《層狀鹽巖水平對(duì)接井水溶采鹵造腔技術(shù)規(guī)范》編制說明

2《層狀鹽巖水平對(duì)接井水溶采鹵造腔技術(shù)規(guī)范》編制說明【2023】中科促標(biāo)字第614號(hào)《關(guān)于開展<層狀巖鹽水平對(duì)接井水溶采鹵該標(biāo)準(zhǔn)依托國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目《鹽礦編號(hào)：51834003，2019年01月儲(chǔ)能設(shè)施的建設(shè)需求也與日俱增。地下鹽穴溶腔是三大巖良好的物理化學(xué)性質(zhì)（低孔隙度、低滲透率、優(yōu)良的），縮空氣及氫氣等能源介質(zhì)的儲(chǔ)存。我國地下鹽穴溶腔的術(shù)，該技術(shù)存在造腔速度慢、油墊污染鹵水、管柱排采鹽巖賦存地層多為層狀鹽巖地層，具有夾層多、鹽層薄容易發(fā)生夾層垮塌、管柱損毀、溶腔體積小、腔體畸形水平井采鹵技術(shù)是我國鹽礦企業(yè)適應(yīng)層狀鹽巖法依據(jù)相似理論，對(duì)照現(xiàn)場工程實(shí)際，搭建層狀鹽驗(yàn)平臺(tái)，開展不同造腔工藝下（流量、油墊、倒井3理采鹵造腔技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)文件。為指導(dǎo)水平井采本團(tuán)隊(duì)在地下鹽腔水溶造腔室內(nèi)物理模擬技豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和手段，水平對(duì)接井水溶采鹵造腔頂山、長山等地的層狀鹽巖鹽礦區(qū)域生產(chǎn)實(shí)踐，取同區(qū)域的地質(zhì)條件、造腔參數(shù)等各異，有必要出臺(tái)模擬技術(shù)的規(guī)范文件，用于指導(dǎo)層狀鹽巖水平對(duì)接層狀鹽巖地層中建造大體積水平溶腔的問題，助力推動(dòng)我國戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備、可再生能源利用、碳中和2023年8月15日-2023年8月302023年9月1日-2023年9月15日，標(biāo)準(zhǔn)制定工作組組織召規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)草案，經(jīng)過向社會(huì)公開征求意見后，編寫42023年11月，文本經(jīng)規(guī)范后形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，由中二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)，修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還包括修訂本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則則》的規(guī)定制定。在制定過程中，查閱了最先進(jìn)性。通過充分的科學(xué)試驗(yàn)論證，保證標(biāo)試驗(yàn)平臺(tái)，開展不同造腔工藝下（流量、油墊、倒井等增大側(cè)溶，確保大體積腔體底槽。在造腔前期需適進(jìn)一步增大，需要增補(bǔ)阻溶劑以保證阻溶劑厚5和排鹵的井管選擇影響了鹽腔內(nèi)鹵水的濃度場分布致注水側(cè)溶蝕鹽巖速度遠(yuǎn)大于排鹵側(cè)，注水側(cè)溶速兩側(cè)有序增長，保證腔體形狀的規(guī)則。聲吶是利用聲轉(zhuǎn)換和信息處理進(jìn)行導(dǎo)航和測距的技術(shù)，結(jié)合聲本標(biāo)準(zhǔn)制定的牽頭單位重慶大學(xué)自上世紀(jì)80年代就開始針對(duì)四川自貢地區(qū)鹽礦開采開展相關(guān)研究工作，鮮學(xué)福院士、李曉紅院士、姜德義教授等早期承擔(dān)的八五、九五攻關(guān)項(xiàng)目就是專門針對(duì)鹽礦高效開采，研究成果極大地提升上了企業(yè)的鹽礦回采率，積累了豐富的鹽礦開采經(jīng)驗(yàn)。近10年，申請(qǐng)人團(tuán)隊(duì)圍繞國家能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略需求，先后主持和參與國家973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，在鹽巖水溶造腔控制技術(shù)及災(zāi)害控制、鹽穴廢棄老腔利用、鹽穴大規(guī)模儲(chǔ)氫等方面做了系統(tǒng)的研究，取得了一系列代表性成果。