一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法与流程

本发明涉及石油与天然气地下储备技术领域，尤其涉及一种利用气体气垫实现造腔与储气同时进行的造腔方法。

背景技术：

随着科技的发展，盐穴的作用越来越为人所知，盐穴不仅可以用来战略储油，还可以存储天然气进行季节调峰，还可以开展盐穴压气蓄能等。盐穴的形状对盐穴的稳定性至关重要，经过若干年的发展，已经发展出可控的造腔技术。

现有技术中，造腔过程是从底部开始建槽，不断扩大盐穴体积，在此期间需要将管柱自下而上提升，并适时控制流量和管柱间距，至设计的腔体顶部，自下而上完成造腔。通常一个完整盐穴的造腔时间需要3-4年，甚至更长的时间，这样就无法在造腔过程中对腔体的体积进行利用，储气库投产所需时间较长。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，能够实现边注气边造腔，使得储气库投产时间大大提前。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，应用于建造盐穴储气库的腔体，所述腔体包括顶部腔体区域、中部腔体区域和底部腔体区域，所述方法包括：

在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管，通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域，其中，所述中间管的初始下放高度低于所述盐穴腔顶的预设高度，所述中心管的下放高度低于所述中间管的下放高度；

根据所述中部腔体区域的设计深度以及预设造腔步长，至上而下依次将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述中部腔体区域的目标造腔位置，在每个所述目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成所述盐穴的中部腔体区域的造腔，其中，所述注气造腔操作包括：向腔体内注入待存储气体，将气液界面控制在所述中间管上方的预设距离处，通过所述中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体直径达到预设直径范围；

将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对所述预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的底部腔体区域。

进一步的，所述通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域的步骤之后，以及所述根据所述中部腔体区域的设计深度以及预设造腔步长，至上而下依次将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述中部腔体区域的目标造腔位置，在每个所述目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成所述盐穴的中部腔体区域的造腔的步骤之前，所述方法还包括：从所述生产套管与所述中间管环隙注入阻溶剂，在腔体顶部形成一层保护层，以阻止往上溶蚀。

进一步的，所述阻溶剂为待存储气体。

进一步的，所述通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域的步骤，包括：通过正循环操作对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域。

进一步的，所述通过所述中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀的步骤，包括：通过正、反循环操作交替对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀。

进一步的，所述将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对所述预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的底部腔体区域之后，所述方法还包括：向所建成的腔体内注入所述待存储气体，排出所述腔体内剩余的卤水，以使得所述待存储气体充满整个所述腔体。

进一步的，所述在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管之前，还包括：在目标岩层钻井至盐穴腔底设计深度后，下入预设尺寸的生产套管，以进行固井。

进一步的，所述中间管的初始下放高度低于所述盐穴腔顶的预设高度1-2米。

进一步的，所述预设造腔步长为10米。

进一步的，所述待存储气体为天然气。

本发明实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，先在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管，通过中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成盐穴的顶部腔体区域；接着，至上而下依次将中间管和中心管下移至对应于中部腔体区域的目标造腔位置，在每个目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成盐穴的中部腔体区域的造腔；其中，注气造腔操作包括：向腔体内注入待存储气体，将气液界面控制在中间管上方的预设距离处，通过中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体直径达到预设直径范围；然后，将中间管和中心管下移至对应于底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成盐穴的底部腔体区域。这样就可以实现边注气边造腔，储气与造腔同时进行，使得储气库投产时间大大提前，改善了现有技术中储气库投产所需时间较长的技术问题。此外，以待存储气体作为阻溶剂，还有利于节省造腔成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法的步骤流程图；

