陳西西,楊小平,榮偉,謝唯一,潘眾,劉靚雯,張瀅瀅,衛(wèi)思祺,賀濤

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司工程技術(shù)研究院,任丘 062550;2.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430000;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

直井單腔造腔法是當(dāng)前中國(guó)建造鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)主要采用的方法[1-2]。但是中國(guó)層狀鹽巖不同于國(guó)外鹽丘型地質(zhì)條件,具有鹽層厚度薄、夾層多等特點(diǎn)[3]。單直井造腔法在中國(guó)工程應(yīng)用中存在溶腔時(shí)間長(zhǎng)、造腔效率低、建腔成本高、鹽層利用率低的劣勢(shì)[4]。而小間距雙井造腔法是一種新的造腔方法,具有縮短造腔周期、降低成本、提高注采氣效率和增大腔體體積等優(yōu)點(diǎn)。小間距雙井造腔方法最早用于[3]建造鹽穴地下儲(chǔ)庫(kù)溶腔,相比于單井對(duì)流法,該技術(shù)可以顯著提升排鹵流量,進(jìn)而縮短造腔周期。小間距雙井造腔方法最大的特點(diǎn)是同時(shí)采用2口井進(jìn)行溶蝕作業(yè),形成一水平放置的橢圓形腔體。該方法可以很好地利用水平方向的空間,提高水平薄鹽層的空間利用率。

當(dāng)前,已經(jīng)有多項(xiàng)工作對(duì)小間距雙井造腔工藝進(jìn)行了研究。班凡生[5]分析了采用雙井造腔技術(shù)提高層狀鹽層造腔速度的可行性。鄭雅麗等[6]提出了采用自然溶通的方法進(jìn)行雙井造腔;姜德義等[7]探究了層狀鹽巖小間距雙井水溶造腔中流場(chǎng)濃度場(chǎng)特征。任松等[8]進(jìn)行了雙井造腔水溶實(shí)驗(yàn),探究了注水流量對(duì)于腔體拓展的影響。易亮等[9]探究了不同提管方式對(duì)雙井造腔腔體形態(tài)的作用。小間距兩井鹽洞在運(yùn)行中的穩(wěn)定性問(wèn)題也已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了探討[1,10]。但是由于小間距雙井造腔方法中雙井間距、注水排鹵方式等還沒(méi)有得到充分研究,還未能在造腔工程中普遍應(yīng)用[11-12]。當(dāng)前急需對(duì)小間距雙井造腔方法的工程參數(shù)進(jìn)行研究,為小間距雙井造腔在工程中的應(yīng)用提供參考。

鑒于此,開展物理模型試驗(yàn)小間距雙井造腔參數(shù)的合理性進(jìn)行探究?；谙嗨评碚?分別完成不同井間距和注水流量的造腔試驗(yàn),試驗(yàn)中記錄造腔時(shí)間、排鹵濃度、腔體體積等重要參數(shù),并對(duì)各組試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比優(yōu)選出合適的造腔參數(shù)。最后,基于試驗(yàn)結(jié)果提煉出小間距對(duì)井造腔參數(shù)的優(yōu)選方法。

1 地質(zhì)條件

雙井造腔法是一種新的造腔方法,其主要工藝是向目標(biāo)鹽層打兩個(gè)距離較近的豎井,然后采用水平鉆井技術(shù)將兩豎井的底部相連,利用兩口豎井進(jìn)行注采溶蝕造腔。雙井造腔法具有縮短造腔周期、降低成本、提高注采氣效率和增大腔體體積等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外采用雙井造腔通常是為了增大注水排鹵流量,如法國(guó)MANOSQUE的TA &TB儲(chǔ)氣庫(kù)[11]、荷蘭Zuidwending儲(chǔ)氣庫(kù)[13]。法國(guó)于2008年開始在GEOSEL-MANOSQUE地區(qū)采用雙井造腔法進(jìn)行TA&TB儲(chǔ)氣庫(kù)造腔,儲(chǔ)氣庫(kù)體積可達(dá)50×104m3。荷蘭由雙井建成的儲(chǔ)氣庫(kù)位于格羅寧根Zuidwending村附近的鹽丘,總計(jì)容積約為620 000 m3。巖鹽層厚度是建造溶腔儲(chǔ)備庫(kù)的重要條件,外國(guó)鹽丘構(gòu)造巖鹽礦層厚數(shù)十米到數(shù)百米,鹽層NaCl含量超過(guò)80%,建庫(kù)大部分在鹽丘中。