項(xiàng)目參加人員長期在中國江蘇金壇、湖北云應(yīng)、四川自貢等鹽礦礦區(qū)從事該領(lǐng)域的研究和試驗(yàn)工作，與當(dāng)?shù)乜萍疾块T及鹽礦企業(yè)保持良好的合作關(guān)系。依托平臺(tái)重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)試驗(yàn)室（現(xiàn)改名為煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制全國重點(diǎn)試驗(yàn)室）于2011年獲科技部批準(zhǔn)建設(shè)，2013年和2018年通過兩輪科技部驗(yàn)收與評(píng)估，試驗(yàn)室主要從事煤礦動(dòng)力災(zāi)害的地質(zhì)表征與流體動(dòng)力學(xué)、煤巖體工程災(zāi)變力學(xué)、煤礦災(zāi)害預(yù)防與控制3個(gè)方向的研究。試驗(yàn)室用房面積1.1萬平方米，擁有各類相關(guān)儀器設(shè)備200余臺(tái)套，其中自主研發(fā)儀器設(shè)備20總體而言，團(tuán)隊(duì)在鹽礦水溶開采、鹽腔儲(chǔ)庫建造及利用、鹽穴大規(guī)模儲(chǔ)能等研究方向取得了顯著成果，先后在此領(lǐng)域獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)（深部鹽礦采鹵溶腔大型地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用），教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng)（復(fù)雜層狀鹽巖水溶采礦災(zāi)變控制及溶腔綜合利用），教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)（鹽巖大面積連通井組開采背景狀態(tài)及其工作數(shù)據(jù)庫的研究）。發(fā)表相關(guān)SCI/EI檢索論文近100篇，申請(qǐng)發(fā)明專利30余項(xiàng)，獲軟件著作權(quán)2項(xiàng)，出版專著2部。項(xiàng)目組主要成員具有良好的理論基礎(chǔ)、試驗(yàn)?zāi)芰ΓL期開展室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)積累了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，形成了一系列規(guī)范完備的室內(nèi)物理模擬技水平井鹽腔建造過程位于地下，腔體形態(tài)擴(kuò)展論中的量綱分析法建立現(xiàn)場原型與室內(nèi)物理模擬6水流量等。同時(shí)，由實(shí)際夾層（通常為鈣芒硝、泥巖等力學(xué)參數(shù)確定夾層相似材料的配比，壓制符合模擬要求試驗(yàn)平臺(tái)。開展不同造腔工藝下大尺寸型鹽水平對(duì)接井但不限于：井口距、井深、阻溶劑類型、注水流量、進(jìn)藝下腔體形態(tài)擴(kuò)展、排鹵濃度變化等規(guī)律，揭示不同造三、試驗(yàn)驗(yàn)證的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益、社鹵水的濃度C、溫度T、注水流量q。其中l(wèi)、t、幼、T分別為長度、時(shí)間、濃度及溫度這四個(gè)基本量綱。本規(guī)范試驗(yàn)中需要確定的物理量為注水流量q，其與各參數(shù)間的關(guān)系式可表πkl=lplm7kqktkpklklkc 對(duì)比現(xiàn)場造腔原型與室內(nèi)物理模擬模型的各項(xiàng)參數(shù)，獲得模擬試驗(yàn)所需材料的鹽巖密度、幾何尺寸、溶解速率等參數(shù)的相似比，繼而推導(dǎo)出造腔時(shí)間、注水流量等需要研究的3)率/(g.cm-2.h-/(g.mL-1)――31試件選用巴基斯坦喜馬拉雅山區(qū)鹽粉壓制的含夾層大尺寸型鹽，試件長、寬、高尺寸分別為730mm×340mm×410mm，如圖1所示。