鄭雅麗，趙艷杰，丁國生，武志德，陸守權(quán)，賴欣，邱小松，楊冬，韓冰潔，王玲欣

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣地下儲(chǔ)庫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊 065007；3.中國石油東部管道有限公司，上海 200122；4.中國石油對(duì)外合作部，北京 100007；5.中國石油渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司，河北滄州 062552）

厚夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫擴(kuò)大儲(chǔ)氣空間造腔技術(shù)

鄭雅麗1,2，趙艷杰1,2，丁國生1,2，武志德1,2，陸守權(quán)3，賴欣1,2，邱小松1,2，楊冬4，韓冰潔1,2，王玲欣5

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司油氣地下儲(chǔ)庫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊 065007；3.中國石油東部管道有限公司，上海 200122；4.中國石油對(duì)外合作部，北京 100007；5.中國石油渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司，河北滄州 062552）

針對(duì)目前國內(nèi)鹽礦普遍發(fā)育厚夾層的問題，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析厚夾層是否可以垮塌，以實(shí)現(xiàn)上下鹽層連通，擴(kuò)大單腔儲(chǔ)氣空間。分析夾層的水溶機(jī)理、水浸后力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律后發(fā)現(xiàn)：水浸后夾層呈蜂窩狀溶解且產(chǎn)生裂縫，利于剝落，剝落殘?jiān)紦?jù)空間較小；水浸后夾層力學(xué)強(qiáng)度明顯降低，易發(fā)生破壞，有利于夾層垮塌。利用夾層垮塌臨界跨度計(jì)算模型可預(yù)測(cè)夾層垮塌時(shí)機(jī)，通過數(shù)值模擬獲得了厚夾層垮塌規(guī)律，表明夾層厚度越小，夾層埋深、騰空跨度和鹽腔高度越大，夾層垮塌的可能性越大。提出了“充分浸泡夾層、二次建槽”的設(shè)計(jì)思路，針對(duì)某儲(chǔ)氣庫12 m厚夾層進(jìn)行造腔試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并在2口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，表明厚夾層可以垮塌，且增加了造腔高度，提高了單腔工作氣量，具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。圖4表2參11

鹽穴儲(chǔ)氣庫；厚夾層；夾層垮塌；水溶機(jī)理；水浸力學(xué)參數(shù)；造腔設(shè)計(jì)；造腔試驗(yàn)

引用：鄭雅麗,趙艷杰,丁國生,等.厚夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫擴(kuò)大儲(chǔ)氣空間造腔技術(shù)[J].石油勘探與開發(fā),2017,44(1):137-143.

ZHENG Yali,ZHAO Yanjie,DING Guosheng,et al.Solution mining technology of enlarging space for thick-sandwich salt cavern storage[J].Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):137-143.

0 引言

20世紀(jì)50年代國外開始利用鹽穴建造地下儲(chǔ)氣庫[1]。隨著2000年“西氣東輸”工程的啟動(dòng)，國內(nèi)開始了鹽穴儲(chǔ)氣庫相關(guān)的研究工作，研究者結(jié)合國外文獻(xiàn)調(diào)研資料對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫技術(shù)和造腔工藝技術(shù)進(jìn)行了闡述[2-4]。在夾層垮塌造腔方面，研究者主要是以金壇鹽礦這種夾層厚度小于10 m的多夾層為研究對(duì)象，研究內(nèi)容包括造腔過程中如何控制夾層垮塌，防止井下套管彎曲、破損和腔體局部頸縮等[5-11]，認(rèn)為應(yīng)在夾層盡量少且薄的地層條件下建設(shè)儲(chǔ)氣庫[5]。目前國內(nèi)針對(duì)儲(chǔ)氣庫建設(shè)開展前期工作的鹽礦中，除了金壇鹽礦之外，普遍發(fā)育厚度大于10 m的厚夾層。以往造腔設(shè)計(jì)避開厚夾層，這樣勢(shì)必減小了造腔高度。如果厚夾層可以垮塌，使其上下鹽層連通，則可以增加造腔高度，擴(kuò)大儲(chǔ)氣空間。本文從夾層的水溶機(jī)理、水浸后力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律、夾層垮塌預(yù)測(cè)等方面進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)綜合論述厚夾層垮塌增加儲(chǔ)氣空間的可行性。