在中國(guó),雙井溶腔試驗(yàn)最先在湖北云應(yīng)展開。云應(yīng)鹽巖礦床賦存于地下100～600 m,鹽層累計(jì)厚度較大,約為250 m。鹽層連續(xù)性好,鹽層厚度占地層厚度的82%～85%,不溶物含量為15%～20%[13]。云應(yīng)鹽礦床屬于復(fù)合型礦床,鹽層和非鹽夾層、間隔層形成不等厚互層。受豎直方向上的多夾層結(jié)構(gòu)影響,傳統(tǒng)的單井對(duì)流法造腔無(wú)法充分利用地層[14]。小間距雙井造腔可以增大腔體的水平拓展距離,因此在湖北云應(yīng)鹽礦開展了小間距雙井水溶造腔現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)。作為一種新的造腔方法,目前尚處于研究階段,未開發(fā)出造腔模擬軟件,也未形成系統(tǒng)的和成熟的造腔工藝。

2 造腔模擬方法

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)溶腔階段的形狀控制是影響腔體質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素[7]。單井對(duì)流法造腔中,油墊高度、造腔內(nèi)外管高度等參數(shù)直接影響腔體形狀。而在小井間距雙井造腔中,腔體形態(tài)不僅與上述油墊高度、造腔套管高度有關(guān),還與兩井間距、排鹵流量以及提管方式有關(guān)[5]。目前通常采用物理模型試驗(yàn)的方法,對(duì)上述工程參數(shù)的合理性進(jìn)行研究。小間距雙井造腔試驗(yàn)裝置和造腔參數(shù)將按照相似理論進(jìn)行搭建。本實(shí)驗(yàn)室中鹽腔直徑是30 cm,對(duì)應(yīng)于實(shí)際鹽腔直徑60 m,而,即尺度比例為1∶200,試驗(yàn)注水流量為現(xiàn)場(chǎng)的1/2003,時(shí)間是現(xiàn)場(chǎng)溶解時(shí)間的1/200。圖1為試驗(yàn)裝置圖,添加了一個(gè)高精度蠕動(dòng)流量泵,可以完成將淡水注入鹽巖空腔內(nèi)的操作,在注水的壓力下腔內(nèi)的鹵水將由右端排鹵管進(jìn)行排出,此過(guò)程模擬了鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)雙井分別注水采鹵的過(guò)程。每一套管柱系統(tǒng)中包含造腔套管和生產(chǎn)套管兩種結(jié)構(gòu):造腔套管用于注水淡水和排出鹵水,生產(chǎn)套管用于注入環(huán)空保護(hù)液以防止鹵水上溶過(guò)多。蠕動(dòng)流量泵包含流量監(jiān)測(cè)功能,可以實(shí)時(shí)測(cè)量和更改注水流量。鹽巖模型為二分之一模型結(jié)構(gòu),其對(duì)稱面被亞克力板覆蓋并用環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封,通過(guò)可視化模型觀察溶腔形態(tài)拓展規(guī)律,并可通過(guò)攝像機(jī)進(jìn)行記錄。通過(guò)改變?nèi)芮蝗肟诹髁?、提管高度、兩管間距,可以模擬不同工況下腔體形態(tài)的發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)腔體形態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行探究,選取了巴基斯坦鹽礦中的方形鹽磚作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ?其尺寸為30 cm(長(zhǎng))×20 cm(寬)×20 cm(高)。

圖1 溶腔試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the construction cavity test device

