一种后退式水平井水溶造腔的方法

1.本发明涉及盐腔技术领域，更具体地说，它涉及一种后退式水平井水溶造腔的方法。


背景技术：

2.为解决日益严重的能源危机，建立能源战略储备势在必行，而建造地下盐穴储备库是能源战略储备工作中最重要的一环，盐岩地下储库具有储存量大、调峰速度快、安全经济等优点，如今已是国际公认的天然气及石油等战略能源最佳的地下储存场所，并得到了广泛的发展。
3.现有造腔技术中，较之单井造腔，双井水平连通井组水溶造腔具有造腔周期短、溶腔体积大等诸多优点，目前已在我国快速发展，但双井水平连通井组水溶造腔中的两井间距大，现场工作和模型实验表明造腔过程中存在“注哪溶哪”、“中间难溶”等不利现象，对盐矿资源利用、溶腔体积大小、腔体形状规范、储库安全稳定等造成不良影响，且地层深处蠕变会对水平井造成影响，下管时存在安全隐患。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中所存在的上述缺陷，本发明提供了一种后退式水平井水溶造腔的方法，考虑了地层深处蠕变对水平井的影响，通过数值模拟可以精确计算出下管的直径，预留了安全距离；通过流速和流量的控制可以计算出溶解水平井的天数，对实际工程具有一定的指导意义；氮气阻溶水液界面控制水位，环境友好，可直接向大气排放，不可燃可爆，安全性高，同时能够降低造腔成本；充分利用地下水平段的盐岩溶腔空间，有效提高盐矿的回采率，拓宽了溶腔体积，能储备更多能源。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种后退式水平井水溶造腔的方法，包括以下步骤：
6.s1、分别钻两直井到目标地层，再钻一水平井眼连通两直井，并在两个直井内分别布设第一中心管和第二中心管，第一中心管和第二中心管分别设有阀门一和阀门二；
7.s2、在水平井内布设第三中心管，第三中心管与第二中心管相连通，水平井会在地应力的压力下发生蠕变，设水平井蠕变后的高度为d1，第三中心管的直径为d2，则d2≤0.7d1；
8.s3、下管后立马注水，开始溶解水平井，具体包括以下步骤：
9.第一阶段：关闭阀门二，从第一中心管进水，经第三中心管的环管部分后从第二中心管的环管部分出水，将流量控制为层流；
10.第二阶段：打开阀门二，从第二中心管进水，第一中心管出水；
11.第三阶段：关闭阀门二，第二中心管的环管部分进水，经第三中心管的环管部分后从第一中心管出水；
12.s4、重复步骤s3至完成建槽，建槽完成后的水平通道连通两直井；
13.s5、建槽完成后开始后退造腔，包括以下步骤：
14.a、淡水由第三中心管的管口流出，溶解其上方覆盐，一段时间后完成第一阶段的溶解造腔；
15.b、后退第三中心管的出水口位置，在距离上一次造腔时第二中心管出水口位置的0.7d～0.9d的地方形成新的出水口，再次开始造腔过程，其中d为从第三中心管出水口排出的淡水能溶解区域的最大水平直径；
16.c、重复步骤b，直至完成整个造腔过程。
17.进一步的，水平井部分溶解时使用氮气阻溶水液界面控制，同时布置光纤传感器监测控制页面。
18.进一步的，步骤s3中层流状态下的流速公式为：
[0019][0020]
式中，r为管轴中心到自由页面的距离；r0为排水管内径，ρ为液体密度；i为排水管坡度；μ为液体的粘滞系数。
[0021]
进一步的，蠕变后水平通道的高度d1可利用数值模拟进行分析后通过flac
3d
软件嵌入盐岩蠕变本构模型进行计算。
[0022]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0023]
(1)考虑了地层深处蠕变对水平井的影响，通过数值模拟可以精确计算出下管的直径，预留了安全距离；
[0024]
(2)通过流速和流量的控制可以计算出溶解水平井的天数，对实际工程具有一定的指导意义；
[0025]
(3)氮气阻溶水液界面控制水位，环境友好，可直接向大气排放，不可燃可爆，安全性高，同时能够降低造腔成本；
[0026]
(4)充分利用地下水平段的盐岩溶腔空间，有效提高盐矿的回采率，拓宽了溶腔体积，能储备更多能源。
附图说明
[0027]
图1是本发明实施例中一种后退式水平井水溶造腔的方法的示意图；
[0028]
图2是本发明实施例中水平井的蠕变示意图；
[0029]
图3是本发明实施例中后退造腔时第三中心管的出水口位置后退0.7d～0.9d的造腔过程示意图；
[0030]
图中：1、第一中心管；2、第二中心管；3、第三中心管；4、盖层；5、盐岩层；6、第一套管；7、第二套管；8、阀门一；9、阀门二；10、腔体。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
[0032]
实施例：一种后退式水平井水溶造腔的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0033]
s1、分别钻两直井到目标地层，再钻一水平井眼连通两直井，并在两个直井内分别布设第一中心管和第二中心管，第一中心管和第二中心管分别设有阀门一和阀门二；
[0034]
在本实施例中，第一中心管和第二中心管的管径均限定为9.5寸。
[0035]
s2、在水平井内布设第三中心管，第三中心管与第二中心管相连通，水平井会在地应力的压力下发生蠕变，设水平井蠕变后的高度为d1，第三中心管的直径为d2，则d2≤0.7d1；