1 水溶機(jī)理

含鹽地層中發(fā)育的厚夾層因其處于鹽湖沉積環(huán)境中，一般含有一定比例的NaCl。以某鹽礦12 m左右厚夾層段的巖石組分分析為例，該夾層靠近鹽層的頂?shù)撞縉aCl含量在15%～25%，中部仍有5%左右。對(duì)該夾層大量樣品進(jìn)行水溶實(shí)驗(yàn)，從中選取具有代表性的3塊樣品（見表1），可以看出：位于頂部的yp001巖樣和位于中上部的yp002巖樣巖性為鈣芒硝質(zhì)泥巖，上溶與側(cè)溶實(shí)驗(yàn)顯示巖樣發(fā)生了不同程度的溶解，經(jīng)兩周的水溶后成蜂窩狀，其中yp001巖樣的水溶性較強(qiáng)；位于中部的yp003巖樣為棕紅色泥巖，水溶性很差，只是含鹽部位呈孔狀或縫隙狀溶解。

將鈣芒硝質(zhì)泥巖巖樣完全浸泡在水中觀察，7 d后表面出現(xiàn)蜂窩狀水溶，17 d時(shí)發(fā)現(xiàn)底部出現(xiàn)顆粒狀溶解物，搖晃呈懸浮狀，32 d時(shí)出現(xiàn)片狀剝落物，58 d時(shí)出現(xiàn)泥巖塊狀物，90 d時(shí)1/5的巖樣剝落。此外，由于差異溶解作用，巖樣中含鹽條帶的位置會(huì)隨著水溶逐漸出現(xiàn)縫隙，加劇巖樣脫落。因此，泥巖夾層經(jīng)過一段時(shí)間的浸泡會(huì)出現(xiàn)掉塊的現(xiàn)象，有利于夾層的垮塌。

2 水浸力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律

為了獲得夾層巖石在造腔過程中力學(xué)性質(zhì)隨浸泡時(shí)間的變化規(guī)律，開展了水浸實(shí)驗(yàn)。浸泡水分為飽和鹵水和清水兩種，其中飽和鹵水浸泡的時(shí)間分別為28 d和33 d，清水浸泡的時(shí)間為60 d。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2）表明：未進(jìn)行浸泡的夾層界面不易破壞，對(duì)鹽巖影響較小，而浸泡后的夾層界面易發(fā)生破壞，特別是當(dāng)夾層界面傾斜時(shí)，還易沿夾層界面發(fā)生滑動(dòng)；夾層中含有鹽巖和鈣芒硝成分時(shí)，經(jīng)過浸泡后，夾層比純鹽巖和鈣芒硝巖更易發(fā)生破壞；隨著浸泡時(shí)間的增加，夾層抗壓強(qiáng)度降低。抗壓強(qiáng)度的降低與水溶機(jī)理具有較強(qiáng)的相關(guān)性，即隨著浸泡時(shí)間的增長，夾層中NaCl等可溶物質(zhì)的溶解量增多，造成巖樣中孔隙增加，力學(xué)強(qiáng)度降低。與飽和鹵水相比，清水溶解條件更佳，則力學(xué)強(qiáng)度降低幅度更大。也就是說，在造腔過程中，采用清水或低濃度的鹵水可以更好地降低力學(xué)參數(shù)，使夾層垮塌。

3 垮塌預(yù)測(cè)

3.1 夾層垮塌臨界跨度預(yù)測(cè)

在水溶造腔過程中，隨著鹽層由下而上不斷地溶漓，難溶夾層會(huì)逐漸暴露于鹵水中，暴露初期夾層處于騰空穩(wěn)定狀態(tài)。隨著鹽層溶漓直徑增大，在夾層應(yīng)力重新分布和浸水后力學(xué)強(qiáng)度降低的影響下，當(dāng)夾層騰空的跨度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)破壞[7]，進(jìn)而引起大范圍垮塌。此時(shí)的騰空跨度就是夾層垮塌的臨界跨度，因此可以通過計(jì)算夾層垮塌的臨界跨度來預(yù)測(cè)夾層垮塌時(shí)機(jī)。