图2示出了本发明实施例提供的钻井完成状态示意图；

图3示出了本发明实施例提供的自上而下溶蚀过程状态示意图；

图4示出了本发明实施例提供的注气完成状态示意图。

具体实施方式

现有技术中，造腔过程是从底部开始建槽，不断扩大盐穴体积，在此期间需要将管柱自下而上提升，并适时控制流量和管柱间距，至设计的腔体顶部，自下而上完成造腔。通常一个完整盐穴的造腔时间需要3-4年，甚至更长的时间，这样就无法在造腔过程中对腔体的体积进行利用，储气库投产所需时间较长。鉴于此，本申请实施例通过提供一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，能够有效地改善改善现有技术中储气库投产所需时间较长的技术问题。本申请实施例的技术方案总体思路如下：

在本发明实施例的技术方案中，在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管，通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域，其中，所述中间管的初始下放高度低于所述盐穴腔顶的预设高度，所述中心管的下放高度低于所述中间管的下放高度；根据所述中部腔体区域的设计深度以及预设造腔步长，至上而下依次将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述中部腔体区域的目标造腔位置，在每个所述目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成所述盐穴的中部腔体区域的造腔，其中，所述注气造腔操作包括：向腔体内注入待存储气体，将气液界面控制在所述中间管上方的预设距离处，通过所述中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体直径达到预设直径范围；将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对所述预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的底部腔体区域。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参考图1，为本发明实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法的方法流程图。本发明实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，应用于建造盐穴储气库的腔体，该腔体包括顶部腔体区域、中部腔体区域和底部腔体区域。所述方法包括：

步骤S101，在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管，通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域；

可以理解的是，在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管之前，还包括：在目标岩层钻井至盐穴腔底设计深度后，下入预设尺寸的生产套管，以进行固井。

图2示出了钻井完成状态示意图。如图2所示，在钻井固井完成后，从外向内在生产套管内依次下入中间管5和中心管4到钻井段2中的设计深度。生产套管、中间管5和中心管4会相对隔出三个空间。钻井段2中装有钻井饱和卤水3，钻井段2周围为盐岩层1，图2中用点填充区域表示盐岩层1。中心管4会用来排出卤水或注入清水，相应地，中心管4和中间管5的环空用来注入清水或排除卤水。由于实际造腔范围会略大于中心管口和中间管口，中间管5的初始下放高度低于盐穴腔顶的预设高度，而中心管4的下放高度低于中间管5的下放高度。在实际应用中，中心管4和中间管5的管口距离可以根据所建腔体的具体设计参数设置。

于本实施例的一种具体应用场景中，中间管5的初始下放高度低于盐穴腔顶的预设高度1-2米，而中心管4的下放高度低于中间管5的下放高度数米，如2米、5米或8米等。

例如，设计盐腔顶部深度为840m，底部深度为1000m，根据设计要求，在钻井时应钻至设计腔体底部设计位置，即1000m处。下入直径为244.5mm的生产套管固井后，再在套管内从外向内依次下入直径为177.8mm的中间管和直径为114.3mm的中心管。其中，中间管下入到顶板设计深度的下方两米处，即842m处，中心管下入到中间管的下方数米。

中间管5和中心管4下入完成后，开始进行顶部建腔。顶部建腔可以采用正循环操作，也可以采用反循环操作。其中，正循环操作是指：由中心管4注入清水，由中间管5和中心管4环空排出卤水；反循环操作是指：由中心管4和中间管5的环空注入清水，由中心管4排出卤水。

作为一种较佳的实施例，顶部建腔采用正循环操作。也就是说，上述通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域的步骤，包括：通过正循环操作对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域。使用正循环操作造腔，可以使得腔体顶部到腔体脖颈的形态比较平滑。

另外，为了抑制盐腔上溶，从而保护顶板，上述通过所述中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的顶部腔体区域的步骤之后，所述方法还包括：从所述生产套管与所述中间管环隙注入阻溶剂，在腔体顶部形成一层保护层，以阻止往上溶蚀。此后，再执行步骤S102。

需要说明的是，阻溶剂与腔内卤水的界面在中间管的管口之上。现有的造腔方法中，通常使用柴油作阻溶剂，在溶腔顶部形成一层油垫。柴油作为阻溶剂，成本较高，不易回溶，环保性差。作为一种实施方式，本实施例采用待存储气体作为阻溶剂。例如，所建盐穴用于存储天然气，则可以采用天然气作为阻溶剂，有利于节省造腔成本。

