《層狀鹽巖水平對接井水溶采鹵造腔技術規(guī)范》編制說明

2《層狀鹽巖水平對接井水溶采鹵造腔技術規(guī)范》編制說明【2023】中科促標字第614號《關于開展<層狀巖鹽水平對接井水溶采鹵該標準依托國家自然科學基金重點項目《鹽礦編號：51834003，2019年01月儲能設施的建設需求也與日俱增。地下鹽穴溶腔是三大巖良好的物理化學性質（低孔隙度、低滲透率、優(yōu)良的），縮空氣及氫氣等能源介質的儲存。我國地下鹽穴溶腔的術，該技術存在造腔速度慢、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是我國鹽礦企業(yè)適應層狀鹽巖法依據(jù)相似理論，對照現(xiàn)場工程實際，搭建層狀鹽驗平臺，開展不同造腔工藝下（流量、油墊、倒井3理采鹵造腔技術的標準文件。為指導水平井采本團隊在地下鹽腔水溶造腔室內物理模擬技豐富的研究經驗和手段，水平對接井水溶采鹵造腔頂山、長山等地的層狀鹽巖鹽礦區(qū)域生產實踐，取同區(qū)域的地質條件、造腔參數(shù)等各異，有必要出臺模擬技術的規(guī)范文件，用于指導層狀鹽巖水平對接層狀鹽巖地層中建造大體積水平溶腔的問題，助力推動我國戰(zhàn)略能源儲備、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，標準制定工作組組織召規(guī)范標準草案，經過向社會公開征求意見后，編寫42023年11月，文本經規(guī)范后形成標準征求意見稿，由中二、標準編制原則、主要內容及其確定依據(jù)，修訂標準時，還包括修訂本標準按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則則》的規(guī)定制定。在制定過程中，查閱了最先進性。通過充分的科學試驗論證，保證標試驗平臺，開展不同造腔工藝下（流量、油墊、倒井等增大側溶，確保大體積腔體底槽。在造腔前期需適進一步增大，需要增補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鹵水的濃度場分布致注水側溶蝕鹽巖速度遠大于排鹵側，注水側溶速兩側有序增長，保證腔體形狀的規(guī)則。聲吶是利用聲轉換和信息處理進行導航和測距的技術，結合聲本標準制定的牽頭單位重慶大學自上世紀80年代就開始針對四川自貢地區(qū)鹽礦開采開展相關研究工作，鮮學福院士、李曉紅院士、姜德義教授等早期承擔的八五、九五攻關項目就是專門針對鹽礦高效開采，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驗。近10年，申請人團隊圍繞國家能源儲備戰(zhàn)略需求，先后主持和參與國家973計劃、國家自然科學基金等項目，在鹽巖水溶造腔控制技術及災害控制、鹽穴廢棄老腔利用、鹽穴大規(guī)模儲氫等方面做了系統(tǒng)的研究，取得了一系列代表性成果。項目參加人員長期在中國江蘇金壇、湖北云應、四川自貢等鹽礦礦區(qū)從事該領域的研究和試驗工作，與當?shù)乜萍疾块T及鹽礦企業(yè)保持良好的合作關系。依托平臺重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點試驗室（現(xiàn)改名為煤礦災害動力學與控制全國重點試驗室）于2011年獲科技部批準建設，2013年和2018年通過兩輪科技部驗收與評估，試驗室主要從事煤礦動力災害的地質表征與流體動力學、煤巖體工程災變力學、煤礦災害預防與控制3個方向的研究。試驗室用房面積1.1萬平方米，擁有各類相關儀器設備200余臺套，其中自主研發(fā)儀器設備20總體而言，團隊在鹽礦水溶開采、鹽腔儲庫建造及利用、鹽穴大規(guī)模儲能等研究方向取得了顯著成果，先后在此領域獲得國家科技進步二等獎一項（深部鹽礦采鹵溶腔大型地下儲氣庫建設關鍵技術及應用），教育部科技進步一等獎一項（復雜層狀鹽巖水溶采礦災變控制及溶腔綜合利用），教育部科技進步二等獎一項（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SCI/EI檢索論文近100篇，申請發(fā)明專利30余項，獲軟件著作權2項，出版專著2部。項目組主要成員具有良好的理論基礎、試驗能力，長期開展室內物理模擬試驗積累了豐富的研究經驗，形成了一系列規(guī)范完備的室內物理模擬技水平井鹽腔建造過程位于地下，腔體形態(tài)擴展論中的量綱分析法建立現(xiàn)場原型與室內物理模擬6水流量等。同時，由實際夾層（通常為鈣芒硝、泥巖等力學參數(shù)確定夾層相似材料的配比，壓制符合模擬要求試驗平臺。開展不同造腔工藝下大尺寸型鹽水平對接井但不限于：井口距、井深、阻溶劑類型、注水流量、進藝下腔體形態(tài)擴展、排鹵濃度變化等規(guī)律，揭示不同造三、試驗驗證的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效益、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、時間、濃度及溫度這四個基本量綱。本規(guī)范試驗中需要確定的物理量為注水流量q，其與各參數(shù)間的關系式可表πkl=lplm7kqktkpklklkc 對比現(xiàn)場造腔原型與室內物理模擬模型的各項參數(shù)，獲得模擬試驗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，繼而推導出造腔時間、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。