鹽腔的形態(tài)擴(kuò)展過(guò)程就是鹽腔內(nèi)壁鹽巖持續(xù)的溶解過(guò)程,鹽腔呈現(xiàn)出的各種形態(tài)反映的是鹽腔內(nèi)部各處溶解速率的不同。在預(yù)設(shè)水平連接段的造腔方案中,開始即選用一端注水一端排水的方式進(jìn)行溶腔,每次間隔2 h,將注水管與排鹵管對(duì)調(diào)。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)透明亞克力板可以實(shí)時(shí)觀測(cè)到鹽腔輪廓,每隔30 min使用相機(jī)拍照獲取鹽腔形態(tài),從而記錄鹽腔形態(tài)整個(gè)變化過(guò)程。雙井間距對(duì)腔體擴(kuò)展的影響不可忽視,不同井間距下的淡水流分布區(qū)域差別很大。特設(shè)計(jì)以下試驗(yàn),探究不同井間距下的腔體擴(kuò)展過(guò)程。此試驗(yàn)利用相同尺寸鹽磚,造腔管柱布置方案可以分為:①雙井間距5 cm,同時(shí)最下端設(shè)計(jì)水平對(duì)接連通段;②雙井間距10 cm,設(shè)置水平連接段;③雙井間距15 cm,設(shè)置水平連接段。注水流量分為4組:5、10、20、30 mL/min。

2.1 雙井間距

圖2為不同井間距下鹽腔形態(tài)發(fā)展過(guò)程。以下分別對(duì)4種造腔進(jìn)程進(jìn)行說(shuō)明,從而分析不同井間距對(duì)腔體形態(tài)發(fā)展的影響。腔體的最初形態(tài)為人工切割的橫槽(圖1),對(duì)應(yīng)于水平井井眼。10 m井間距有對(duì)接井中,在注水井與排鹵井反復(fù)交替下,左右側(cè)腔體交替快速擴(kuò)展,最終的腔形呈現(xiàn)左右近似相等的形狀?？梢钥闯?最終的腔體直徑大致等于兩倍井間距,腔形在水平方向上較緊湊。20 m井間距有對(duì)接井中,最終形成的腔體在水平方向跨度更大,在同一高度的鹽巖層中,形成的腔體體積更大。腔體最終呈長(zhǎng)軸在水平方向的橄欖形,更好地利用了薄鹽層的空間。當(dāng)井間距為30 m時(shí),腔體擴(kuò)展過(guò)程與前面類似,但是由于井距增大,腔體內(nèi)水平段明顯增長(zhǎng),在建槽期淡水可以在水平段內(nèi)充分吸收鹽溶質(zhì),所以水平段中腔頂較平整,未出現(xiàn)明顯傾斜面[圖2(c)]。但是當(dāng)腔體直徑逐漸增大由于淡水的注入速度較小,淡水從注水管柱進(jìn)入腔體之后,在較高濃度的鹵水中向前運(yùn)動(dòng)的距離有限,相反極易受到浮力而向上運(yùn)動(dòng)。在注水井與排鹵井附近區(qū)域,可以看出腔體頂部迅速上溶,溶解速度遠(yuǎn)超過(guò)水平段。最終腔體兩端由于更多的接觸淡水,溶解程度更高,而水平段溶解速度小,溶解程度低,使得腔體最終呈U形。這種腔形雖然較好地利用了水平空間,但是管柱附近的腔體快速上溶難以控制,給腔體的穩(wěn)定性和氣密性帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 不同井間距下造腔形態(tài)記錄Fig.2 Records of cavity formation under different well spacing

綜上所述,較大和較小的井間距都不利于溶腔工作:井間距較小時(shí),腔體水平方向長(zhǎng)度小,沒(méi)有較好的利用水平空間;井間距較大時(shí),水平段的腔體溶解速度明顯降低,且腔體形態(tài)不規(guī)則。預(yù)制水平腔可以大大縮短建槽期時(shí)間,提高造腔效率,同時(shí)合適的水平對(duì)接段可以大大提高腔體的水平方向拓展長(zhǎng)度。