考慮到水溶造腔形成的腔體為軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體、實(shí)際工況中造腔管柱尺寸相對(duì)于腔體直徑而言較小等因素，將夾層的騰空狀態(tài)簡化為均質(zhì)的無孔圓形板[6]。夾層受力主要包括鹵水壓力、徑向地層應(yīng)力及其自身重力。由于鹽巖具有很強(qiáng)的流變特性，可認(rèn)為夾層所受的徑向應(yīng)力沿圓弧均勻分布[6]。在這個(gè)簡化模型的基礎(chǔ)上，施錫林等[6]應(yīng)用彈性板殼理論，考慮垂向力與水平力對(duì)夾層的作用，開展了夾層垮塌的臨界應(yīng)力分析，建立了夾層垮塌臨界應(yīng)力數(shù)學(xué)模型，并得到了夾層垮塌的臨界跨度預(yù)測(cè)模型：

式中 D——夾層垮塌的臨界跨度，m；h——夾層厚度，可通過鉆井、測(cè)井等資料獲得，m；E——夾層彈性模量，可通過鹵水浸泡條件下的室內(nèi)巖心力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得，MPa；K——修正系數(shù)，是考慮到夾層騰空后不同部位厚度、組分等非均質(zhì)性而引入，其值可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件取不小于1的正數(shù)[6]；σ——夾層所處深度的徑向地應(yīng)力，可通過測(cè)井、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等方法獲得，MPa；μ——夾層泊松比，可通過鹵水浸泡條件下的室內(nèi)巖心力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得。

以含厚夾層的某儲(chǔ)氣庫為例，夾層厚度為12 m，夾層所處深度的徑向地應(yīng)力為35 MPa，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的夾層彈性模量和泊松比分別為0.748 GPa和0.32，應(yīng)用上述模型預(yù)測(cè)該厚夾層垮塌的臨界跨度為11 m。

3.2 夾層垮塌規(guī)律預(yù)測(cè)

夾層是否可以垮塌與夾層的厚度、埋藏深度、跨度等密切相關(guān)，在室內(nèi)垮塌機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行垮塌規(guī)律預(yù)測(cè)。以某儲(chǔ)氣庫含鹽地層為參考，假定鹽層的地應(yīng)力為靜水壓力狀態(tài)，建立模擬模型。該模型以夾層中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，側(cè)面約束其相應(yīng)的水平位移，底面約束其垂向位移，頂面施加均布荷載，載荷大小等于模型上部巖體的自重。

通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，夾層的垮塌一般首先開始于夾層的中心及邊緣部位，夾層中心部位破損區(qū)呈現(xiàn)出從夾層中心向邊緣及上部發(fā)散狀擴(kuò)展的趨勢(shì)。夾層邊緣破損區(qū)呈現(xiàn)出先從邊緣底部發(fā)展到邊緣上部，再從底部和上部同時(shí)向邊緣內(nèi)部及夾層中心方向收斂狀擴(kuò)展的趨勢(shì)。

通過數(shù)值模擬得到了各因素對(duì)垮塌的影響規(guī)律（見圖1）。

圖1 夾層垮塌影響因素

3.2.1 夾層厚度對(duì)垮塌的影響

僅從力學(xué)分析的角度來講，隨著夾層厚度的增加，夾層下表面受到的巖層自重會(huì)增加，進(jìn)而騰空夾層下表面受到的應(yīng)力及夾層與溶腔壁連接處的應(yīng)力會(huì)增加，從而提高了夾層發(fā)生垮塌的可能性。

然而，通過模擬計(jì)算（見圖1a）發(fā)現(xiàn)，徑向應(yīng)力隨著夾層厚度的增加而逐漸增大，但同時(shí)徑向位移隨著夾層厚度的減小而逐漸增加，夾層的垮塌受夾層徑向位移的控制要大于徑向應(yīng)力的控制，因此夾層的厚度越小，夾層越容易發(fā)生垮塌現(xiàn)象。

3.2.2 夾層深度對(duì)垮塌的影響

對(duì)于不同埋深的夾層，其周邊的地應(yīng)力會(huì)有所不同，巖石的力學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨之受到較大的影響，夾層的受力狀態(tài)將發(fā)生改變，塑性區(qū)分布等都可能會(huì)發(fā)生較大變化。

