盐穴储气库水溶建腔数值模拟研究

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1、地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京2008盐穴储气库水溶建腔数值模拟研究班凡生*班凡生，男，1977年生，中国科学院研究生院博士研究生，主要从事地下储气库建设方面的研究工作。电话：13932666035，01069213752.E-mail:banfansheng@163.com.河北省廊坊市44号信箱（065007）。1,2单文文1高树生1熊伟11．中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊，0650072．中国科学院研究生院，北京，100049摘要：随着我国“西气东输二线”工程的启动，现有技术水平不能完全解决我国东部盐穴储气库建设的需要，盐穴储气库造腔技术是目前天然气地

2、下储气库研究的热点问题、难点问题。盐穴储气库采用水溶建腔工艺，即从地面注入淡水，同时井口排出盐水，通过岩盐的溶解，形成一定形状和大小的溶腔。建设盐穴储气库的主要难点是如何控制获得所需形状的溶腔，数值模拟手段是解决储气库形状控制的最有效的方法。本文首先分析了盐穴储气库的溶腔机理，建立了盐穴储气库水溶建腔数学模型，并进行了程序设计，自主开发了一套具有知识产权的盐穴储气库造腔数值模拟软件CPSLS1.1。利用开发的水溶建腔软件，通过数值模拟计算，综合分析了影响盐穴储气库水溶建腔的主要因素，如夹层、岩盐品位、管柱提升次数、两口距等，分别给出了各因素对建腔速度和溶腔形状的影响规律。最后，

3、以河南平顶山盐穴储气库K1方案设计为例，给出了盐穴储气库水溶建腔方案设计方法。通过本文研究，为盐穴储气库水溶建腔设计提供了理论基础，对建设盐穴储气库方案设计具有指导意义。关键词：储气库盐穴水溶采矿数值模拟随着我国“西气东输二线”工程的启动，现有技术水平不能完全解决我国东部盐穴储气库建设的需要，盐穴储气库造腔技术是目前天然气地下储气库研究的热点问题、难点问题。盐穴储气库的造腔方法有多种：单井采卤成穴、压裂开采成穴、双井开采成穴、单井多穴采卤成穴。其中，单井采卤成穴是在岩盐层或盐丘中钻成相互独立的溶腔，经注水溶解达到设计规模，它是国内外最普遍采用的一种建造盐穴地下储气库的方法。本文

4、讨论的就是盐穴储气库单井采卤成穴造腔方法，也称水溶建腔。油淡水卤水中心管表面套管中间管a.正循环b.反循环图1油垫法水溶建腔正反循环示意图油卤水淡水表面套管中间管中心管一、水溶建腔数学模型的建立1.水溶建腔机理分析盐穴储气库采用水溶建腔工艺[1]，即从地面注入淡水，同时井口排出盐水，通过岩盐溶解，形成一定形状和大小的溶腔。118地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京2008水溶建腔采用正循环和反循环进行：正循环是淡水从中心管注入，卤水从中心管和中间管的环空排出，应用在腔体建槽期阶段；反循环是淡水从中心管和中间管的环空进入，卤水从中心管采出到地面，是腔体建造的主体阶段，见图1。

5、在岩盐溶蚀过程中，溶液中存在扩散和对流现象。盐溶过程是发生在边界层内物质交换，在扩散作用下，从溶腔壁面上溶解下来的岩盐分子通过边界层进入溶液中。2.数学模型的建立考虑到工作实际的需要，对问题作出必要简化[2]，建立盐穴储气库水溶建腔数学模型：连续方程（1）动量方程（2）对流扩散方程（3）岩盐溶解速度方程（4）式中—岩盐密度，；—岩盐品位，%；—岩盐摩尔质量，；D—扩散系数，m2/s；R—溶腔半径，m；表示溶腔侧壁壁面。连续性方程、动量方程、对流扩散方程以及溶解速度方程和定解条件[3]构成完备的方程组，差分法离散方程，进行计算机程序设计，开发盐穴储气库溶腔数值模拟软件CPSLS1

6、.1。二、水溶建腔影响因素分析盐穴储气库水溶建腔过程中，要同时考虑夹层、岩盐品位等地质条件，以及两口距、管柱提升次数等生产条件，对溶腔形态和造腔速度的影响。1.夹层的影响分析118地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京2008由图2（纵坐标表示地层深度，单位为m；横坐标表示地层宽度，单位为m）可以看出，腔体溶蚀过程中，夹层的存在，破坏了溶腔边界的连续性，不利于建腔和腔体形态控制，无夹层时，溶腔的边界连续性好，形状为倒梨性，腔体稳定性好；夹层数目增多时，溶腔边界出现不规则，腔体的形状为圆柱形，腔体稳定性差。可见，岩盐层中多夹层的存在，影响盐穴储气库水溶建腔形态的发展变化，夹层越

7、少溶腔形态越规则，越容易控制腔体的形状。a.0个b.1个c.2个d.3个图2夹层数量不同时溶腔结果图图3腔体体积随岩盐品位变化曲线腔体体积岩盐品位2.岩盐品位的影响分析岩盐品位是氯化钠百分含量，在管柱组合、排量、时间等生产条件相同的情况下，得到不同品位岩盐地层的溶腔结果,如图3所示。从曲线可以看出，岩盐品位越高，水溶建腔腔体体积就越大。在盐穴储气库建设过程中，要充分考虑岩盐品位这一因素的影响，尽量选择岩盐品位高的岩盐层进行建库，这样可以既可以节省建库时间，又可以形成比较好形状的储气库。3.两