2.2 注水流量

圖3～圖6為不同注水流量條件下鹽腔形態(tài)發(fā)展過(guò)程。分別對(duì)4種造腔進(jìn)程進(jìn)行說(shuō)明,從而分析不同注水流量對(duì)水平腔體發(fā)展的影響。5 mL/min注水流量下,注入淡水之后腔體開始逐漸發(fā)展,造腔經(jīng)過(guò)1 h之后,腔體頂部出現(xiàn)明顯的斜面,斜面的呈左高右低的形態(tài)。注水管口附近存在一明顯的小弧形頂,腔頂高度從出水管口至排水管口降低(圖4)。造腔繼續(xù)進(jìn)行,腔頂斜面斜率緩慢變大,注水管口附近弧形頂更加明顯(圖5、圖6)。之后弧形頂出現(xiàn)氣泡并集聚,形成一層氣墊阻止繼續(xù)上溶,平頂擴(kuò)大,其余不受氣泡影響的腔頂依舊保持斜面,如圖3～圖6中T=2、3 h(T為造腔持續(xù)時(shí)間)時(shí)所示。最終的腔形呈現(xiàn)左高右低類似于“鞋”輪廓的形狀。

T為造腔持續(xù)時(shí)間圖3 5 mL/min流量下造腔形態(tài)記錄Fig.3 Records of cavity formation under 5 mL/min flow rates

T為造腔持續(xù)時(shí)間圖4 10 mL/min流量下造腔形態(tài)記錄Fig.4 Records of cavity formation under 10 mL/min flow rates

T為造腔持續(xù)時(shí)間圖5 20 mL/min流量下造腔形態(tài)記錄Fig.5 Records of cavity formation under 20 mL/min flow rates

T為造腔持續(xù)時(shí)間圖6 30 mL/min流量下造腔形態(tài)記錄Fig.6 Records of cavity formation under 30 mL/min flow rates

現(xiàn)在分析這種水溶情況不均勻的原因,5 mL/min屬于較低流量,淡水從注水管柱進(jìn)入腔體之后,在較高濃度的鹵水中向前運(yùn)動(dòng)的距離有限,相反極易受到浮力而向上運(yùn)動(dòng),淡水首先在井口附近參與鹽巖溶解,所以在距離注水口1 cm的位置處形成一極高的弧形頂。之后鹵水向排水口運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中繼續(xù)參與溶解,濃度不斷升高,到達(dá)排水口時(shí)達(dá)到最高;總之,由于整個(gè)水平通道濃度的不均勻性,注水口附近鹵水濃度低,溶解快,腔頂抬升快;而排鹵口附近鹵水濃度高,腔頂抬升慢,所以最終形成這種左高右低的不規(guī)則腔體。10 mL/min注水流量下,腔頂亦呈現(xiàn)注水口側(cè)高而排鹵口側(cè)低的斜面,但是斜率較之于5 mL/min流量下腔體明顯變小,左側(cè)腔頂與右側(cè)腔頂?shù)母叨炔畈怀^(guò)1 cm。這種情況出現(xiàn)的原因是,由于注水流量變大,淡水向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)明顯,腔體內(nèi)對(duì)流擴(kuò)散程度加強(qiáng),導(dǎo)致腔體內(nèi)的鹵水沿水平方向不存在很明顯的濃度差,所形成的斜面較平緩,腔體相對(duì)規(guī)則。但是腔體內(nèi)鹵水左側(cè)濃度低、右側(cè)濃度高的情況依然存在,如果在現(xiàn)實(shí)較大尺度下,右側(cè)易變飽和而腔體不繼續(xù)擴(kuò)展,左側(cè)鹵水濃度低擴(kuò)展速度快,最終腔形也不是很理想。

20 mL/min和30 mL/min注水流量下腔體擴(kuò)展過(guò)程類似,由于注入流量顯著增大,腔體內(nèi)鹵水濃度低并且分布均勻,在水平方向和豎直方向都不存在較大濃度差,所以腔頂較為平整,未出現(xiàn)明顯傾斜面,腔體頂部起伏高差在0.5 cm以內(nèi)。甚至由于淡水前沖動(dòng)量足夠大,甚至能運(yùn)動(dòng)至排水管附近,在排水管附近遇到鹽壁折回,形成較大的流速,此處腔頂抬升反而更明顯(圖4、圖5)。由于腔內(nèi)鹵水濃度低,腔體發(fā)展迅速,在很短時(shí)間內(nèi)便達(dá)到一定高度。結(jié)合這兩種造腔圖像分析,高注入流速條件下,鹵水濃度低,造腔效率高,腔體形態(tài)規(guī)則,但是需要消耗較多能源和淡水資源。

