地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔方法

1.本发明涉及地下盐岩能源储库建造技术领域，具体涉及一种地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔方法。


背景技术：

2.盐岩的渗透率低，延展性高，蠕变特性好，具有损伤自愈合特性，被广泛用作石油天然气储库。和国外的巨厚盐丘相比，我国的盐岩矿床具有矿层层数多，单层厚度薄的特点，适合建造水平盐岩油气储库。
3.盐岩储库大多分布在地下1000米以下，目前层状盐岩矿床水平型储库的建造方法采用双井定向对接连通溶解或单井后退式分阶段对流溶解建造方法。
4.双井定向对接连通溶解(双井双管)需要打两口钻井，分别配合注水管柱和出卤管柱进行水溶造腔，油气储库建造成本高。盐岩溶解速率受浓度影响，靠近注水管口的位置盐水浓度低，溶解速度快。为了保证溶解过程均匀发展，腔体形状规则，需要周期性对调注水管和出水管。即便如此，溶腔形状仍然可能发展成哑铃状，不仅不能有效利用层状盐岩的空间，还导致腔体形状不规则，降低了盐腔稳定性，容易发生顶板垮塌事故。
5.单井后退式分阶段对流溶解造腔方法(单井套管)需要一口钻井，采用同心套管系统(工程用)注卤出水，中心管用于注水，中心管与中间管环隙用于排出卤水。当溶腔高度达到设计尺寸时，要停止该阶段水溶造腔，通过地面人为控制使得管柱系统后退，管口到达指定位置后，进行下一阶段水溶造腔。这种造腔方式不仅对控制技术要求高，造腔效率低，造腔周期长，而且腔内浓度分布不均匀，排出的卤水浓度低，不能有效利用注入的淡水。
6.综上所述，现有造腔方式中配套的管柱系统存在以下问题：双井双管管柱造腔成本高，腔体形状不规则，单井套管管柱需要分阶段后退，对控制技术要求高，造腔效率低，腔内浓度分布不均匀，出卤浓度低。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔方法，用以克服现有的双井双管和单井套管式造腔工艺管柱所存在的缺点，提高水平型盐岩油气储库水溶造腔的效率，缩短盐岩储库的建设周期，节约储库的建设成本，有利于控制盐岩溶腔的形状，提高盐岩储库的稳定性。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.一种地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱，包括注水管柱和出卤管柱；所述注水管柱和出卤管柱采用单井的方式钻入地下盐岩能源储库水平腔；所述注水管柱和出卤管柱的井内部分均包括竖直段和水平段；所述出卤管柱的水平段设置在靠近水平腔底部，并在管柱前端设置引鞋，水平段表面按照一定间距设置若干出卤孔；所述注水管柱的水平段设置在靠近水平腔顶部，并在管柱前端设置引鞋，水平段表面按照一定间距设置若干注水孔；所
述注水孔和所述出卤孔的外侧表面均设有过滤网；所述注水管柱和所述出卤管柱的上端固定并露出地表，均依次连接压力表和闸阀；在所述出卤管柱的出口处设有浓度监测控制系统。
10.进一步地，所述注水孔和出卤孔的形状为圆形、方形或椭圆形，孔的最大外径d不超过管柱直径d的1/3。
11.进一步地，所述注水孔和出卤孔交错分布在上下前后四个方向；在同一个截面处，最多开两个孔，防止开孔过多导致管柱的刚度过小，发生较大变形甚至破坏。
12.进一步地，所述注水孔和出卤孔的外侧表面设置的过滤网，用以防止造腔管柱被不溶物堵塞；造腔过程中，间隔一段时间将注水管柱和出卤管柱对调，进行反滤，防止孔口堵塞。
13.进一步地，所述压力表和闸阀用于调节和控制注水管柱和出卤管柱的压力，淡水通过注水孔较为均匀的注入，卤水通过出卤孔较为均匀的抽出。
14.进一步地，所述注水管柱和出卤管柱的水平段根据水平储库的水平方向尺寸确定，造腔过程中省去插拔管柱的过程。
15.进一步地，所述出卤管柱的竖向位置基本保持不变，所述注水管柱随着水溶造腔过程的进行，不断提升，始终保持在靠近溶腔顶部的位置。
16.进一步地，所述浓度监测控制系统采用液体电子密度计测定排出卤水的密度，再根据卤水密度-浓度公式，换算得到卤水浓度，当监测到卤水浓度接近饱和浓度时，通过控制闸阀开关，从出卤管柱排出卤水。
