盐岩不溶物对储气库成腔影响

杜新伟

（中国石油西气东输管道公司，江苏镇江212028）

盐岩不溶物对储气库成腔影响

杜新伟

（中国石油西气东输管道公司，江苏镇江212028）

我国盐岩普遍存在不溶物含量高，泥岩夹层多的特点，如何合理地处理溶腔过程中不溶夹层对腔体形状的影响是当前盐穴储库建库的关键。通过对盐岩沉积环境以及金坛储气库3口井成腔分析，研究了盐岩不溶含量及夹层分布不同的情况下腔体形状发展特点及出现的问题，对其他盐穴储库的建设具有借鉴意义。

不溶物；储气库；腔体形状

随着我国天然气需求的日益增加，储气库在天然气需求调峰和应急的作用愈加重要。但我国在建或将要建设的盐穴储气库，存在盐岩具有层状分布、泥质夹层较多、不溶杂质含量较高的特点，这也是目前国内盐穴储气库普遍存在的情况。不溶夹层的存在，降低了盐层成腔效率，增加能耗，同时不溶夹层对溶蚀速率的影响也会导致腔体形状的不规则。盐层不溶夹层对盐穴储气库成腔影响的研究对加快我国盐穴储气库建设，提高有效库容具有重要的意义。

1 地质情况

盐岩沉积为淡水环境下的蒸发岩沉积，主要受水体盐度控制。气候炎热干燥时，蒸发量大于淡水补给量，沉积水体萎缩，盆地周缘水流影响小，陆源碎屑少，水体盐度高，利于盐岩的沉积，这时沉积的盐岩相对厚而质纯，泥质含量相对低；当气温低、蒸发量小于淡水补给量时，沉积水体扩张，盆地周缘水流影响大，陆源碎屑多，水体盐度相对低，这时沉积的盐岩相对薄而质杂，泥质含量相对高，且往往盐岩与泥岩互层，泥岩具有水平层理或者波状层理。气候炎热时，也会出现由于短时期的暂时性水流形成泥岩层，这一类泥岩层多为棕红色，具有泥裂等暴露环境下的沉积特征，裂缝多被次生盐充填（见图1）。

我国在建储气库多为夹层盐岩矿床，如金坛地区盐岩NaCl含量较高，属于高品位工业盐层，盐岩矿床不论品位多高，都普遍存在着水不溶物，主要分布在盐岩层内及夹层中。金坛盐矿中，夹层主要由泥岩、盐质泥岩、含钙芒硝泥岩组成，所含水不溶物占85%以上，泥质夹层中含有大量蒙脱石、伊利石、蒙脱石绿泥石混层等黏土矿物，并且盐岩含量很少，基本都是低含盐率的泥质夹层。这些黏土矿物具有遇水软化膨胀特性，也是造腔过程中泥质夹层溶蚀破坏的重要诱因[1]。对于盐岩层，一般水不溶物在14%左右。

图1 盐岩沉积模式剖面示意图

2 盐层成腔效率的影响

图2 声纳测量边界与真实溶蚀边界

在盐层中建腔时，盐岩中的不溶物沉积到腔体底部，掩埋掉先前形成的有效体积（见图2）。假设盐岩中平均不溶物含量为a，不溶物遇水膨胀，蓬松系数为b，则形成的腔体有效体积VC和溶掉的原盐岩体积VS的关系为：

金坛地区盐层相对较好，一般原盐岩不溶物含量为15%，不溶物蓬松系数为1.9，即每溶掉1 m3原盐岩，仅能形成0.715 m3有效腔体。我国某些盐矿盐岩中不溶含量达到30%，如建造储气库，形成的有效腔体大部分被沉积的不溶物埋掉。