3 造腔效率

表1給出了不同井間距的造腔方案各階段腔體體積,并整理為圖7所示的不同造腔累計(jì)時(shí)間后的腔體體積變化曲線。如果對(duì)各個(gè)造腔方案的曲線進(jìn)行對(duì)比,可以看出10 m,雙井間距無(wú)對(duì)接井的造腔方案中腔體體積增加速度明顯低于另外3種方案。這是由造腔初期(0～6 h)采用兩口井分別造腔的方法導(dǎo)致的,這也證明了單井造腔法的成腔效率遠(yuǎn)低于雙井造腔。而對(duì)于不同的對(duì)接井間距,可以看出井間距越大的造腔方案中成腔速率越高。這是由于雙井間距增大后,注入的淡水需要流經(jīng)更長(zhǎng)的水平段才能被另一口井排除。在這個(gè)過(guò)程中,低濃度鹵水可以和鹽巖腔壁更充分的接觸,對(duì)腔壁的溶解更充分,使得成腔效率增加。在造腔初期(0～6 h),雙井間距為10 m的造腔速率為683.33 cm3/h,雙井間距為20 m的造腔速率為620.17 cm3/h,雙井間距為30 m的造腔速率為494.17 cm3/h。在整體造腔過(guò)程中:雙井間距為10 m的造腔速率為656.25 cm3/h,雙井間距為20 m的造腔速率為577.58 cm3/h,雙井間距為30 m的造腔速率為485.71 cm3/h。而對(duì)于不同的對(duì)接井間距,可以看出井間距越小的造腔方案中成腔速率越高。這是由于雙井間距增大后,注入的淡水需要流經(jīng)更長(zhǎng)的水平段才能被另一口井排除。在這個(gè)過(guò)程中,低濃度鹵水需要和鹽巖腔壁更充分的接觸,后期對(duì)腔壁的溶解不充分,使得成腔速度降低。在同一個(gè)造腔方案中,隨著造腔時(shí)間的增加,成腔速率逐漸降低。這表明隨著腔體體積的增加,注入的淡水從管柱流向腔體側(cè)壁的過(guò)程中,將會(huì)與腔內(nèi)鹵水接觸更長(zhǎng)的時(shí)間。這使得造腔后期腔體側(cè)壁的溶蝕速度降低,成腔速率變慢,使單位造腔成本增加。在雙井造腔工程中,需要確定合適的預(yù)期腔體體積,以保持成腔速度并降低單位體積造腔成本。

表1 3種造腔方案各階段腔體體積Table 1 Volume of the cavity in each stage of the three cavity creation schemes

圖7 不同造腔時(shí)間下腔體體積變化曲線Fig.7 Cavity volume curves under different cavity making time

圖8給出了不同注水流量下排鹵濃度隨時(shí)間變化曲線。在相同造腔流量條件下,腔體內(nèi)所排出的鹵水濃度都隨著時(shí)間增加而升高,原因在于隨著造腔時(shí)間進(jìn)行,腔體內(nèi)壁面積增大,與鹵水接觸面積增加,溶解的鹽量增多,所以腔體內(nèi)鹵水濃度增加。該規(guī)律與工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也是相符的,在單直井造腔工程中,前期建槽過(guò)程的排鹵濃度要低于后期造腔過(guò)程的。初始階段,濃度隨時(shí)間增加很快,曲線較陡,之后由于腔內(nèi)鹵水濃度較高,溶解速度變慢,所以濃度變化率降低,曲線變平緩(圖8中5 mL/min曲線)。注水流量越小,腔體內(nèi)濃度越高,所排出鹵水濃度也越高,5 mL/min的濃度曲線最高,10、20、30 mL/min時(shí)的排鹵濃度依次降低,30 mL/min情況下排鹵濃度僅為5 mL/min的1/4。

圖8 不同注水流量下排鹵濃度隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Brine concentration curves under different water injection flow rates