还需要说明的是，之所以不在进行顶部建腔之前就使用天然气阻溶，而是在腔体形成一定空间后，再注入天然气阻溶，是因为若在进行顶部建腔之前就使用天然气阻溶会容易形成比较尖锐的顶部形态，导致应力集中。

顶部建腔完成后，当前腔体6的溶蚀状态如图3(a)所示。需要说明的是，图3中的(a)、(b)和(c)图仅示出了腔体6的造腔区域溶蚀状态示意图，下方余下的钻井段2未示出。

步骤S102，根据所述中部腔体区域的设计深度以及预设造腔步长，至上而下依次将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述中部腔体区域的目标造腔位置，在每个所述目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成所述盐穴的中部腔体区域的造腔；

完成顶部建腔，即形成盐穴的顶部腔体区域后，再继续往下进行中部建腔。步骤S102中，注气造腔操作包括：向腔体内注入待存储气体，将气液界面控制在所述中间管上方的预设距离处，通过所述中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体直径达到预设直径范围。于本实施例的一种具体应用场景中，待存储气体可以为天然气。其中，预设直径范围根据实际需要设计，预设距离可以根据具体的应用场景进行调整。

可以理解的是，所建腔体的中部腔体区域的深度范围是预先设计好的。造腔步长根据腔体的设计尺寸以及生产套管、中间管以及中心管的具体尺寸等参数设置，具体可以根据实际情况调整。根据所建腔体的中部腔体区域的深度范围和造腔步长即可以得到中部建腔过程中间管和中心管需要下移的次数。例如，在本实施例的一种具体应用场景中，中部建腔过程的造腔步长可以为10米，中间管和中心管需要下移10次。

为了保证中部腔体区域的腔体直径较均衡，本发明实施例中，中部建腔过程具体可以采用正、反循环操作交替造腔。也就是说，步骤S102中的通过所述中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀的步骤，包括：通过正、反循环操作交替对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀。

具体来讲，中部建腔过程可以为：

步骤A：按照预设的造腔步长将中间管5和中心管4下移至目标造腔位置，如图3(b)所示。例如，造腔步长为10米，则将中间管5和中心管4均下移10米。

步骤B：从生产套管与中间管5环隙向腔体6内注入待存储气体7，将气液界面9控制在中间管5管口上方的预设距离处，如图3(b)所示。

步骤C：交替进行正、反循环操作，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体6直径达到预设直径范围，如图3(b)所示。

重复执行上述步骤A、B和C，直至完成盐穴的中部腔体区域的造腔。例如，中部建腔过程中间管和中心管需要下移的次数的10次，则需要执行10次上述步骤A、B和C。

完成中部建腔后，当前腔体6的溶蚀状态如图3(c)所示。继续进行底部建腔，即执行以下步骤S103。

步骤S103，将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对所述预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的底部腔体区域。

预先根据所建盐穴腔体的底部设计深度确定底部腔体区域的造腔位置。完成中部建腔后，继续将中间管和中心管下移至底部腔体区域的造腔位置，通过反循环操作对预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成盐穴的底部腔体区域。例如，当目标盐层埋深为800-1015m，且设计盐腔顶部深度为840m，底部深度为1000m时，底部腔体区域的造腔位置可以为960m深度处。

考虑到正循环操作可能会把盐层底部冲穿，本实施例中，底部腔体区域使用反循环操作造腔。反循环造腔可以防止冲穿盐层底部，并且还可以带走堆积在底部的沉渣。

底部建腔完成后，当前腔体6的溶蚀状态如图3(d)所示。此时，建腔已完成，腔体内大半体积被待存储气体7占据。继续开展注气排卤，将腔体6内剩余的卤水8排出，使得待存储气体7充满整个腔体6，如图4所示，实现腔体完全储气运营。也就是说，上述将所述中间管和所述中心管下移至对应于所述底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对所述预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成所述盐穴的底部腔体区域之后，本实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法还包括：向所建成的腔体内注入所述待存储气体，排出所述腔体内剩余的卤水，以使得所述待存储气体充满整个所述腔体。