3 腔体形状的影响

造腔盐层中多个不溶夹层的存在会将流场分割，造腔时影响流体沿着腔壁上返使卤水流速变缓，大大减慢盐岩溶蚀的速度，不利于腔体形状的控制，导致水溶造腔进展缓慢[2]。

一般单个较薄夹层在造腔过程中，随着卤水的浸泡软化以及下部盐岩的溶解，在自身重力的作用下发生垮塌，在多夹层盐层造腔过程中，单个较薄夹层的垮塌属于正常现象，如造腔管柱合理放置，薄夹层对腔体最终形状较小。但较厚夹层一般较难发生垮塌，对腔体形状较大。一般厚夹层出现的深度，腔体容易出现盐脊。李建君[3]定义了盐穴的不规则性-畸变系数：

其中：Di-盐穴某一深度某一方向上的直径；D¯-盐穴在某一深度算术平均直径；n-盐穴某一深度参与统计的直径数。一般情况下，不溶夹层存在多的深度腔体的畸变系数较大，对于纯盐岩腔体的畸变系数较小。

金坛储气库多夹层盐岩分布及造腔情况[3，4]（见图3～图5），A井平均不溶物含量约为18%，存在较多不溶夹层，由图3知，腔体向正北溶蚀缓慢，向正南方向溶蚀较快，分析由于1 044 m～1 046 m处夹层未及时垮塌，腔体在1 045 m处形成“岩脊”，腔体形状发展出现不规则，1 046 m处正南方向腔体半径突然增大，大块盐岩悬空。“岩脊”的存在以及1 046 m处盐岩的悬空对后期注气排卤以及腔体稳定性都会产生隐患，注气排卤时“岩脊”处盐岩垮塌可能会砸弯管柱。

图3 A井相邻两次声纳形状及不溶物分布

图4 B井相邻两次声纳形状及不溶物分布

图5 C井相邻两次声纳形状及不溶物分布

B井的造腔层段不溶物含量约为30%，平均不溶物含量较高，夹层较厚。前一次声纳时，腔体正北方向有较大体积，1 076 m以上深度夹层分布较多层段未能有效打开，该深度腔体直径较小。后一次声纳时，腔体正北方向腔底抬升明显，腔体有效体积大，推测前一次声纳后造腔时，腔体部分厚夹层发生垮塌，下部体积未完全填埋即被垮塌夹层完全封住，有效体积损失严重。

C井的造腔层段不溶物含量约为20%，和A井平均不溶物含量相当，但夹层厚度薄，夹层间距离相对较大，腔体有效的垮塌，腔体形状发展相对规则。

分析三口井知，盐岩不溶物的分布是影响腔体形状发展的重要因素，但溶腔过程中腔体形状的发展还受到其他多种因素影响，如管柱放置位置、油垫位置、岩层倾角等。目前，不溶夹层对腔体形状的具体影响还需要进一步研究。

4 结论与认识

（1）造腔过程中，盐岩的不溶物决定腔体成腔效率，同时也影响腔体形状的发展。

（2）盐岩不溶夹层是盐穴储气库成腔的不利因素，但其对腔体形状的影响是复杂的，还需要进一步研究。

（3）我国盐层普遍存在多夹层的状况，金坛储气库不溶夹层处理经验可以为其他储库提供借鉴。

［1］郭巍，等.盐穴储气库泥质夹层的溶蚀破坏机理研究［J］.建筑工程技术与设计，2015，（6）∶1503-1504.

［2］施锡林，李银平，杨春和，等.盐穴储气库水溶造腔夹层垮塌力学机制研究［J］.岩土力学，2009，30（12）：3615-3620.

［3］李建君，王立东，刘春，等.金坛盐穴储气库腔体畸变影响因素［J］.油气储运，2014，33（3）：269-273.

［4］郭凯，李建君，郑贤斌.盐穴储气库造腔过程夹层处理工艺-以西气东输金坛储气库为例［J］.油气储运，2015，34（2）∶162-166.

TE822

A

1673-5285（2016）01-0030-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.008

2015－11-23