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1、盐穴储气库盐腔残留水的治理摘要：对于盐穴储气库总会有一些溶腔时产生的盐水残留于储气盐腔内。这种情况大多数是由于受盐腔腔体形状的影响，注 气排卤管柱不能下到充满盐水的盐腔最底部而造成的。在排卤管柱管鞋至盐腔底部空间以及盐腔底部沉积物的空隙中仍残留 着少则几百方多则上万方的盐水。这些残留水将对天然气输气系统带来危害。本文综合论述了国内外盐穴储气库盐腔残留水 带来的危害、产生的原因、治理的方法，以及研究方向，对国内刚刚起步的盐穴储气库建设具有一定的借鉴意义。主题词：盐穴 储气库 残留水 危害 治理杜雪峰，1975 年生；工程师；大学本科，毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业；现主要从事采油工程、生
2、产运行等 方面的研究和管理工作。地址：新疆克拉玛依市采油一厂油田工艺研究所（834000）。电话：（0990） 6841234。Email： duxfpetrochina,com,cn李国韬，1975 年生；高级工程师；硕士，毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业；现主要从事地下储气库试油、完井 等方面的研究及现场服务等工作。地址：天津市大港油田团结东路钻采院储气库项目部（300280）。电话：（022） 25923741。Email： liguotaoddpi,com,cn一、天然气中含水的危害天然气中含水会带来不少问题：（1）在地面流程的管线和设备中生成水化物，对设备造成伤害，甚至全部堵塞
3、管道；（2）当天然气中含有CO2和H2S等酸性气体时会加剧金属管线的腐蚀；（3）含水后天然气的热值会降低，不能满足用户对气质指标的要求；（4）水蒸汽遇冷凝析成水，在管道输送中形成水塞，增大阻力，浪费动力。 本文重点讨论天然气水化物的问题。天然气水化物是在一定压力和温度的条件下，天然气中的水与气体构成的结晶状复合物。一般认为天 然气水化物生成的条件要有液态水的存在或气体处于水汽过饱和状态，同时天然气的温度需接近气露点温 度或更低一些，再辅助于压力波动、流向突变、晶种存在等条件。1而丹麦Dansk Oileog天然气有限公司 与荷兰 N， VNederlandse Gasunie 公司合作进行的一
4、项在盐穴天然气地下储气库中长期快速抽气试验研 究表明，在仅含有微量水气的情况下，只要处于适合生成水化物的压力和温度范围内，就会生成水化物， 并不需要有液态水的参与。2图 1 给出的是某种气体形成水化物的热力学平衡曲线。在曲线的左侧能够形 成水化物，并且保持稳定，在曲线右侧不能形成水化物或者水化物会分解。此外，水化物的形成还受到动力学的影响。水化物晶体在高流速的地方是不能形成的,它只能在比较平静的区域形成。实践也表明在设备停运期间或环境温度较低时管道的低部位或流速慢的地方如测量管、过 滤器、筛网等处，存在形成水化物的风险。因此，天然气要在干燥厂进行处理，去除其中大部份水份，通 常处理后天然气中最
5、大允许水含量是 70mg/m3。除了产生水化物外，当非常湿的天然气被采出时，采气管柱中能形成冷凝水。水向下滑脱，会溶解腔 体颈部的盐，形成沟槽。这些沟槽会对测量仪器带来风险。当测量仪器提出盐腔时，可能卡在这些沟槽中二、盐腔中残余水的来源盐岩中的储气盐腔是通过注水溶盐产生的，这个过程被称为溶腔。在溶腔结束的时候，盐腔内充满了 盐水。这些盐水被第一次注入的天然气顶替出来。图 2 是第一次注气排卤时的管柱示意图3。天然气通过 生产管柱和排卤管柱的环空注入，顶替盐水通过排卤管柱至地面。排卤管柱下到盐腔的某一个深度，这个 深度取决于不溶物沉积坑的大小。8 5/8尾管9 5/8”天然气生产管柱4 1/2”
6、排卤管柱13 3/8生产套管图 2 注气排卤管柱示意图沉积坑始于最终完钻之时，并在溶腔过程中逐渐形成。沉积坑包括盐层中的不溶沉积物如硬石膏和泥 土等，同时也包括在饱和盐水中不能溶解的盐块。沉积坑或多或少地呈漏斗形，它的厚度取决于盐腔最终 要达到的直径和盐层中的固相成分。沉积坑内的不溶沉积物可达上千立方米，重达数吨。目前国内外对于 沉积坑中不溶沉积物的物理性质、孔隙度、渗透率的研究还不够深入，仅仅根据不溶沉积物的结构和组份 进行研究，致使上述性能参数在很大范围内变化。图 3是国外某盐穴储气库溶腔的实例，能说明在大约 2 年的溶腔过程中沉积坑是如何发展的。为保证盐腔的稳定，在溶腔期间，主要是沿着腔
