全性等，評價的方法主要包括靜力模擬、恒壓流變模擬和注采運行模擬，其中靜力模擬和恒壓流變模擬主要用于優(yōu)選鹽腔形態(tài)和上下限壓力區(qū)間；注采運行模擬主要用于確定運行壓力具體值、套管鞋位置、相鄰鹽腔安全距離及論證地面沉降安全性、判斷腔周應(yīng)力應(yīng)變分布范圍和預(yù)測腔體收縮率（圖2）。在平頂山等儲氣庫評價過程中，通過鹽穴穩(wěn)定性評價數(shù)值模擬技術(shù)，論證落實平頂山儲氣庫運行壓力區(qū)間，將平頂山建庫深度由1 200 m向下延伸至2 000 m，拓展了中深層鹽層建庫的新領(lǐng)域。設(shè)計工作氣量由2×108m3提高至26×108m3，極大提高了儲氣庫工作氣量。

圖2 鹽腔體積收縮率與時間關(guān)系圖

3.3 庫容參數(shù)設(shè)計技術(shù)

庫容參數(shù)設(shè)計是根據(jù)鹽腔的體積和壓力數(shù)據(jù)，計算腔體的單腔有效體積、庫容量、墊氣量與工作氣量，由此計算分析鹽腔的注采氣能力，進行注采熱動力模擬，制訂合理的注采方案。鹽穴儲氣庫注采過程是一個復(fù)雜的熱動態(tài)平衡過程，天然氣、注采管柱、井壁和溶腔圍巖在注采過程中會不斷進行熱量的交換[11]。這種熱能的交換對溶腔內(nèi)部的壓力和注采氣能力都會產(chǎn)生較大的影響。注采運行熱動力模擬與預(yù)測通過應(yīng)用工程熱力學、傳熱學和流體力學基礎(chǔ)理論，對鹽穴儲氣庫的構(gòu)造和實際運行過程，分別建立井筒連續(xù)流動及熱傳導(dǎo)模型、溶腔熱傳導(dǎo)模型和天然氣水合物形成條件模型，并建立相應(yīng)數(shù)學模型的邊界條件，編制相應(yīng)的計算程序，通過熱動力模擬，能夠分析在各種采氣條件下溶腔內(nèi)部和井口的溫度、壓力變化，以及開采過程中天然氣水合物形成的趨勢，從而為地面工程配套設(shè)施提供設(shè)計依據(jù)。

4 老腔篩選及利用技術(shù)

我國鹽穴儲氣庫所在鹽礦區(qū)往往擁有大量鹽化企業(yè)生產(chǎn)多年的采鹵老腔。如能改造利用已有老腔進行儲氣，將極大縮短鹽穴儲氣庫的建庫周期，節(jié)約建庫成本，提高建庫效率。由于鹽化企業(yè)的鉆井與采鹵工藝、造腔目的與鹽穴儲氣庫不同，井筒與腔體的密封性、完整性和穩(wěn)定性差異較大，需對老腔進行篩選和評價，選出適合改建儲氣庫的老腔，才能進行進一步的改造施工。

4.1 老腔篩選技術(shù)

老腔篩選過程要考慮地質(zhì)條件、腔體條件和地面條件。地質(zhì)條件主要考慮腔體是否遠離斷層、蓋層是否密封。腔體條件主要考慮腔體體積、井口距離、是否壓裂、采鹵期間是否發(fā)生事故和腔體的幾何形態(tài)等。地面條件主要考慮井口是否鄰近村落、學校、醫(yī)院等人口密集區(qū)，井口改造是否利于施工。

4.2 老腔評價技術(shù)