由圖1b可知，夾層的徑向應(yīng)力和徑向位移均隨著夾層埋深的增加而逐漸增大，因而當(dāng)夾層的埋深增加時(shí)，增加了夾層發(fā)生垮塌的幾率。

3.2.3 夾層跨度對(duì)垮塌的影響

由圖1c可知，隨著夾層跨度的增加，夾層的徑向應(yīng)力變小，徑向位移逐漸增加，夾層發(fā)生垮塌的可能性增加。

這是因?yàn)?，鹽腔直徑在造腔過程中是不斷增大的，隨之增大的還有夾層的騰空跨度，即暴露在鹵水中的夾層跨度。隨著夾層跨度的不斷增大，其自身穩(wěn)定性將逐漸下降，發(fā)生夾層垮塌的可能性增加。

因此，對(duì)于某些厚度較大的夾層，在其發(fā)生垮塌前將其下部的腔體直徑盡量做大，將促進(jìn)夾層在后續(xù)造腔中的垮塌。

3.2.4 鹽腔高度對(duì)垮塌的影響

由圖1d可知，隨著腔體高度的增加，夾層的徑向應(yīng)力逐漸減小,當(dāng)高度達(dá)到一定值時(shí)徑向應(yīng)力趨于穩(wěn)定，而夾層的徑向位移逐漸增加。即越靠近造腔后期，鹽腔高度越大，夾層發(fā)生垮塌可能性越大。

這是因?yàn)?，在造腔過程中，鹽腔高度會(huì)隨著鹽巖的溶漓不斷擴(kuò)展，溶漓后腔體縱向尺寸的變大會(huì)改變夾層上下表面的鹵水壓力狀況，對(duì)夾層的垮塌將產(chǎn)生重要影響。

4 造腔試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了促進(jìn)厚夾層垮塌、盡可能增加儲(chǔ)氣空間，在前述水溶機(jī)理、水浸力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律以及垮塌規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，提出了與施錫林等[7]、郭凱等[9]不同的“充分浸泡夾層、二次建槽”設(shè)計(jì)思路，并針對(duì)某儲(chǔ)氣庫12 m厚夾層進(jìn)行造腔試驗(yàn)設(shè)計(jì)（見圖2）。該儲(chǔ)氣庫試驗(yàn)井厚夾層以下發(fā)育25 m厚鹽層，以上發(fā)育100 m鹽層，試驗(yàn)分為3個(gè)階段。

圖2 某儲(chǔ)氣庫厚夾層造腔段的夾層垮塌試驗(yàn)方案示意圖

①第1階段。厚夾層下部鹽層一次建槽，其目的是：充分利用資源，增加造腔高度，擴(kuò)大鹽腔體積；將厚夾層以下鹽層溶解掏空，為厚夾層上、下騰空提供前期基礎(chǔ)。前文預(yù)測(cè)12 m厚夾層垮塌的臨界騰空跨度為11 m。為了有效促使厚夾層垮塌，厚夾層跨度需大于11 m。同時(shí)，根據(jù)該地區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)鹽腔最大直徑可以達(dá)到70 m。為了使有效儲(chǔ)氣空間最大化，該階段初期分別將造腔內(nèi)管、造腔外管下入厚夾層以下25 m厚鹽層的底部和下部，采用小排量正循環(huán)溶漓，逐步提升管柱，油墊位置要始終保持在厚夾層以下。

②第2階段。充分浸泡厚夾層，其目的是通過造腔內(nèi)管和外管的深度差異，使厚夾層底部和中間的井眼處充分暴露于造腔鹵水中，加速厚夾層中可溶物質(zhì)析出，降低厚夾層力學(xué)強(qiáng)度。將造腔內(nèi)管下入厚夾層以下鹽層1～2 m，造腔外管下入厚夾層之上鹽層，距厚夾層頂部3～5 m，油墊在厚夾層之上。通過厚夾層之下注水、厚夾層之上排水，增加厚夾層與鹵水的接觸時(shí)間。隨著造腔的進(jìn)行，厚夾層以上鹽層也逐漸溶解，形成了一定體積和直徑的腔體。此時(shí)厚夾層開始出現(xiàn)騰空，其底部和位于井眼周邊的頂部均可與鹵水直接接觸，當(dāng)腔體直徑超過臨界騰空跨度后，就可進(jìn)入第3階段。

