鹽穴儲氣庫造腔井油水界面位置控制方法

胡開君，巴金紅，王成林

（中國石油西氣東輸管道公司，江蘇鎮(zhèn)江 212028）

在鹽穴儲氣庫水溶造腔過程中，為防止腔體上溶過快，丟失有效體積，必須嚴格控制油水界面的位置，使腔體形狀按照設(shè)計的既定目標發(fā)展，一方面最大限度地有效利用鹽層發(fā)展腔體體積，一方面使腔體向最佳形狀發(fā)展，從而保證腔體穩(wěn)定性。

為有效控制腔體上溶，可以采取利用某種介質(zhì)將腔體上部與下部的淡水或者淡鹵水阻隔開，使腔體上部充滿該介質(zhì)，而此介質(zhì)不溶于水、也不溶于鹽層，因此，可以有效保護腔體頂部及上部裸眼段，金壇儲氣庫根據(jù)國內(nèi)具體情況及現(xiàn)場工藝條件，選用柴油作為阻溶劑并摸索出以地面觀測法和壓力表對比法為主，其它如估算法、電測法、井下傳感器法為輔的油水界面控制方法。

1 主要油水界面控制方法

1.1 地面觀察法

本方法涉及一種地下水溶法采礦（鹽）的油水分離檢驗裝置（見圖1），適用于地下鹽礦采鹵造腔生產(chǎn)過程中檢驗注入鹽穴腔體的柴油是否已經(jīng)到達造腔外管管鞋處。

圖1 一種油水分離檢驗裝置原理圖

該方法是通過每次往生產(chǎn)套管和造腔外管環(huán)空注入一定量的柴油阻溶劑，當(dāng)油水界面到達造腔外管管鞋處時，多余的柴油就會隨著鹵水一起從井內(nèi)返出，然后在地面配備一種油水觀察裝置，從而判斷油水界面是否達到造腔外管管鞋處。

1.2 壓力表對比法

采用以下公式通過計算，將計算的油墊壓力與壓力表顯示的油墊壓力進行對比，從而判斷油水界面是否處于設(shè)計位置。

其中：P低壓-低壓回水端壓力表顯示壓力，即閘閥2處壓力表顯示的壓力，MPa；P鹵水-造腔外管與造腔內(nèi)管環(huán)空鹵水液柱壓力，通過造腔外管與造腔內(nèi)管管柱深度位置及鹵水密度求得，MPa；P柴油-造腔外管與生產(chǎn)套管環(huán)空柴油液柱壓力，通過造腔外管與生產(chǎn)套管管柱深度位置、柴油密度及閘閥3 處壓力表顯示的壓力求得，MPa；Pf-造腔外管與造腔內(nèi)管環(huán)空沿程水頭損失，通過伯努利方程求得，MPa；P油墊-計算所得油墊壓力，MPa。

將金壇儲氣庫X 井2011/11/09-2011/11/20 期間壓力表顯示的油墊壓力與計算所得油墊壓力進行對比（見圖3），該井油墊壓力計算值與油墊壓力表監(jiān)測值基本吻合，從而可以判斷油水界面位置基本處于計算時所采用的油水界面位置。但是，也有油墊壓力計算值與井口壓力表讀值出現(xiàn)較大差距的情況，出現(xiàn)這種情況以及油墊壓力波動異常的原因可能有以下幾點：

（1）由于溶腔參數(shù)（排量，排鹵密度，低壓端壓力表值，油墊壓力表值，造腔外管深度等）的錄取存在誤差，導(dǎo)致計算值與實際值有差距。

圖2 造腔采鹵樹井口示意圖

（2）由于井下裸眼段閉合性裂縫張開，柴油通過裂縫通道泄露，導(dǎo)致油水界面位置變化，使得油墊壓力波動。

（3）由于井下原因，造腔外管管柱脫落、造腔內(nèi)管管柱彎曲變形、脫落，導(dǎo)致油墊壓力計算結(jié)果異常。

（4）由于造腔外管管壁出現(xiàn)滲漏，使得柴油通過采鹵環(huán)空返至地面，導(dǎo)致油水界面變化，油墊壓力出現(xiàn)波動。

（5）由于造腔井腔頂部分出現(xiàn)較大坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致油水界面波動，油墊壓力隨之出現(xiàn)波動。