另外，为了更清楚地理解本发明实施例的技术方案，下面将以一个具体的应用实例对本发明实施例提供的一种以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法进行示例性说明。

假设在云应地区建造需要建造一个体积约20万立方米的梨形腔体，目标盐层埋深800-1015m，用于存储天然气。设计盐腔顶部深度为840m，底部深度为1000m。此时，利用本实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法建腔的具体实施过程包括：

1、钻井完井步骤

根据设计要求，在钻井时应钻至设计腔体底部设计位置，即1000m处。下入直径为244.5mm的生产套管固井后，再在生产套管内从外向内依次下入直径为177.8mm的中间管和直径为114.3mm的中心管。其中，中间管下到顶板设计深度的下方两米处，即842m处，中心管在中间管的下方数米。

2、顶部建腔步骤

采用正循环操作进行顶部建腔，往中心管内注入清水，中间管和中心管环空排出卤水。腔体形成一定空间后，从生产套管与中间管环隙注入天然气，在腔体顶部形成一层保护层，阻止往上溶蚀。

3、中部建腔步骤

顶部腔体区域达到设计要求后，将进行中部腔体的溶蚀建腔，腔体中部主体建造步骤如下：

(1)将中心管和中间管下移至设定深度；

(2)注入天然气，扩大气垫体积，降低气液界面，至中间管以上一定位置；

(3)正反循环交替造腔，直至该深度处的腔体直径达到预设直径范围；

(4)重复步骤(1)，(2)，(3)，直到完成腔体的中部造腔；

在此过程中，每次管柱下移约10m，下移10次左右，根据实际情况可进行调整。中部溶蚀结束时，溶蚀底部位于980m处。

4、底部建腔步骤

继续将中间管和中心管下移至对应于底部腔体区域的预设造腔位置，如960m深度处，使用反循环造腔，对剩下的20米深进行溶蚀，使得盐腔底部深度达到1000m，即达到设计要求。

5、注气排卤步骤

建腔完成后，腔体内大半体积被天然气占据，开展注气排卤，通过生产套管与中间管环隙向腔体内注入天然气，将腔体内剩余的卤水排出，使得天然气充满整个腔体，实现腔体完全储气运营。

从上述过程可以看出，本实施例的整个实施过程一直以天然气作为阻溶剂，随着腔体往下溶蚀变大，天然气气垫量也越来越大，实现了储气与建腔同时进行的双益效果。

综上所述，本发明实施例提供的以气体为阻溶剂的自上而下式盐穴建腔方法，先在盐穴井口的生产套管内从外向内依次下入中间管和中心管，通过中间管和中心管注水排卤，对盐岩层进行溶蚀，形成盐穴的顶部腔体区域；接着，至上而下依次将中间管和中心管下移至对应于中部腔体区域的目标造腔位置，在每个目标造腔位置处，均执行预设的注气造腔操作，直至完成盐穴的中部腔体区域的造腔；其中，注气造腔操作包括：向腔体内注入待存储气体，将气液界面控制在中间管上方的预设距离处，通过中间管和中心管注水排卤，对该目标造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，直至该目标造腔位置处的腔体直径达到预设直径范围；然后，将中间管和中心管下移至对应于底部腔体区域的预设造腔位置，通过反循环操作对预设造腔位置处的盐岩层进行溶蚀，形成盐穴的底部腔体区域。这样就自上而下地完成了盐穴建腔，实现边注气边造腔，储气与造腔同时进行，使得储气库投产时间大大提前，几乎与造腔时间同步，可以节约3-4年的造腔时间，且储气库的库容是逐步升高的，改善了现有技术中储气库投产所需时间较长的技术问题。进一步的，采用待存储气体如天然气用作阻溶剂，可以节省大量柴油，经济效益好，储气库投产快。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。