采用自主設計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：采用自主設計的大尺寸型鹽壓制模具，以原型所處地應力大小的力σv8為研究層狀鹽巖水平對接井水溶采鹵造腔的腔體擴展規(guī)律，搭建了如圖2所示的室內物理模擬試驗平臺，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。在鉆出的槽內放入了注水、排鹵及阻溶劑注采等管柱，管柱內徑為3.3mm。采用環(huán)氧樹脂膠對井口及模型四周進行密封以備用。通過注油管向槽內加入油，作為試驗過程中的油墊。用橡膠軟管連接流量計和注水管，用轉子流量計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了一臺索尼高清攝像機，用于記錄水平井水溶造腔過程中腔體的擴展動態(tài)。為了使腔體輪廓的擴展過程更加明顯，不時通過染色示蹤法對腔體輪廓進行染色標記，所用染料不能影響鹽腔壁本試驗主要根據(jù)現(xiàn)場水平井采鹵造腔工藝特征進行室內模型試驗，研究不同造腔工藝下腔體形態(tài)的變化特征、輪廓擴展規(guī)律及排鹵濃度特征。對影響水平井水溶造腔腔體擴展的注水流量、倒井、阻溶墊層等因素進行研究。水平井水溶造腔是一個復雜的過程，將受9到眾多因素的影響，試驗時應盡量保障其它參數(shù)一致，而對研究的主要參數(shù)設計開展不同以注水流量對腔體擴展的影響為例開展模擬試驗研究，試驗設計了5組不同注水流量水平：10mL/min、20mL/min、30mL/min，分別對應現(xiàn)場注水流量為80m3/h、160m3/h、在研究某一因素對水平井水溶造腔腔體擴展影響時，需要消除其他因素的影響，所以(1)選取滿足試驗要求的型鹽鹽磚，選取的鹽磚需要保證雜質較少且沒有大的裂紋。對選取的鹽磚進行手工打磨處理，主要對貼玻璃鹽磚面進行重點打磨，使表面的平整度能(2)對鹽磚進行開槽處理，開槽采用手工鉆機，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，將帶有橡膠塞的進水管和排鹵管插入槽內并密封，進一步檢查試驗平臺的密封性?？上虿蹆茸⑷腼柡望u(5)密閉性符合要求后，選定試驗參數(shù)，開始造腔模擬試驗。首先向槽內注入適量阻溶劑，厚度2cm左右。然后用橡膠管連接儲水池、轉子流量計以及內置排采管柱，開啟流量計，調到試驗流量，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記(6)造腔前期適當增加注水流量，開展目標鹽層的溶蝕及鹽穴腔體的建造，此時鹽巖溶蝕區(qū)域主要集中在斜井一側。密切關注阻溶劑-鹵水界面變化，及時增補阻溶劑，保持轉換為直井注水，斜井排鹵，此時鹽巖溶蝕區(qū)域主要集中在直井一側?？蛇M一步加大注水流量同時密切關注排鹵濃度變化，確保排鹵濃度達到企業(yè)鹵水要求290g/L，及時調整注水(8)造腔后期時，在腔體兩端形態(tài)擴展完全之后，腔體中部仍存在明顯的“水平不溶段”區(qū)域，此時應通過倒井、增加注水流量、壓低油/氣水界面等方法，進一步對腔體水如圖3為水平對接井排鹵口排出鹵水瞬時濃度，通過實驗過程中定時對排鹵口鹵水的瞬時濃度進行測量得到。造腔過程中，進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測水平對接井水溶造腔過程中鹵水濃度隨造腔時間的變化規(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）的鹵造腔實驗過程中的鹵水濃度是一個極其重要的參數(shù)，它整體反應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，溶腔內的鹵水整體濃度偏高，此時抑制了鹽巖的溶蝕速率，另外排鹵管口也向圖4為層狀鹽巖水平對接井水溶造腔過程中不同時段的腔體輪廓擴展圖，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，水平井腔體擴展主要發(fā)生在斜井端，而直井端溶腔擴展較少；造腔中期(50h～80h)時，采用倒井工藝，由直井注水，斜井排鹵，此時腔體擴展主要集中在直井端，同時，斜井端排鹵濃度完全飽和，斜井端腔體擴展幾乎停滯。在造腔后期(80h~110h)，采用較大注水流量30mL/min，相當于現(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，接著適當減小流量，明顯發(fā)現(xiàn)濃度有所上升，整個階段濃度都較高，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，水平對接井水溶溶腔的擴展規(guī)律大致為：在斜井和直井兩端溶腔向水平方向擴展，由于造腔開始階段為斜井注淡水，直井排鹵水，因此斜井端腔體擴展較快。且在造腔15h時，夾層出現(xiàn)軟化坍塌，腔底出現(xiàn)殘渣沉淀。增加注水流量和升高阻溶劑界面后，腔體擴展明顯加快，進行倒井操作后，腔體擴展側改變，適當采用該工藝可使腔體最層狀鹽巖水平對接井采鹵造腔過程中，主要的判斷標準有：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)正常的生產需求，采鹵過程中鹵水的濃度不應低于290g/L。建造一個體積106m3的腔體，時間不應超過5-7年。最終水平溶腔的形狀應符合兩頭寬、中間窄的馬鞍形腔體，腔四、與國際、國外同類標準技術內容的對比情況，或者與測試無五、以國際標準為基礎的起草情況，以及是否合規(guī)引用或者采用國際國外標準，并說明未采用國際標準的原因無六、與有關法律、行政法規(guī)及相關標準的關系無七、重大分歧意見的處理經過和依據(jù)無說明：編