圖9為不同流量下累積產(chǎn)鹽量隨時(shí)間變化曲線。產(chǎn)鹽量為排鹵濃度與排出鹵水體積的乘積。在試驗(yàn)中排鹵速率是接近恒定的,則產(chǎn)鹽量變化規(guī)律與排鹵濃度相符也是逐漸升高的,表明造腔后期的產(chǎn)鹽效率是更高的。同時(shí),產(chǎn)鹽量增加率逐漸變大,即斜率增大,表現(xiàn)為曲線出現(xiàn)向上的偏轉(zhuǎn),在20、30 mL/min情況下曲線偏轉(zhuǎn)更加明顯,原因在于流量越大排鹵濃度變化量越大,排鹵速率保持不變的同時(shí)累積產(chǎn)鹽量增加率變大。值得注意的是,排鹵濃度隨著造腔流量的增加而變小(圖9),但是累積產(chǎn)鹽量的曲線出現(xiàn)不同,5、10、20 mL/min的累積產(chǎn)鹽量隨流量的增加而增加,30 mL/min曲線則在20 mL/min曲線之下,原因在于由于產(chǎn)鹽量是排鹵濃度與排鹵體積的乘積,20 mL/min之前的鹵水濃度相差較小,因此隨著拍鹵流量的升高,產(chǎn)鹽量也變大;但是30 mL/min情況下鹵水的濃度過(guò)低,即使與較大的排鹵流量相乘也出現(xiàn)低于20 mL/min的情況。當(dāng)然這種情況僅在實(shí)驗(yàn)室小尺度情況下會(huì)出現(xiàn),在現(xiàn)場(chǎng)大尺度的造腔情況下,即使最大排量造腔,其排出的鹵水濃度也不至于降得很低,而導(dǎo)致累積產(chǎn)鹽量曲線變化。

圖9 不同注水流量下累積產(chǎn)鹽量隨時(shí)間變化曲線Fig.9 Cumulative salt production curves under different water injection flow rates

4 造腔工藝優(yōu)選

4.1 井底距離

雙井間的距離是造腔工藝中的一個(gè)重要參數(shù),它對(duì)造腔效率以及腔體形狀都有極其重要的影響。雙井間的距離直接影響腔內(nèi)鹵水濃度分布,最終決定溶腔效率和腔體形態(tài),需要依據(jù)地質(zhì)條件和造腔方案確定最優(yōu)的雙井間距。從腔體形態(tài)控制工藝角度來(lái)看,井距偏小可能導(dǎo)致井間對(duì)流及渦流,將影響腔體頂部油墊的控制[6]。當(dāng)注水流量一定,如果井距較小(低于10 m),注入淡水后含鹽量還沒(méi)有達(dá)到飽和就排出腔體,溶漓效率和溶腔擴(kuò)展速度就會(huì)受到嚴(yán)重影響;如果井距較大(超過(guò)30 m),飽和鹵水不能及時(shí)排出,溶漓效率也會(huì)大大降低[15],且進(jìn)水口會(huì)由于溶液濃度低而導(dǎo)致單邊腔體溶漓快,進(jìn)一步造成腔體不穩(wěn)定甚至坍塌[16-18]。較大和較小的雙井間距都不利于溶腔形態(tài)穩(wěn)定[9]。

由以往的室內(nèi)雙井采鹵模擬實(shí)驗(yàn)與鹽礦對(duì)井開采聲吶檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,井距較大時(shí),兩口井之間的通道水溶不發(fā)育,水平段鹽腔的腔體形狀控制成為難題[19]。此外,造腔井工藝也影響雙井間距的選擇。對(duì)于自然溶通法,兩口井的井距不宜過(guò)大,如湖北云應(yīng)小間距雙井水溶造腔現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)兩井間距約為15 m。所以設(shè)定雙井間距需要考慮腔體設(shè)計(jì)的最大直徑。法國(guó)TA &TB儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)最大直徑為90 m,雙井間距為10 m。對(duì)于預(yù)制水平對(duì)接井的雙井造腔法,制備小于10 m的水平對(duì)接井對(duì)于鉆井工程存在著一定的難度。對(duì)于薄鹽層,增大雙井間距有利于拓展腔體的水平范圍,形成更大的腔體體積。而對(duì)于某一實(shí)際雙井造腔工程,需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和造腔參數(shù)完成物理模型試驗(yàn)和造腔模擬,并考慮腔體形態(tài)、造腔效率等因素確定合適的井間距[20-21]。