[0036]
如图2所示，是本实施例中水平井的蠕变示意图，其中，假设水平井最初溶解后的直径为外面的实线圆的直径，在下管完成后，水平井会在蠕变作用下缩小，缩小后水平井的直径如图2中虚线圆的直径。
[0037]
由于水平井所处的位置在岩层伸出，地层压力较大，而水平井溶解需要一定时间，一般为1-2天，在此期间内，地层会在地应力的压力下发生蠕变，导致水平井在蠕变的作用下收缩，因此可以利用数值模拟进行分析，用flac
3d
软件嵌入盐岩蠕变本构模型进行计算蠕变后水平通道的高度，从而限定第三中心管的直径，预留足够的安全距离。
[0038]
s3、下管后立马注水，开始溶解水平井，具体包括以下步骤：
[0039]
第一阶段：关闭阀门二，从第一中心管进水，经第三中心管的环管部分后从第二中心管的环管部分出水，将流量控制为层流；
[0040]
第二阶段：打开阀门二，从第二中心管进水，第一中心管出水；
[0041]
第三阶段：关闭阀门二，第二中心管的环管部分进水，经第三中心管的环管部分后从第一中心管出水；
[0042]
值得一提的是，此处的环管部分指的是中心管与井壁之间的部分。
[0043]
水平井部分使用氮气阻溶水液界面控制，通入氮气，将页面高度控制在一定范围内，气体压力越大水位越低，同时布置光纤传感器监测控制页面；
[0044]
利用圆管流模型，层流状态下的流速公式为：
[0045][0046]
式中，r为管轴中心到自由页面的距离；r0为排水管内径，ρ为液体密度；i为排水管坡度；μ为液体的粘滞系数。
[0047]
通过上述流速公式，计算溶解天数，对实际工程具有指导意义。
[0048]
s4、重复步骤s3至完成建槽，建槽完成后的水平通道连通两直井；
[0049]
s5、建槽完成后开始后退造腔，包括以下步骤：
[0050]
a、淡水由第三中心管的管口流出，溶解其上方覆盐，一段时间后完成第一阶段的溶解造腔；
[0051]
b、后退第三中心管的出水口位置，在距离上一次造腔时第二中心管出水口位置的0.7d～0.9d的地方形成新的出水口，再次开始造腔过程，其中d为从第三中心管出水口排出的淡水能溶解区域的最大水平直径；如图3所示，图3b是在图3a的基础上将第三中心管的出水口位置退后0.7d～0.9d的地方形成新的出水口后的造腔示意图。
[0052]
c、重复步骤b，直至完成整个造腔过程。
[0053]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种后退式水平井水溶造腔的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、分别钻两直井到目标地层，再钻一水平井眼连通两直井，并在两个直井内分别布设第一中心管和第二中心管，第一中心管和第二中心管分别设有阀门一和阀门二；s2、在水平井内布设第三中心管，第三中心管与第二中心管相连通，水平井会在地应力的压力下发生蠕变，设水平井蠕变后的高度为d1，第三中心管的直径为d2，则d2≤0.7d1；s3、下管后立马注水，开始溶解水平井，具体包括以下步骤：第一阶段：关闭阀门二，从第一中心管进水，经第三中心管的环管部分后从第二中心管的环管部分出水，将流量控制为层流；第二阶段：打开阀门二，从第二中心管进水，第一中心管出水；第三阶段：关闭阀门二，第二中心管的环管部分进水，经第三中心管的环管部分后从第一中心管出水；s4、重复步骤s3至完成建槽，建槽完成后的水平通道连通两直井；s5、建槽完成后开始后退造腔，包括以下步骤：a、淡水由第三中心管的管口流出，溶解其上方覆盐，一段时间后完成第一阶段的溶解造腔；b、后退第三中心管的出水口位置，在距离上一次造腔时第二中心管出水口位置的0.7d～0.9d的地方形成新的出水口，再次开始造腔过程，其中d为从第三中心管出水口排出的淡水能溶解区域的最大水平直径；c、重复步骤b，直至完成整个造腔过程。2.根据权利要求1所述的一种后退式水平井水溶造腔的方法，其特征在于，水平井部分溶解时使用氮气阻溶水液界面控制，同时布置光纤传感器监测控制页面。3.根据权利要求1所述的一种后退式水平井水溶造腔的方法，其特征在于，步骤s3中层流状态下的流速公式为：式中，r为管轴中心到自由页面的距离；r0为排水管内径，ρ为液体密度；i为排水管坡度；μ为液体的粘滞系数。4.根据权利要求1所述的一种后退式水平井水溶造腔的方法，其特征在于，蠕变后水平通道的高度d1可利用数值模拟进行分析后通过flac
3d
软件嵌入盐岩蠕变本构模型进行计算。

技术总结
本发明涉及盐腔技术领域，公开了一种后退式水平井水溶造腔的方法，考虑了地层深处蠕变对水平井的影响，通过数值模拟可以精确计算出下管的直径，预留了安全距离；通过流速和流量的控制可以计算出溶解水平井的天数，对实际工程具有一定的指导意义；氮气阻溶水液界面控制水位，环境友好，可直接向大气排放，不可燃可爆，安全性高，同时能够降低造腔成本；充分利用地下水平段的盐岩溶腔空间，有效提高盐矿的回采率，拓宽了溶腔体积，能储备更多能源。能储备更多能源。能储备更多能源。


技术研发人员：梁五星 杨帆 程功 郭玉平 袁华宁 李新奇 史永飞 马张彬 梁飞飞 孙国宏 范金洋 郭朋煜 唐璐宣
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/12