一种用于储气库排卤增容的系统、管柱装置及其使用方法

本发明涉及盐穴储气库技术领域，具体涉及一种用于储气库排卤增容的系统、管柱装置及其使用方法。

背景技术：

目前我国建设的地下储气库中均为枯竭油气藏储气库和盐穴储气库，我国盐矿普遍表现为矿层多、夹层厚、埋层过浅等特点，缺乏适合建设盐穴储气库的优质盐矿资源，因此，对于已建成的盐穴储气库，应尽可能扩大其有效储存空间。

现场工程单位完成钻井工艺之后，为节省开支，撤走大型钻井设备，只剩下泵机、压缩机等中小型设备，建腔完成后，腔体的内部存在着空腔区域，卤水区域和不溶于水并且脱落的沉积区域，这些沉积物的物理特性较软，易被高压的水力冲散；由于夹层厚度以及地质等外界环境不同，导致水和不溶物层在腔体中所占有的容量为整个腔体的1/4-1/2，若能排除多余水，会增加储气库中10％-20％的储气量。

目前，对盐穴储气库储存特征情况进行分析，大部分盐穴储气库现场工程中，没有有效的将注水套管下入盐穴沉积层的工艺，导致储气库腔体内存在大量卤水，占据腔体容积。

从现有的盐穴储气库的现状来讲，因盐穴口与地层不溶物的距离不明确，在腔体中的水层无法判定，即使将套管下入盐穴储气库，大部分套管都停留在地层不溶物上部，无法将过多的液体抽走，从而减小了储气库中气体的储存量。比如将注水套管下入沉积层的工程中采用重锤法或旋转管柱的方法进入沉积层，由于岩土的摩擦系数较大，导致套管不能下入沉积层较深区域的位置，若沉积层厚度较深，则无法排除更深层的水量，无法最大限度地满足储存量，并且大大增加了套管在下入过程中的损耗。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种用于盐穴储气库排卤增容的系统、管柱装置及其使用方法，以使得能够让管柱装置方便进入更深层的沉积物中，从而可以排除更多的水量，更为有效地增大储存空间。

本发明首先提出一种用于盐穴储气库的管柱装置，所述管柱装置包括：

射流套管，其被配置为设有射流通道；

喷头，其包括喷射孔，该喷头设于所述射流套管的下端，其连通所述射流通道，该喷头被配置为具有打开和关闭两种状态；

筛孔部，其包括筛孔，设于所述射流套管的套管壁，该筛孔部被配置为具有打开和关闭两种状态，当其处于打开状态时，所述筛孔连通所述射流套管的射流通道与外部，当其处于关闭状态时，所述筛孔断开所述射流套管的射流通道与外部的连通。

根据本发明的一种实施方式，所述喷头还包括外壳，所述外壳上设有外孔，所述外壳被配置为能绕所述喷射孔旋转，所述外孔在所述外壳旋转至其中一种状态时与所述喷射孔连通。

根据本发明的一种实施方式，所述喷射孔设于所述射流套管上或者设于单独件上，该单独件与所述射流套管连接。

根据本发明的一种实施方式，所述筛孔部包括防砂筛管和密封滑套，所述防砂筛管的周壁上设有所述筛孔，所述密封滑套设于所述防砂筛管的周壁外或内，所述密封滑套被配置为能相对所述防砂筛管沿轴向滑动。

根据本发明的一种实施方式，所述防砂筛管为所述射流套管的一部分或与所述射流套管为分体件，该防砂筛管设置于所述射流套管的上下两段之间。

根据本发明的一种实施方式，所述喷射孔包括一组孔眼，优选为四个；所述筛管为烧结滤网筛管，过滤层由烧结滤网构成，过流面积大，强度高，具有耐冲击、耐腐蚀和较强的防堵能力，过流面积可达20％，防砂粒径在0.1mm以上。

本发明还提出一种使用所述用于盐穴储气库的管柱装置的方法，所述方法包括：

使所述筛孔部处于关闭状态，使所述喷头处于打开状态，通过所述射流通道注入液体，并使所述液体通过喷头喷出，以使所述喷头及管柱装置整体沿喷射方向移动；

使所述筛孔部处于打开状态，使所述喷头处于关闭状态，增大所述管柱装置所处环境的气压，使得所述筛孔部外的液体通过筛孔流入所述射流通道，并从所述射流通道的上端排出。

根据本发明的一种实施方式，通过遥控的方式控制所述喷头的外壳旋转，以使所述喷头处于打开状态或关闭状态。

根据本发明的一种实施方式，通过遥控的方式控制所述筛孔部的密封滑套沿轴向滑动，以使所述筛孔部处于打开状态或关闭状态。

本发明还提出一种用于盐穴储气库排卤增容系统，所述系统包括注气增压套管和所述的用于盐穴储气库的管柱装置，所述管柱装置与所述注气增压套管分别连通所述盐穴储气库，所述管柱装置被配置为对所述盐穴储气库进行喷射融化盐矿的液体及排液，所述注气增压套管被配置为向所述盐穴储气库注入气体，以增加所述盐穴储气库内的气压。