采用自主設(shè)計(jì)的大尺寸型鹽壓制模具，以夾層材料選用與現(xiàn)場夾層性質(zhì)接近的材料，添加適量增稠、粘合劑，本文中選用鹽粉、水5型鹽壓制步驟：采用自主設(shè)計(jì)的大尺寸型鹽壓制模具，以原型所處地應(yīng)力大小的力σv8為研究層狀鹽巖水平對(duì)接井水溶采鹵造腔的腔體擴(kuò)展規(guī)律，搭建了如圖2所示的室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)平臺(tái)，包括淡-鹵水注采系統(tǒng)、管柱系統(tǒng)、阻溶劑注采系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先將型鹽表面打磨平整，再依據(jù)現(xiàn)場鉆井排布參數(shù)（井間距、井深等），在型鹽表面鉆出垂直井、斜井等鉆槽，兩井底部以水平鉆槽連接。在鉆出的槽內(nèi)放入了注水、排鹵及阻溶劑注采等管柱，管柱內(nèi)徑為3.3mm。采用環(huán)氧樹脂膠對(duì)井口及模型四周進(jìn)行密封以備用。通過注油管向槽內(nèi)加入油，作為試驗(yàn)過程中的油墊。用橡膠軟管連接流量計(jì)和注水管，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制水平井水溶造腔過程中的注水流量。在玻璃面的前面架設(shè)了一臺(tái)索尼高清攝像機(jī)，用于記錄水平井水溶造腔過程中腔體的擴(kuò)展動(dòng)態(tài)。為了使腔體輪廓的擴(kuò)展過程更加明顯，不時(shí)通過染色示蹤法對(duì)腔體輪廓進(jìn)行染色標(biāo)記，所用染料不能影響鹽腔壁本試驗(yàn)主要根據(jù)現(xiàn)場水平井采鹵造腔工藝特征進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究不同造腔工藝下腔體形態(tài)的變化特征、輪廓擴(kuò)展規(guī)律及排鹵濃度特征。對(duì)影響水平井水溶造腔腔體擴(kuò)展的注水流量、倒井、阻溶墊層等因素進(jìn)行研究。水平井水溶造腔是一個(gè)復(fù)雜的過程，將受9到眾多因素的影響，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量保障其它參數(shù)一致，而對(duì)研究的主要參數(shù)設(shè)計(jì)開展不同以注水流量對(duì)腔體擴(kuò)展的影響為例開展模擬試驗(yàn)研究，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了5組不同注水流量水平：10mL/min、20mL/min、30mL/min，分別對(duì)應(yīng)現(xiàn)場注水流量為80m3/h、160m3/h、在研究某一因素對(duì)水平井水溶造腔腔體擴(kuò)展影響時(shí)，需要消除其他因素的影響，所以(1)選取滿足試驗(yàn)要求的型鹽鹽磚，選取的鹽磚需要保證雜質(zhì)較少且沒有大的裂紋。對(duì)選取的鹽磚進(jìn)行手工打磨處理，主要對(duì)貼玻璃鹽磚面進(jìn)行重點(diǎn)打磨，使表面的平整度能(2)對(duì)鹽磚進(jìn)行開槽處理，開槽采用手工鉆機(jī)，鉆頭直徑為8mm，形成“U”型槽。在表面膠水涂得過少，密封性得不到保障，表面膠水用得過多，會(huì)使槽被膠水給填充，影響(4)待環(huán)氧樹脂膠干燥后，將帶有橡膠塞的進(jìn)水管和排鹵管插入槽內(nèi)并密封，進(jìn)一步檢查試驗(yàn)平臺(tái)的密封性?？上虿蹆?nèi)注入飽和鹵(5)密閉性符合要求后，選定試驗(yàn)參數(shù)，開始造腔模擬試驗(yàn)。首先向槽內(nèi)注入適量阻溶劑，厚度2cm左右。然后用橡膠管連接儲(chǔ)水池、轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及內(nèi)置排采管柱，開啟流量計(jì)，調(diào)到試驗(yàn)流量，開始造腔。前期每隔10min測量排鹵口的鹵水濃度以及用攝像機(jī)記(6)造腔前期適當(dāng)增加注水流量，開展目標(biāo)鹽層的溶蝕及鹽穴腔體的建造，此時(shí)鹽巖溶蝕區(qū)域主要集中在斜井一側(cè)。密切關(guān)注阻溶劑-鹵水界面變化，及時(shí)增補(bǔ)阻溶劑，保持轉(zhuǎn)換為直井注水，斜井排鹵，此時(shí)鹽巖溶蝕區(qū)域主要集中在直井一側(cè)。