老腔評價是通過對篩選出的老腔開展水試壓測試、氣密封測試、聲吶測試和穩(wěn)定性評價等工作，以確定老腔腔體的密封性和穩(wěn)定性。水試壓測試技術(shù)是通過監(jiān)測注入水流量和壓力隨時間變化情況，以低成本、方便快捷的方式初步判斷腔體密封性。氣密封測試技術(shù)是對通過水試壓測試的腔體，注入空氣監(jiān)測壓力變化情況，監(jiān)測測試期間氣體的泄漏量來進一步評價腔體的密封性。聲吶測試技術(shù)是通過下入聲吶測試儀器，測定腔體的形態(tài)與體積，判斷腔體的形態(tài)與有效儲氣空間。穩(wěn)定性評價是在聲吶測試的腔體形態(tài)基礎(chǔ)上，模擬腔體在實際注采工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布，以判斷腔體是否結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。通過水試壓測試、氣密封測試、聲吶測試、穩(wěn)定性評價合格的老腔，可進行下一步老腔改造施工。

4.3 老腔改造技術(shù)

老腔改造技術(shù)包括：①井筒改造技術(shù)。已有老腔通常存在套管變形及腐蝕嚴重、固井質(zhì)量差、密封條件差、井筒注采吞吐量小等問題，不具備直接轉(zhuǎn)為注采氣井的條件，目前常采用全井套銑和封老井鉆新井這兩種方案對老腔進行改造。②腔體修復(fù)技術(shù)。若老腔形態(tài)不規(guī)則，部分層段存在進一步溶腔空間，可采用天然氣回溶修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是將天然氣當做阻溶劑從井筒環(huán)空注入，并將氣水界面控制在腔壁不規(guī)則段以上，之后通過注水與排鹵進行進一步溶腔。使用該技術(shù)可對不規(guī)則造腔形狀進行修復(fù)，提升腔體的有效儲氣空間，進一步提高腔體的穩(wěn)定性。

腔體修復(fù)技術(shù)不僅可用于老腔修復(fù)，也可用于新腔的腔壁修復(fù)與天然氣存儲。該技術(shù)使用天然氣作為阻溶劑，相當于在造腔過程中同時存儲了部分天然氣，提前進入了投產(chǎn)運行階段。因此應(yīng)用前景較為廣泛。金壇鹽穴儲氣庫采用該技術(shù)進行鹽腔形態(tài)修復(fù)，效果良好[12]。

5 儲氣庫運行及監(jiān)測技術(shù)

保障運行安全是儲氣庫運行的頭等大事，需科學合理布置監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)多方位、全角度的監(jiān)測技術(shù)體系，及時發(fā)現(xiàn)、控制可能存在的隱患風險，才能從根本上保障儲氣庫的運行安全。通過吸收總結(jié)國外儲氣庫安全運營與監(jiān)測經(jīng)驗，并在金壇儲氣庫部署實施，目前已形成包括腔體完整性測試、腔體形態(tài)檢測、溫度壓力與流量監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測和微地震監(jiān)測等技術(shù)在內(nèi)的監(jiān)測體系，形成了覆蓋地下、井筒和地面的監(jiān)測與完整性管理體系，保障了鹽穴儲氣庫的運行安全。

5.1 腔體完整性測試技術(shù)

鹽腔的完整性測試主要是測試鹽腔的密封性，完整性測試分造腔前和造腔后兩個階段，造腔前測試如果不發(fā)生地層漏失，才可以開始造腔。造腔后的完整性測試主要觀測鹽腔的密封性，如果達到密封要求才可以注氣排鹵實施儲氣過程。完整性測試的主要方法是以氮氣為試壓介質(zhì)，通過下入雙層測試管柱，檢測測試期間氣體的泄漏量來評價腔體的密封性。在試驗過程中，將定期添加少量氮氣，在井口監(jiān)測氣量變化。如果鹽腔內(nèi)的氮氣與鹵水的界面可以較長時間內(nèi)穩(wěn)定在一個位置上，則說明該溶腔具有較好的密封性，可以開始進行儲氣庫的注氣投產(chǎn)。

5.2 腔體形態(tài)檢測技術(shù)

