鹽巖不溶物對(duì)儲(chǔ)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）

鹽巖不溶物對(duì)儲(chǔ)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(duì)腔體形狀的影響是當(dāng)前鹽穴儲(chǔ)庫建庫的關(guān)鍵。通過對(duì)鹽巖沉積環(huán)境以及金壇儲(chǔ)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(duì)其他鹽穴儲(chǔ)庫的建設(shè)具有借鑒意義。

不溶物；儲(chǔ)氣庫；腔體形狀

隨著我國天然氣需求的日益增加，儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)不溶夾層對(duì)溶蝕速率的影響也會(huì)導(dǎo)致腔體形狀的不規(guī)則。鹽層不溶夾層對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫成腔影響的研究對(duì)加快我國鹽穴儲(chǔ)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(shí)，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(shí)沉積的鹽巖相對(duì)厚而質(zhì)純，泥質(zhì)含量相對(duì)低；當(dāng)氣溫低、蒸發(fā)量小于淡水補(bǔ)給量時(shí)，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(duì)低，這時(shí)沉積的鹽巖相對(duì)薄而質(zhì)雜，泥質(zhì)含量相對(duì)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(shí)，也會(huì)出現(xiàn)由于短時(shí)期的暫時(shí)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(chǔ)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(duì)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(cè)量邊界與真實(shí)溶蝕邊界

在鹽層中建腔時(shí)，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(duì)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(chǔ)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(gè)不溶夾層的存在會(huì)將流場(chǎng)分割，造腔時(shí)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(gè)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(gè)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(duì)腔體最終形狀較小。但較厚夾層一般較難發(fā)生垮塌，對(duì)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(jì)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(duì)于純鹽巖腔體的畸變系數(shù)較小。

金壇儲(chǔ)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(shí)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?！皫r脊”的存在以及1 046 m處鹽巖的懸空對(duì)后期注氣排鹵以及腔體穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生隱患，注氣排鹵時(shí)“巖脊”處鹽巖垮塌可能會(huì)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(shí)，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(shí)，腔體正北方向腔底抬升明顯，腔體有效體積大，推測(cè)前一次聲納后造腔時(shí)，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(duì)較大，腔體有效的垮塌，腔體形狀發(fā)展相對(duì)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(duì)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(shí)

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

（2）鹽巖不溶夾層是鹽穴儲(chǔ)氣庫成腔的不利因素，但其對(duì)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(chǔ)氣庫不溶夾層處理經(jīng)驗(yàn)可以為其他儲(chǔ)庫提供借鑒。

［1］郭巍，等.鹽穴儲(chǔ)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(jì)，2015，（6）∶1503-1504.

［2］施錫林，李銀平，楊春和，等.鹽穴儲(chǔ)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(chǔ)氣庫腔體畸變影響因素［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（3）：269-273.

［4］郭凱，李建君，鄭賢斌.鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔過程夾層處理工藝-以西氣東輸金壇儲(chǔ)氣庫為例［J］.油氣儲(chǔ)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