可進(jìn)一步加大注水流量同時(shí)密切關(guān)注排鹵濃度變化，確保排鹵濃度達(dá)到企業(yè)鹵水要求290g/L，及時(shí)調(diào)整注水(8)造腔后期時(shí)，在腔體兩端形態(tài)擴(kuò)展完全之后，腔體中部仍存在明顯的“水平不溶段”區(qū)域，此時(shí)應(yīng)通過倒井、增加注水流量、壓低油/氣水界面等方法，進(jìn)一步對(duì)腔體水如圖3為水平對(duì)接井排鹵口排出鹵水瞬時(shí)濃度，通過實(shí)驗(yàn)過程中定時(shí)對(duì)排鹵口鹵水的瞬時(shí)濃度進(jìn)行測量得到。造腔過程中，進(jìn)入新的造腔階段或采用新的造腔工藝后的0-30min，每隔10min測量一次排鹵口鹵水濃度，此后，腔體溶解趨于穩(wěn)定，改為每30min測水平對(duì)接井水溶造腔過程中鹵水濃度隨造腔時(shí)間的變化規(guī)律和單井水溶浩腔工藝類似，即由圖3可以看出，第一階段（造腔前期）鹵水濃度迅速攀升至接近飽和濃度；第二階段（造腔中期）采用倒井工藝后，排鹵濃度穩(wěn)定升高到飽和，接著增加注水流量后，出現(xiàn)排鹵濃度出現(xiàn)較大的回落，腔體溶解穩(wěn)定后，濃度迅速升高；第四階段（造腔末期）的鹵造腔實(shí)驗(yàn)過程中的鹵水濃度是一個(gè)極其重要的參數(shù)，它整體反應(yīng)了造腔各階段的大致狀態(tài)。造腔前期，其腔體體積較小，可溶的溶蝕面積有限，所以導(dǎo)致排鹵口的鹵水平均濃度偏低，但造腔前期鹽巖的溶蝕速率較快，所以排鹵口的鹵水平均濃度增長也較快。到了造腔后期，溶腔內(nèi)的鹵水整體濃度偏高，此時(shí)抑制了鹽巖的溶蝕速率，另外排鹵管口也向圖4為層狀鹽巖水平對(duì)接井水溶造腔過程中不同時(shí)段的腔體輪廓擴(kuò)展圖，由圖中可以發(fā)現(xiàn)：在建槽期(0～25h)和造腔前期(25h～50h)階段，采用較低的注水流量（10mL/min）由斜井注水，直井排鹵，水平井腔體擴(kuò)展主要發(fā)生在斜井端，而直井端溶腔擴(kuò)展較少；造腔中期(50h～80h)時(shí)，采用倒井工藝，由直井注水，斜井排鹵，此時(shí)腔體擴(kuò)展主要集中在直井端，同時(shí)，斜井端排鹵濃度完全飽和，斜井端腔體擴(kuò)展幾乎停滯。在造腔后期(80h~110h)，采用較大注水流量30mL/min，相當(dāng)于現(xiàn)場240m3/h，流量加大后水平段的溶解非在造腔末期階段(110h～130h)排出鹵水濃度能穩(wěn)定保持在飽和濃度附件。特別需要注意的是在造腔后期階段由于加大了流量，濃度稍微降低，接著適當(dāng)減小流量，明顯發(fā)現(xiàn)濃度有所上升，整個(gè)階段濃度都較高，說明兩井連通后可以通過降低流量來提高造腔濃度；造腔中后期液面開始淹沒泥巖夾層，井底慢慢出現(xiàn)泥巖夾層的塊狀垮落物，證明水溶造腔過程由圖4可知，水平對(duì)接井水溶溶腔的擴(kuò)展規(guī)律大致為：在斜井和直井兩端溶腔向水平方向擴(kuò)展，由于造腔開始階段為斜井注淡水，直井排鹵水，因此斜井端腔體擴(kuò)展較快。且在造腔15h時(shí)，夾層出現(xiàn)軟化坍塌，腔底出現(xiàn)殘?jiān)恋?。增加注水流量和升高阻溶劑界面后，腔體擴(kuò)展明顯加快，進(jìn)行倒井操作后，腔體擴(kuò)展側(cè)改變，適當(dāng)采用該工藝可使腔體最層狀鹽巖水平對(duì)接井采鹵造腔過程中，主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)有：采鹵過程中的排鹵濃度、腔體采鹵造腔效率及最終的腔體形態(tài)。為滿足企業(yè)正常的生產(chǎn)需求，采鹵過程中鹵水的濃度不應(yīng)低于290g/L。建造一個(gè)體積106m3的腔體，時(shí)間不應(yīng)超過5-7年。最終水平溶腔的形狀應(yīng)符合兩頭寬、中間窄的馬鞍形腔體，腔四、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的對(duì)比情況，或者與測試無五、以國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國際國外標(biāo)準(zhǔn)，并說明未采用國際標(biāo)準(zhǔn)的原因無六、與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系無七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)無說明：編