造腔過程中定期檢測鹽腔形態(tài)，有助于及時調(diào)整施工參數(shù)來控制腔體的形態(tài)，使腔體達到設(shè)計的要求。儲氣庫運行投產(chǎn)過程中由于壓力不斷變化，會導(dǎo)致鹽層發(fā)生蠕變而使鹽腔體積縮小。因此在水溶造腔和投產(chǎn)運行過程中，每隔一定周期均需要對鹽腔進行聲吶檢測。

腔體形態(tài)檢測目前廣泛采用聲吶檢測技術(shù)。聲吶檢測技術(shù)的主要原理是聲吶設(shè)備下入腔體中，向腔壁發(fā)射定向聲波，聲波經(jīng)腔壁反射后再被聲吶儀接收，經(jīng)過分析計算后可以得出儀器距腔壁的距離，聲吶儀旋轉(zhuǎn)一周可以測量該深度上鹽腔半徑的變化情況，不斷改變聲吶儀下入的深度就可以全方位了解鹽腔的三維空間形態(tài)。

5.3 溫度、壓力與流量監(jiān)測技術(shù)

井口與井下的溫度、壓力與流量監(jiān)測，可為鹽腔PVT模擬、庫容參數(shù)估算與核實、鹽腔完整性評估、鹽巖蠕變率計算等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。法國EDF公司采用NARMA數(shù)學模型[13]，基于歷史長期的溫度、壓力與流量監(jiān)測，可實現(xiàn)未來一段時間內(nèi)的高精度溫度、壓力與流量預(yù)測，并實現(xiàn)腔體泄漏報警、優(yōu)化注采氣方案、地面壓縮機功率參數(shù)優(yōu)化等功能。

5.4 地面沉降監(jiān)測技術(shù)

鹽穴儲氣庫長期注采過程中產(chǎn)生的鹽巖蠕變會導(dǎo)致腔體體積收縮，有可能會引起地面沉降。通過部署地面沉降監(jiān)測點網(wǎng)絡(luò)并長期跟蹤監(jiān)測，可預(yù)測鹽穴儲氣庫的腔體收縮情況、評估地面沉降幅度，防止地面沉降對地面建筑物造成危害。金壇鹽穴儲氣庫部署監(jiān)測井[14]10余口，監(jiān)測結(jié)果顯示地面沉降速率符合規(guī)定，未對地面設(shè)施造成影響。

5.5 微地震監(jiān)測技術(shù)

微地震監(jiān)測有助于提前預(yù)警大規(guī)模坍塌事件發(fā)生、理解鹽腔夾層坍塌與腔體坍塌機理。不管是漸進還是突然發(fā)生的巖石失效坍塌活動，在發(fā)生大規(guī)模坍塌前，常伴有大量微裂縫活動事件。部署微地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)測，有助于在腔體發(fā)生大規(guī)模坍塌前，捕捉到大量微地震活動事件，提前預(yù)警可能發(fā)生的坍塌事件，降低腔體失效坍塌造成的風險。

通過分析微地震數(shù)據(jù)（震源位置、震源機制解），可確定發(fā)生微地震活動裂縫的大致位置、裂縫類型（剪切、拉伸、壓縮），進一步加深對坍塌機理的理解。羅馬尼亞某采鹵場為了控制某鹽腔頂板坍塌的過程，提前部署了微地震監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測到2 300余次微地震時間，分析了該工藝對應(yīng)的頂板坍塌機制[15]。金壇儲氣庫目前已開展微地震監(jiān)測先導(dǎo)性實驗。

6 礦場應(yīng)用實例

江蘇金壇地下儲氣庫是我國第一座鹽穴儲氣庫，作為國內(nèi)首個在多夾層層狀鹽巖復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)的儲氣庫，針對造腔中存在的形態(tài)控制難、穩(wěn)定性要求高等難題，通過選址評價、造腔設(shè)計與控制、穩(wěn)定性評價、老腔改造利用、監(jiān)測體系部署等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)突破與礦場應(yīng)用，完成了金壇儲氣庫可行性研究和初步設(shè)計，指導(dǎo)了施工建設(shè)，取得較好的現(xiàn)場效果。