本发明还提出一种储气库排卤增容的方法，所述方法包括：将管柱装置与注气增压套管分别连通盐穴储气库，通过向所述管柱装置内注入液体以使所述管柱装置以喷射的方式向所述盐穴储气库底行进，并通过所述管柱装置射出的液体对所述盐穴储气库的盐矿进行融化，待盐矿融化后通过所述注气增压套管向所述盐穴储气库注入气体，以增加所述盐穴储气库内的气压，并通过所述管柱装置吸入融化的液体进行排液，从而达到对所述储气库排卤并增容的目的。

本发明可通过射流的方式让管柱装置进入更深层的沉积物中，从而可以排除更多的水量，进而更为有效地增大了储存空间，即增大了储气库的容积量，实现了扩容，对盐穴储气库的建设意义重大。

附图说明

图1a为已有向盐穴正循环注水的方式示意；

图1b为已有向盐穴反循环注水的方式示意；

图2为本发明一实施例盐穴储气库腔体主视半剖视结构示意图；

图3为本发明一实施例盐穴储气库腔体上设有管柱装置及注气层压套管的俯视结构示意图；

图4为本发明另一实施例管柱装置的结构示意图；

附图标号：

a、淡水注入口，b、卤水排出口，c、油或气垫层注入口，d、中间管，e、中心管，f、底坑；

1、盐穴储气库腔体，2、卤水层，3、不溶物层，4、射流套管，5、防砂筛管，6、密封滑套，7、喷头，8、注气层压套管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在以往的盐穴储气库中，在判断储气库的容积及底部位置时，通过如图1a所示正循环或如图1b所示反循环注水的方式，通过淡水注入口a将目标储气库内部注满卤水，等待盐溶物逐渐溶解，但仍有部分不溶于水的固体不溶物直接脱落至储气库底部，形成一层沉积层。等到储气库成腔时，通过油或气垫层注入口c以注气增压的方式进行注气并通过卤水排出口b排出卤水的作业工程，但是由于下入套管与沉积层之间存在一定距离，导致卤水不能够完全排除，储气库中从上至下同时存在气层、水层和不溶层。不溶层位于底坑f处。

上述方案中管柱装置可主要包括如图1a或1b所示的嵌套的中间管d和中心管e。

针对套管继续深入的工程方案中，打桩法相对普遍，打桩法就是运用锤击的方式，将套管以外力的作用垂直下入目标地层，但是由于锤击的力量和地层中土壤的摩擦阻力，导致此方法需要消耗大量的人力物力及财力。

鉴于采用重锤法或旋转管柱的方法使管柱装置进入沉积层时，由于岩土的摩擦系数较大，导致管柱装置不能下入沉积层较深区域的位置，本发明提出了一种采用喷射方式使管柱装置下沉的装置及系统及使用方法，也就是使得管柱装置本身可以注入高压液体，采用喷射液体的方式，使得高压液体冲击沉积层，在沉积层上形成孔体，管柱装置就可顺着形成的孔体下沉，从而能下至更深的区域，进而能通过管柱装置排出更多的盐穴储气库内的液体，该液体通常为水。

本发明首先提出一种用于盐穴储气库的管柱装置，所述管柱装置包括：

射流套管4，其被配置为设有射流通道；

喷头7，其包括喷射孔71，该喷头设于射流套管4的下端，其连通射流通道，该喷头7被配置为具有打开和关闭两种状态；

筛孔部，其包括筛孔51，筛孔部设于射流套管4的套管壁，该筛孔部被配置为具有打开和关闭两种状态，当其处于打开状态时，筛孔51连通射流套管4的射流通道与外部，当其处于关闭状态时，筛孔51断开射流套管4的射流通道与外部的连通。

当使筛孔部处于关闭状态，使喷头7处于打开状态时，通过射流通道注入液体，并使液体通过喷头7喷出，以使喷头7及管柱装置整体沿喷射方向移动；

当使筛孔部处于打开状态，使喷头7处于关闭状态时，增大管柱装置所处环境的气压，使得筛孔部外的液体通过筛孔51流入射流通道，并从射流通道的上端排出，就可将盐穴内的液体排出。

根据本发明的一种实施方式，喷头7还包括外壳或内套，外壳上设有外孔或内套上设有内孔，外壳或内套被配置为能绕喷射孔旋转，外孔或内孔在外壳或内套旋转至其中一种状态时与喷射孔71连通，使得可以通过喷射孔71喷射液体，如高压水；在其他状态，外壳或内套遮挡喷射孔71，使得无法通过喷射孔喷射液体。