17.本发明还提供一种利用上述地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱进行造腔的方法，该方法包括以下步骤：
18.步骤a，在工厂预制注水管柱和出卤管柱，采用单井造腔的方式，利用定向钻井技术，将注水管柱和出卤管柱打入到地下盐岩矿床的指定位置；
19.步骤b，注水管柱和出卤管柱分开设置，通过注水管柱向盐岩矿床内注入淡水，盐岩溶解一段时间后，通过出卤管柱向外抽水；通过压力表和闸阀控制注水出卤的压力和流量；
20.步骤c，随着水溶造腔过程的进行，逐步提升注水管柱水平段的高度，使得注水管柱水平段始终保持在靠近溶腔顶部的位置；出卤管柱水平段始终保持在靠近溶腔底部的位置；淡水迅速到达溶腔顶部溶蚀溶腔表面，高浓度卤水通过出卤管柱排出；
21.步骤d，间隔一段时间，将注水管柱和出卤管柱在短时间内进行对调，进行反滤，防止孔口堵塞；
22.步骤e，持续不断地注水、出卤、提管，并间隔一段时间进行反滤，直到盐岩溶腔达到设计要求。
23.进一步地，造腔过程中，间隔1～2天将注水管柱和出卤管柱对调，进行反滤，反滤时间为10～30分钟。
24.本发明的有益效果是：
25.1.本发明提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔方法，水溶造腔过程中只需要一口钻井，和现有的双井双管造腔方式相比，节约了盐岩溶腔的建设成本。
26.2.本发明提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔方法，在注水管柱和出
卤管柱上设置了注水孔和出卤孔，使得淡水通过注水孔较为均匀地注入到溶腔内，卤水通过出卤孔较为均匀地排出到溶腔外，这样溶蚀面的浓度分布较为均匀，避免盐岩溶腔出现不规则形状，有利于提高盐岩油气储库的稳定性。水溶造腔过程不需要分阶段进行，省去插拔管柱的过程，有利于提高水溶造腔的效率，降低对控制技术的要求。
27.3.将注水管柱和出卤管柱分开，且注水管柱在靠近溶腔的顶部，注入的淡水密度较盐水小，可以直接进行顶部的向上溶蚀，出卤管柱在靠近溶腔的底部，卤水的浓度越高，其密度越大，进而沉积在溶腔底部，这样出卤管柱排出的卤水浓度较高，淡水的利用率大幅提升。
附图说明
28.图1为本发明一示例性实施例提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及造腔初期示意图；
29.图2为本发明一示例性实施例提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及成腔阶段示意图；
30.图3为本发明一示例性实施例提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱及反滤阶段示意图；
31.图4为本发明一示例性实施例提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱水平段细节示意图；
32.附图标号说明：1出卤管柱，2注水管柱，3注水孔，4出卤孔，5过滤网， 6引鞋，10浓度监测控制系统，20排卤闸阀，30排卤口压力表，40注水口压力表，50注水闸阀，60不溶物夹层，70卤水，80盐岩溶腔。
具体实施方式
33.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
34.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
35.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
36.本发明提供一种地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱，用于地下盐岩能源储库水溶造腔过程，结合我国盐岩矿层层数多、单层厚度薄、不溶物夹层分布广泛的特点，本发明特别适用于含有不溶物夹层60的盐岩矿床中盐岩储库水平腔的造腔过程。
37.如图1-3所示，本发明实施例提供的地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱，包括注水管柱2和出卤管柱1；所述注水管柱2和出卤管柱1采用单井的方式钻入地下盐岩能源储库水平腔。