1）選址與評價。金壇鹽穴儲氣庫建庫層段位于古近系阜寧組四段，鹽層厚度介于100～240 m，頂部埋深介于800～1 200 m，鹽巖品位超過80%，穩(wěn)定發(fā)育10套泥巖夾層。經(jīng)過三維地震勘探與解釋，結(jié)合地面情況，確定庫區(qū)面積為11.26 km2。

2）造腔設(shè)計與控制。金壇儲氣庫采用單井單腔造腔方式，造腔采用?177.8 mm＋?114.3 mm管柱組合，正循環(huán)建槽，反循環(huán)建腔，采用柴油做頂板保護液。單腔有效體積約為25×104m3。在實際造腔過程中，根據(jù)聲吶測腔形態(tài)，反推提高了造腔地質(zhì)參數(shù)精度，實時調(diào)整了造腔工藝參數(shù)，腔體形態(tài)得到了較好控制。

3）穩(wěn)定性評價與庫容參數(shù)優(yōu)化。通過現(xiàn)場取芯、開展室內(nèi)實驗，獲取力學參數(shù)及蠕變準則。結(jié)合數(shù)值模擬，優(yōu)化設(shè)計運行壓力區(qū)間，設(shè)計運行壓力介于7～17 MPa，應(yīng)急采氣下限壓力為6 MPa。設(shè)計總注氣能力為900×104m3/d，總采氣能力1 500×104m3/d。目前金壇儲氣庫平穩(wěn)安全運行，腔體收縮率等各項指標符合預(yù)期。

4）老腔改造。以聲吶檢測、穩(wěn)定性評價為基礎(chǔ)，井筒改造技術(shù)為手段，形成鹽穴儲氣庫老腔評價及改造技術(shù)。金壇鹽穴儲氣庫成功改造5口老腔，形成工作氣量0.55×108m3。

5）運行與監(jiān)測。金壇儲氣庫已部署實施溫度、壓力、流量監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測、腔體形態(tài)監(jiān)測、腔體完整性監(jiān)測、微地震監(jiān)測系統(tǒng)，在10年的運行過程中未出現(xiàn)安全事故，保障了儲氣庫的運行安全。

金壇鹽穴儲氣庫地處長江三角洲天然氣消費核心區(qū)，自2007年投產(chǎn)以來，已注采近百輪次，安全平穩(wěn)運行10余年，目前工作氣量約為6×108m3，累積采氣量約為19×108m3，充分發(fā)揮了鹽穴儲氣庫注采靈活、短期吞吐量大的優(yōu)勢，在長江三角洲地區(qū)季節(jié)調(diào)峰、平衡管網(wǎng)壓力、節(jié)假日應(yīng)急等方面發(fā)揮了重要的作用。

7 結(jié)束語

依托金壇等鹽穴儲氣庫的前期評價、建設(shè)運行經(jīng)驗，目前國內(nèi)已形成包括選址評價技術(shù)、造腔設(shè)計與控制技術(shù)、穩(wěn)定性評價庫容參數(shù)設(shè)計技術(shù)、老腔篩選及利用技術(shù)、氣庫運行及監(jiān)測技術(shù)等在內(nèi)的鹽穴型儲氣庫建庫評價關(guān)鍵技術(shù)系列，解決了層狀鹽巖鹽層展布不均、造腔機理復(fù)雜、造腔過程控制難、鹽腔安全穩(wěn)定運行、老腔改造利用等技術(shù)難題，有效指導(dǎo)了鹽穴儲氣庫的建庫運行。

礦場應(yīng)用實例證明，儲氣庫運行指標與設(shè)計指標吻合率高，建庫評價關(guān)鍵技術(shù)取得了良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，將繼續(xù)為同類儲氣庫的建設(shè)提供理論支持與技術(shù)保障。

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