7、体轴线方向溶成一个圆锥体，这样就导致了排卤管柱 不得不下到一个较浅的位置，于是，在注气顶替排卤后，在不溶沉积物表面之上的盐腔内残余了一定量的 盐水不能够排出。沉积坑的形状是影响这些残余盐水体积的决定性因素。最理想的情况是在盐腔轴向最深 处形成一个薄的碗状沉积坑，但这种情况很难实现。沉积坑上面残留的盐水体积可达数百，甚至数万立方 米。三、解决的办法 解决这个问题有两个方法：一是设法阻止水蒸汽进入储存的天然气内；二是设法将盐腔底部的残余盐 水驱替干净。1、沉积坑覆盖技术德国在 Bemburg 盐穴储气库尝试了一种方法，将一种特殊的覆盖物质送到盐腔内残余的盐水表面，起 到隔离水蒸气，避免水从盐腔传给
8、储存天然气的作用。这种覆盖物质应具有以下性质：（1）水分子不能穿透；（2）比盐水轻；（3）低蒸汽压力；（4）自扩散（5）被盐层落物破坏后能自我修复；（6）在盐腔工况条件下性能稳定；（7）容易用泵抽汲；（8）无毒、 无危险；（9）便宜。迄今为止，所尝试的物质还不能满足以上条件，沉积坑覆盖技术也没有得到满意的结果。目前这个技 术已经不再使用。从而设法将盐腔底部的残余盐水驱替干净成为较好的选择。2、频繁注采毋庸置疑，频繁的注采盐腔内的天然气会对盐腔内水蒸汽的含量产生有利的作用。也就是说，多次循 环注采天然气，会减少天然气在盐腔内储存的时间，也就减少了水蒸发的时间。但注采周期受到天然气市 场的制约。在
9、德国，盐腔内储存的天然气一年最多注采一次，我国也基本处于同样的注采周期状态。实验模拟计算表明，仅仅靠循环注采天然气的方式来采干盐腔内残余的盐水也几乎是不可能的。表 1 通过循环天然气排除盐腔内盐水的计算示例沉积物上面的残余水体1000m3工作气量8000x104m3 标况体积注入盐腔前天然气中水含量70 mg/m3 标况体积从盐腔中米出后天然气中平均水含量200 mg/m3 标况体积一个注采循环从盐腔中排出的水量10.4 m3米干盐腔中的残余水所需的循环天然气次数96注：沉积物孔隙中包含的盐水还没有计入计算中。3、盐腔排卤 目前常用的盐腔排卤技术主要是采用连续油管和加深排卤管柱的方法。到目前为
10、止，国内外对于是否 必须要排除干净沉积坑包括沉积物孔隙中的盐水，还是仅去除沉积物上面的自由盐水就足够了的问题，还 没有确定性的结论。可以确定的是当沉积物表面的水蒸发掉后，不可避免的会产生盐结晶，盐结晶能够长 期封闭孔隙，在这种情况下，会延迟沉积物孔隙中的盐水向天然气中蒸发，这种延迟有多大效果尚无科学 结论。现场应用表明，试图利用连续油管和加深排卤管柱的方法抽干沉积坑中的残余水体时，总会发生诸如： 没有有效的方法来控制盐腔内管柱的方向；排卤管柱被固体阻塞等问题。4、用有机液体顶替盐水4 目前国外正致力于研究向残余盐水中注入一种有机液体，利用混合在盐水里的有机液体驱替残余的盐 水。该工艺的主要步骤
11、为：（1）通过排卤管柱将该有机液体泵入沉积坑残余盐水中；（2）通过排卤管柱注 入天然气与盐水和有机液体充分混合；（3）通过生产管柱和排卤管柱环空注入天然气，将混合物从排卤管 柱中顶替出来；（4）混合物在地面进行处理；（5）处理后的有机液体继续被泵入残余盐水中；（5）重复上 述步骤直到沉积坑中残余水的含量低到天然气不用进行干燥处理就能满足用户需要的程度。对于这种方法比较适用的有机液体是甲醇或乙二醇。残留在沉积坑中的甲醇能挥发到天然气内和天然 气一同排出。乙二醇能对存留于沉积物孔隙中的盐水起到非常有效的覆盖作用。甲醇已经完全挥发，不能 起到这个作用。这种方法能否推广的关键在于应用这种方法的费用和利
12、用天然气干燥处理装置的费用之间的对比。应 用有机液体顶替盐水方法的主要费用是处理厂和顶替液体的投资。从目前国外的实验情况来看，当残余自 由盐水量小于 1000m3 时，用有机液体顶替盐水是比较经济的一种方法，否则需要先采取其它手段来减少 自由盐水的体积。四、结论与建议1、水从沉积坑中蒸发到被储存的天然气中的问题还远没有解决，在新建的储藏设备中还必须要投资 装备天然气干燥系统。2、目前国外研究的重点是如何利用有机液体顶替残余盐水，但还需要进一步的现场实验和经济性论 证，其很大程度上取决于甲醇及乙二醇价格的发展。3、国内应进一步开展甲醇或乙二醇地面混合物分离研究，决定哪一种液体能用于盐腔实际测试中。参考文献1天然气工程手册M.北京:石油工业出版社，1989： 125.2谭羽非等国外盐穴地下储气库的建设及研究进展J.油气储运，2001, 20 （1）： 7-8.3地下储气库工程技术研究与实践M.北京:石油工业出版社，2009： 156. 4 Berger， Heinz， Friedrich ， Replac ing brine w ith organic liquids ， Fall 2002 Meeting ， Oc tober 2002,Austria.