③第3階段。厚夾層以上鹽層二次建槽，同時(shí)充分浸泡厚夾層。其目的有兩個(gè)，一是開展造腔，二是在保證鹽腔穩(wěn)定的條件下，擴(kuò)大厚夾層騰空跨度，加速厚夾層垮塌。該階段造腔內(nèi)管和外管均提升至厚夾層之上，開始厚夾層之上鹽層的溶漓，仍采用小排量正循環(huán)，擴(kuò)大鹽腔直徑和有效體積，增加儲(chǔ)氣空間。

3個(gè)階段造腔后，根據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)，造腔高度47 m時(shí)，利用400 d左右時(shí)間，可形成最大直徑70 m、有效體積4×104m3左右的鹽腔。

5 造腔擴(kuò)大儲(chǔ)氣空間可行性分析

某儲(chǔ)氣庫針對(duì)2口井開展了厚夾層垮塌試驗(yàn)。試驗(yàn)井A采用正循環(huán)方式造腔，造腔管柱移動(dòng)2次，油墊位置調(diào)整2次，注水排量30～80 m3/h，平均69 m3/h，累計(jì)造腔時(shí)間198 d，累計(jì)產(chǎn)鹽量6.44×104t，折合造腔體積2.98×104m3。聲納檢測(cè)結(jié)果表明12 m厚夾層已經(jīng)發(fā)生了垮塌（見圖3）。

試驗(yàn)井B累計(jì)造腔時(shí)間156 d，累計(jì)產(chǎn)鹽量3.7× 104t，折合造腔體積1.7×104m3，期間造腔管柱移動(dòng)3次，油墊位置調(diào)整2次，聲納檢測(cè)4次。從聲納檢測(cè)結(jié)果（見圖4）看出：第1、2次聲納測(cè)腔之前，受油墊控制，阻隔了厚夾層與鹵水的過早接觸，并且完成了厚夾層以下鹽層建槽；第2次至第3次聲納測(cè)腔期間為厚夾層浸泡期，最先接觸鹵水的厚夾層下傾方向先發(fā)生剝落及垮塌，至第3次聲納測(cè)腔時(shí)，厚夾層浸水時(shí)間43 d，垮塌直徑10 m左右；第3次至第4次聲納測(cè)腔期間，除充分浸泡厚夾層外，同時(shí)開展了厚夾層以上鹽層建槽，至第4次聲納測(cè)腔時(shí)，厚夾層發(fā)生較大范圍垮塌，此時(shí)厚夾層累計(jì)浸水時(shí)間63 d，垮塌直徑52.6 m。

圖3 試驗(yàn)井A聲納檢測(cè)鹽腔形態(tài)側(cè)視圖

圖4 試驗(yàn)井B的4次聲納檢測(cè)側(cè)視鹽腔形態(tài)疊合圖

通過兩口試驗(yàn)井造腔階段的跟蹤評(píng)價(jià)認(rèn)為12 m厚夾層可以垮塌。在該試驗(yàn)區(qū)的地質(zhì)條件下，厚夾層垮塌后上、下鹽腔聯(lián)通，增加了厚夾層以下25 m厚的造腔鹽巖段，可將單個(gè)鹽腔有效體積由12.5×104m3增至14.1×104m3，增加1.6×104m3，單個(gè)鹽腔工作氣量可增加215×104m3，增加了15%。結(jié)合儲(chǔ)氣庫注采井?dāng)?shù)，預(yù)測(cè)整個(gè)地區(qū)可增加儲(chǔ)氣量0.8×108m3。

利用厚夾層以下的鹽層造腔，鉆井成本、造腔成本、建設(shè)周期等均會(huì)增加，因此在技術(shù)可行性分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體目標(biāo)需要開展經(jīng)濟(jì)可行性分析。以上述含12 m厚夾層的儲(chǔ)氣庫為例，經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析表明，利用厚夾層下部鹽層造腔新增的工作氣成本，僅為上部鹽層造腔形成工作氣成本的一半左右。即在形成相同工作氣量的條件下，該儲(chǔ)氣庫利用下部鹽層挖潛比新鉆井造腔可節(jié)約投資2億元，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