圖3 油墊壓力計算值與監(jiān)測值對比圖

該方法可應(yīng)用于正循環(huán)溶和反循環(huán)溶腔井。但是，由于壓力表自身讀值誤差等原因，以此法確定油水界面位置難以精確定位。

2 其它油水界面控制方法

除以上兩種主要油水界面控制方法外，在鹽穴儲氣庫造腔過程中還需要同時應(yīng)用其它輔助方法如估算法、電測法以及油水界面檢測儀法，以適應(yīng)不同情況下油水界面控制的需要。

2.1 估算法

比較適合新井溶腔投產(chǎn)或者調(diào)整造腔管柱注油時采用，通過計算得到油水界面在井下某一深度而需要注入的阻溶劑的量，從而通過控制注入的阻溶劑的量來控制油水界面的深度位置，由于裸眼井段的不規(guī)則性，導(dǎo)致該計算不能精確，只能估算，需配合地面觀察法使用。

2.2 電測法

通過中子壽命測井來測量油水界面位置。當(dāng)管外存在油水界面時，鹵水和柴油二者對熱中子的俘獲截面不同，中子壽命測井正是通過對熱中子俘獲過程的探測來識別溶腔過程中管外油水界面的。

該方法從理論上講，是一種普遍用于正、反循環(huán)溶腔井，并且可精確測量油水界面的檢測方法，但成本較高，適合在某些特殊情況下使用。

2.3 井下傳感器法

井下傳感器法的具體測量原理為：當(dāng)傳感器在鹵水中檢測實驗時，電路在鹵水中相當(dāng)于開關(guān)閉合，具有良好的導(dǎo)電性能；反之，當(dāng)傳感器在柴油中檢測實驗時，電路在柴油中相當(dāng)于開關(guān)打開，具有良好的絕緣性能。

圖4 直尺式油水界面檢測儀測量原理

當(dāng)需要進行油水界面檢測時，利用下至預(yù)定深度的井下傳感器，連接地面檢測儀器，由測量的電流值計算出導(dǎo)通的恒流源電流源電路個數(shù)，由導(dǎo)通的電流源電路個數(shù)計算出油水界面位置（見圖4）。

直尺式油水界面儀的優(yōu)點是可以隨時測量油水界面的精確位置，并且測量范圍較廣；缺點是穩(wěn)定性存在缺陷，主要原因是由于傳感器長期浸泡在高濃度鹵水環(huán)境中，并且要承受井下高溫、高壓環(huán)境，傳感器或者電路容易出現(xiàn)故障，而且受井下條件限制，傳感器個數(shù)受到限制，不能實現(xiàn)連續(xù)測量。該方法可應(yīng)用于正、反循環(huán)溶腔井，尤其在反循環(huán)溶腔過程中更具有獨特優(yōu)勢。

2.4 其它

以上5 種油水界面控制方法已經(jīng)在金壇鹽穴儲氣庫造腔過程中得到廣泛的應(yīng)用，而且金壇儲氣庫正在摸索其它的更直觀、更穩(wěn)定、更方便的油水界面控制方法-新型光纖連續(xù)油水界面監(jiān)測儀。新型光纖連續(xù)油水界面監(jiān)測儀是一種永久安裝于井下、在儲氣庫溶腔全過程中對井下阻溶劑和鹵水分界面進行實時監(jiān)控的傳感監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測出井下油鹵分界面的位置，并具有將被測參數(shù)實時傳輸?shù)降孛娼庹{(diào)器進行顯示和存儲的功能。

3 結(jié)論

在鹽穴儲氣庫造腔過程中，油水界面控制的好壞是影響造腔的關(guān)鍵因素，針對不同造腔井的實際情況，需要選擇不同的油水界面檢測方法或者多種油水界面控制方法結(jié)合使用。

［1］ 溫建英，杜寶會，寧志斌，等.RMT 在儲氣庫管外油水界面監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.石油儀器，2008，22（5）：78-82.

［2］ 溫建英，陳永昌，陳鳳蘭，等.浮子法測量管外油水界面試驗研究［J］.石油儀器，2009，23（2）：70-71.

［3］ 袁恩熙.工程流體力學(xué)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1986：10.