38.所述注水管柱2和出卤管柱1的井内部分均包括竖直段和水平段；所述出卤管柱1的水平段设置在靠近水平腔底部，并在管柱前端设置引鞋6，如图4所示，水平段表面按照一
定间距l设置若干出卤孔4，l优选1～4m；所述注水管柱2的水平段设置在靠近水平腔顶部，并在管柱前端设置引鞋6，水平段表面按照一定间距l设置若干注水孔3，l优选1～4m；注水管柱2和出卤管柱1的水平段根据水平储库的水平方向尺寸确定，造腔过程中省去插拔管柱的过程；出卤管柱1的竖向位置基本保持不变，注水管柱2随着水溶造腔过程的进行，不断提升，始终保持在靠近盐岩溶腔80顶部的位置。
39.所述注水孔3和所述出卤孔4的外侧表面均设有过滤网5，用以防止造腔管柱被不溶物堵塞；造腔过程中，间隔一段时间(优选1～2天)将注水管柱2和出卤管柱1对调，进行反滤(反滤时间优选10～30分钟)，防止孔口堵塞。
40.所述注水管柱2和所述出卤管柱1的上端固定并露出地表，注水管柱2的上端依次连接注水口压力表40、注水闸阀50，出卤管柱1的上端依次连接排卤口压力表30、排卤闸阀20；压力表和闸阀用于调节和控制注水管柱2和出卤管柱1的压力，淡水通过注水孔3较为均匀的注入，卤水70通过出卤孔4较为均匀的抽出。
41.在所述出卤管柱1的出口处设有浓度监测控制系统10；所述浓度监测控制系统10采用液体电子密度计测定排出卤水的密度，再根据卤水密度-浓度公式，换算得到卤水浓度，当监测到卤水浓度接近饱和浓度时，通过控制闸阀开关，从出卤管柱1排出卤水。
42.在一个实施例中，所述注水孔3和出卤孔4的形状可采用圆形、方形或椭圆形，如图4所示示例，孔为圆形，孔的最大外径d不超过管柱直径d的1/3。
43.所述注水孔3和出卤孔4交错分布在上下前后四个方向；在同一个截面处，最多开两个孔，防止开孔过多导致管柱的刚度过小，发生较大变形甚至破坏。
44.本发明实施例还提供一种利用上述地下盐岩能源储库水平腔造腔管柱进行造腔的方法，包括以下步骤：
45.步骤a，根据水平型盐岩油气储库的埋深、横向和纵向尺寸确定造腔管柱水平段的尺寸和位置，设计确定造腔管柱注水孔和出卤孔的分布，并在工厂预制注水管柱和出卤管柱。
46.步骤b，采用单井造腔的方式，利用定向钻井技术，根据声波导向、电阻率导向、电磁测距导向和随钻地震导向等不同的测量技术，精确获取钻进钻头的所在位置，并通过随钻测量的地层特性和地质特征，调整钻头的钻进方向，穿透不溶物夹层60，将注水管柱和出卤管柱打入到地下盐岩矿床的指定位置。
47.步骤c，通过注水管柱向盐岩矿床内注入淡水，盐岩溶解一段时间后，通过出卤管柱向外抽水。通过压力表和闸阀控制注水出卤的压力和流量，淡水将通过注水孔较为均匀地注入，卤水将通过出卤孔较为均匀地抽出。
48.步骤d，随着水溶造腔过程的进行，溶腔径向尺寸不断增大，逐步提升注水管柱水平段的高度，使得注水管柱水平段始终保持在靠近溶腔顶部的位置。出卤管柱水平段始终保持在靠近溶腔底部的位置。这样可以保证注入的淡水迅速到达顶部溶蚀溶腔表面，浓度较大的卤水沉积在盐岩溶腔的底部，进而通过出卤管柱排出。
49.步骤e，间隔一定时间，将注水管柱和出卤管柱在短时间内进行对调，进行反滤，防止孔口堵塞。
50.步骤f，持续不断地注水、出卤、提管，并间隔一段时间进行反滤，即重复步骤c、d、e，直到盐岩溶腔达到设计要求。
51.本发明具有如下多方面特点：
52.(1)采用单井造腔，不设套管，注水管柱和出卤管柱分开设置；
53.(2)注水管柱设置在靠近溶腔顶部，出卤管柱设置在靠近溶腔底部。注入的淡水迅速到达盐腔顶面，排出的卤水浓度较高。可以提高淡水的利用率。
54.(3)注水孔和出卤孔的外表面设置有过滤网，造腔过程中，间隔一段时间将注水管柱和出卤管柱对调，进行反滤，防止孔口堵塞。注水孔和出卤孔可以使得溶腔内的浓度分布较为均匀，避免盐岩溶腔出现不规则形状，增强盐岩油气储库的稳定性。
55.(4)本发明的应用使得水溶造腔过程不需要分阶段进行，省去插拔管柱的过程，降低了对控制技术的要求，提高了水溶造腔的效率。
56.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明所提技术特征的范围内，做出等同变化或局部修改，均应属于本发明保护的范围。