4.2 注水流量

注水流量是控制溶腔發(fā)展速度的另一重要參數(shù)[22]。注入流量的選擇需要考慮三方面因素:滿足建腔技術(shù)要求,保證腔體形態(tài)達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo);需要使排出的鹵水濃度接近滿足鹽化工企業(yè)最低需求,降低水耗;保證管柱內(nèi)液體流動(dòng)的最優(yōu)工作狀態(tài),降低沿程摩阻保證低能耗[23]。從建腔角度考慮注入流量時(shí),需要考慮鹽的溶蝕速度(上溶溶蝕速度和側(cè)溶溶蝕速度)、側(cè)溶角、溶解壓力、擴(kuò)散系數(shù)、注水流態(tài)、流線分布、殘?jiān)鼛С雎实葏?shù)。造腔的注水流量存在上限和下限,上限可以是設(shè)備的最優(yōu)工作排量。當(dāng)腔體容積增大到一定量時(shí),應(yīng)加大注水流量,單井注水排量不超過(guò)150 m3/h,雙井不超過(guò)300 m3/h。

從鹵水處理角度考慮,中國(guó)鹵水需經(jīng)過(guò)鹽化工廠處理,一般要求鹵水濃度高于290 g/L,這要求排出的鹵水需要參與較長(zhǎng)時(shí)間鹽巖溶解,限制了注水流量。此外鹽化工廠的鹵水處理能力存在瓶頸,這限制了大排量造腔技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。采用雙井造腔工藝進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)建造,通常不需要造腔內(nèi)管,而是采用兩口井的造腔中間管進(jìn)行對(duì)流造腔。這時(shí),兩口井中的造腔內(nèi)管需要抽出,采用造腔中間管進(jìn)行注水和排鹵,中間管和生產(chǎn)套管中間填充保護(hù)液[24-25]。在中國(guó)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)傳統(tǒng)的單直井造腔工藝中,造腔內(nèi)管通常選用直徑為114.5 mm的套管,造腔中間管選用直徑為177.8 mm的套管。對(duì)于小間距雙井造腔可采用比單井更大尺寸的管柱,可采用直徑為177.8 mm或273.1 mm的套管,鹵水的處理排量可在100～250 m3/h。

5 結(jié)論

小間距雙井溶腔技術(shù)更適用于中國(guó)鹽層地質(zhì)條件,但該方法的關(guān)鍵造腔參數(shù)還沒(méi)有得到充分研究,還具有很大的發(fā)展前景。通過(guò)物理模型試驗(yàn)對(duì)雙井間距、注水流量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了探究。得出如下結(jié)論。

(1)雙井間距會(huì)直接影響腔體最終形態(tài)。井間距較小時(shí),腔體水平方向長(zhǎng)度小,沒(méi)有較好的利用水平空間;井間距較大時(shí),水平段的腔體溶解速度明顯降低,且腔體形態(tài)不規(guī)則,預(yù)制水平腔可以大大縮短建槽期時(shí)間,提高造腔效率。

(2)注水流量會(huì)影響腔體兩側(cè)的平衡性。在低注水流量下,鹵水濃度更高,水資源得到充分利用,但會(huì)導(dǎo)致注水端腔體頂面過(guò)高,影響腔體穩(wěn)定性;而在高注入流速條件下,鹵水濃度低,造腔效率高,腔體形態(tài)規(guī)則,但是需要消耗較多能源和淡水資源。

(3)雙井間距和注水流量均是造腔工藝中的重要參數(shù),對(duì)腔體形狀和造腔效率都有重要影響。如果井間距較小或注水流量過(guò)大,注入淡水后含鹽量還沒(méi)有達(dá)到飽和就排出腔體,溶漓效率和溶腔擴(kuò)展速度就會(huì)受到嚴(yán)重影響;如果井距較大或注水流量較小,飽和鹵水難以及時(shí)排出,排鹵效率會(huì)大大降低,且進(jìn)水口會(huì)由于溶液濃度低而導(dǎo)致單邊腔體溶漓快,進(jìn)一步造成腔體不穩(wěn)定甚至坍塌。就目前已有工程案例分析雙井距一般設(shè)定為20 m,但最優(yōu)雙井間距離需要基于地質(zhì)條件和其他造腔參數(shù),通過(guò)造腔物模試驗(yàn)和數(shù)值模擬進(jìn)行確定。