根据本发明的一种实施方式，外壳或内套的旋转可通过电路控制模块控制电机驱动装置实现。

电机驱动装置可设置在管柱装置的上端(图上未示出)，其输出轴连接外壳或内套，电机旋转时带动外壳或内套相对射流套管4旋转，从而实现外壳或内套与喷射孔71的遮挡状态或连通状态。对于本领域技术人员来说，此种实现方式可通过现有技术来实现，故此处不再赘述。

当然，外壳或内套的旋转也可通过其他现有技术实现，上述方式不作为本发明的限制。

电路控制模块与电机驱动装置电连接。

电路控制模块的开关可设置在管柱装置上，或设计为遥控式的，可通过远程操作来控制管柱装置的动作。

根据本发明的一种实施方式，喷射孔71设于射流套管4上或者设于单独件上，该单独件与射流套管4连接。

根据本发明的一种实施方式，如图2所示，筛孔部包括防砂筛管5和密封滑套6，防砂筛管5上设有筛孔51，密封滑套6设于防砂筛管5外部或内部，密封滑套6被配置为能相对防砂筛管5沿轴向滑动。当密封滑套6滑离防砂筛管5一定距离时，密封滑套6不再遮挡筛孔51，从而筛孔51连通射流通道的内外，而当密封滑套6滑近防砂筛管5并遮挡住筛孔51时，密封滑套6将筛孔所在部位的射流通道密封，从而不能使得射流通道在此处与外部连通。

根据本发明的一种实施方式，密封滑套6的滑动可通过电路控制模块控制液压活塞装置上下往复运动来带动其实现。

通过液压活塞装置上下往复运动来带动密封滑套6滑动时，可通过电路控制模块控制进油管上的电动控制阀开启，进油管内的压力液通过压力液通道推动液压活塞下行，带动密封滑套6下行滑动，或者可通过电路控制模块控制回油管上的电动控制阀开启，压力液通过回油管路回流推动液压活塞上行，带动密封滑套6上行滑动。进油管、回油管、电动控制阀及液压活塞可设置在管柱装置上端。对于本领域技术人员来说，该种实现方式可通过现有技术来实现，故此处不再赘述。

当然，密封滑套6的滑动也可通过其他现有技术实现，上述方式不作为本发明的限制。

根据本发明的一种实施方式，防砂筛管5为射流套管4的一部分或与所述射流套管为分体件，该防砂筛管5设置于射流套管4的上下两段之间。

根据本发明的一种实施方式，喷射孔71包括一组孔眼，优选为四个。

根据本发明的一种实施方式，所述筛管为烧结滤网筛管，过滤层由烧结滤网构成，过流面积大，强度高，具有耐冲击耐腐蚀和较好的防堵能力，过流面积可达20％，能实现的防砂粒径在0.1mm以上。

如图4所示，该管柱装置的射流套管4上设有筛孔51和喷射孔71。

本发明还提出一种使用所述用于盐穴储气库的管柱装置的方法，所述方法主要包括：

使所述筛孔部处于关闭状态，使所述喷头处于打开状态，通过所述射流通道注入液体，并使所述液体通过喷头喷出，以使所述喷头及管柱装置整体沿喷射方向移动；

使所述筛孔部处于打开状态，使所述喷头处于关闭状态，增大所述管柱装置所处环境的气压，使得所述筛孔部外的液体通过筛孔流入所述射流通道，并从所述射流通道的上端排出。

根据本发明的一种实施方式，可通过遥控的方式控制喷头7的外壳或内套旋转，以使喷头7处于打开状态或关闭状态。当然也可通过管柱装置上设置的开关启动或关闭喷头。

根据本发明的一种实施方式，可通过遥控的方式控制所述筛孔部的密封滑套沿轴向滑动，以使所述筛孔部处于打开状态或关闭状态。当然也可通过管柱装置上设置的滑动按键滑动密封滑套。

本发明还提出一种用于盐穴储气库排卤增容系统，如图2、图3所示，该系统主要包括注气增压套管8和上述的用于盐穴储气库的管柱装置，管柱装置与注气增压套管8分别连通盐穴储气库，管柱装置被配置为对盐穴储气库进行喷射融化盐矿的液体及排液，注气增压套管8被配置为向盐穴储气库注入气体，以增加盐穴储气库内的气压。