厚夾層一般處于鹽湖沉積背景下，組分分析認(rèn)為夾層內(nèi)具有5%～15%的可溶物質(zhì)，夾層浸水后可溶物質(zhì)溶解，表面會(huì)呈現(xiàn)蜂窩狀乃至產(chǎn)生裂縫。隨著浸泡時(shí)間的增加，夾層會(huì)逐漸呈片狀、層狀或塊狀剝落，巖樣中孔隙體積也會(huì)增加，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度降低，有利于厚夾層的垮塌。

使用厚夾層垮塌臨界跨度數(shù)學(xué)模型可預(yù)測(cè)不同厚度夾層的垮塌時(shí)機(jī)。利用數(shù)值模擬技術(shù)獲得了厚夾層垮塌規(guī)律，即垮塌幾率與夾層厚度成反比，與夾層埋深、騰空跨度、鹽腔高度等參數(shù)成正比，夾層垮塌規(guī)律研究可為造腔設(shè)計(jì)和實(shí)施提供參考。

針對(duì)某鹽礦含12 m厚夾層的含鹽地層，設(shè)計(jì)了增加厚夾層浸泡時(shí)間與騰空跨度的二次建槽造腔技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)選取2口井開展試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，12 m厚夾層可以垮塌，該地區(qū)厚夾層垮塌后，上、下鹽腔聯(lián)通，可增加造腔鹽巖段25 m，提高單腔有效體積1.6×104m3、單腔工作氣量15%。利用厚夾層垮塌增加儲(chǔ)氣空間不僅在技術(shù)上可行，且具有一定經(jīng)濟(jì)效益。

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（編輯 胡葦瑋）

Solution mining technology of enlarging space for thick-sandwich salt cavern storage

ZHENG Yali1,2,ZHAO Yanjie1,2,DING Guosheng1,2,WU Zhide1,2,LU Shouquan3,LAI Xin1,2,QIU Xiaosong1,2,YANG Dong4,HAN Bingjie1,2,WANG Lingxin5
(1.PetroChina Research Institude of Petroleum Exploration & Development-Langfang Branch,Langfang 065007,China; 2.CNPC Key Laboratory of Oil & Gas Underground Storage Engineering,Langfang 065007,China; 3.PetroChina East Pipeline Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China; 4.Foreign Cooperation Department,PetroChina,Beijing 100007,China; 5.The Second Mud Logging Company of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited,Cangzhou 062552,China)

Aiming at the current problem that thick sandwiches are commonly developed in domestic salt mines,this study investigated whether thick sandwiches would collapse to allow connection of salt deposits above and below,consequently increase leaching height and expand single cavern capacity by laboratory experiments,numerical simulation and field tests.The analysis of water-soluble mechanism and changing patterns of mechanical parameters of sandwich layers after water immersion shows that:after water immersion,sandwiches dissolve into honeycomb structure with cracks that easily flake,and the residues occupy small space; after water immersion,mechanical strength of sandwiches decrease greatly,susceptible for failure and collapse.Based on the calculation model for critical limited span,the collapse timing was predicted.In addition,laws of thick sandwiches collapse were obtained by numerical simulation,which indicate that the smaller the thickness,the larger the depth,the larger the limited span and storage height of the sandwiches,the more likely the sandwich will collapse.The design idea of “full immersion and secondary cavity construction” was proposed,and cavern leaching design for a 12 meter thick sandwich in a gas storage was made,and tests on two wells were conducted.The results prove that thick sandwiches could collapse,increasing leaching height and single cavity capacity,and the technology is technologically and economically feasible.

salt-cavern storage; thick sandwich; sandwich collapse; water-soluble mechanism; mechanical parameter after water immersion; cavern leaching design; cavern leaching experiment

中國石油重大科技專項(xiàng)“地下儲(chǔ)氣庫地質(zhì)與氣藏工程關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（2015E-4002）

TE972.2

：A

1000-0747(2017)01-0137-07

10.11698/PED.2017.01.17

鄭雅麗（1968-），女，吉林松原人，博士，中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院高級(jí)工程師，主要從事地下儲(chǔ)氣庫相關(guān)技術(shù)的研究工作。地址：河北省廊坊市44#信箱，中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院地下儲(chǔ)庫研究中心，郵政編碼：065007。E-mail：zyl69@petrochina.com.cn

2016-04-25

2016-12-20