本发明还提出一种储气库排卤增容的方法，所述方法包括：将管柱装置与注气增压套管分别连通盐穴储气库，通过向所述管柱装置内注入液体以使所述管柱装置以喷射的方式向所述盐穴储气库底行进，并通过所述管柱装置射出的液体对所述盐穴储气库的盐矿进行融化，待盐矿融化后通过所述注气增压套管向所述盐穴储气库注入气体，以增加所述盐穴储气库内的气压，并通过所述管柱装置吸入融化的液体进行排液，从而达到对所述储气库排卤并增容的目的。

本发明可通过射流的方式让管柱装置进入更深层的沉积物中，从而可以排除更多的水量，进而更为有效地增大了储存空间，即增大了储气库的容积量，实现了扩容，对盐穴储气库的建设意义重大。

实施例1

如图2、3所示，一种适用于储气库的喷射管柱装置，主要包括射流套管4，防砂筛管5，密封滑套6，含闭口性能的水力喷头7，其中密封滑套6用于开启和关闭防砂筛管5的使用。可通过水力喷射方式将管柱装置下入到盐穴储气库中的不溶物层3当中。当射流套管4稳定不再下降之后，通过另一井进行注气增压的方式，排出盐穴储气库腔体内多余的卤水，可有效增加腔体由于水量过多导致的容积变小的问题。

本实施方式一种通过水力喷射方式将管柱装置下入到盐穴储气库底层不溶物中的工艺流程，此工艺需以双井(一个井下放管柱装置，另一个井用于插入注气增压套管8)建腔，其中：

射流套管4，用来提供水力喷射的流体流动区域；

其中防砂筛管5安装在射流套管4壁上，密封滑套6用于开启和关闭防砂筛管5功能的使用，密封滑套6可通过电信号传输的方式被控制进行上下滑动，密封滑套6和防砂筛管5处于同一水平位置时，管壁内外两侧由于密封滑套的阻隔，水流无法进行连通流动，使射流套管4处于密封关闭状态，水流仅可沿管壁内部流动；当密封滑套6向上(或向下)滑动时，管壁内外两侧的阻隔被消除，安装在套管壁上的防砂筛管5使水可以流通于射流套管内外两侧，并同时进行防砂处理；

含闭口性能的四孔水力喷头7，水力喷头的外侧由可旋转的四孔密封外壳覆盖，通过旋转的方式实现密封特性，旋转方式可由电信号传输的方式进行实况控制操作，当水力喷头的密封外壳为0°时，密封外壳堵住水力喷头的喷射孔，达到密封特性，当其旋转90°时，密封外壳的四孔与四孔水力喷头连通，实现喷射特性。

进行下套管工艺技术，需要对管柱装置进行水力喷射，打开水力喷头7，关闭密封滑套6，进行水力喷射并将射流套管4下入盐穴储气库中的不溶物层3当中，当套管不再下降时，停止水力喷射，关闭水力喷头7。

进行注气加压排卤工艺技术，根据双井建腔原理，当射流套管4已经沉入地层不溶物层3当中，注气增压套管8开始进行注气加压准备排出卤水的工程作业方式；

关闭水力喷头7，将密封滑套6向上(或向下)移动，防砂筛管5的功能启用，腔体内多余的水及其较小直径的颗粒将会由于压力的作用沿着射流套管4内流动而被排出腔体，扩大了腔体的容积，故能够储存更多的天然气。

实施例2

在打桩法动力沉降过程中，桩内土塞达到一定深度，导致桩摩阻力增大，沉桩效率变低。而水射流的方法可降低桩体由于进入土层中所导致的摩阻力，扰动桩端土体，降低地层强度，使桩快速下沉至设计深度。因高压水的喷射力很强，各种土体都能很快松动，除较大的粗砂、砾石留在孔底外，一般土壤颗粒都能被高压水流冲散，实现高效率的沉桩过程。以下实验数据进一步证明了本发明采用方法的有效性。

表1不同射流压力下锤击数

tab.1hammeringnumberunderdifferentjetpressures

表1：无射流沉桩从0.35m至0.95m需要锤击数为263次，而在有射流辅助沉桩下，当压力为0.02mpa时，约186次锤击即可完成沉桩过程，当压力达到0.57mpa时，只需要大约113次。可见射流辅助沉桩条件下沉桩效率比无射流沉桩大大提高。

表2不同流量射流锤击数

tab.2hammeringnumberunderdifferentietflows

表2：沉桩0.60m从0.35m至0.95m，流量25l/min时需要锤击数为199次，而流量30l/min时需要锤击数为113次，二者相差86次。说明在模拟地层、喷头原理样机等条件均相同的条件下，加大流量所需锤击数较少，进而说明，在射流辅助沉桩过程中，如果地层较硬，可通过加大射流流量的方法来提高沉桩效率。

由此数据可分析得出，水力喷射的方法将会比打桩更容易下入地层深处。

以上所述仅为本发明的较佳实施方案，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；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。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。