盐穴储气库造腔井油水界面位置控制方法

胡开君，巴金红，王成林

（中国石油西气东输管道公司，江苏镇江 212028）

在盐穴储气库水溶造腔过程中，为防止腔体上溶过快，丢失有效体积，必须严格控制油水界面的位置，使腔体形状按照设计的既定目标发展，一方面最大限度地有效利用盐层发展腔体体积，一方面使腔体向最佳形状发展，从而保证腔体稳定性。

为有效控制腔体上溶，可以采取利用某种介质将腔体上部与下部的淡水或者淡卤水阻隔开，使腔体上部充满该介质，而此介质不溶于水、也不溶于盐层，因此，可以有效保护腔体顶部及上部裸眼段，金坛储气库根据国内具体情况及现场工艺条件，选用柴油作为阻溶剂并摸索出以地面观测法和压力表对比法为主，其它如估算法、电测法、井下传感器法为辅的油水界面控制方法。

1 主要油水界面控制方法

1.1 地面观察法

本方法涉及一种地下水溶法采矿（盐）的油水分离检验装置（见图1），适用于地下盐矿采卤造腔生产过程中检验注入盐穴腔体的柴油是否已经到达造腔外管管鞋处。

图1 一种油水分离检验装置原理图

该方法是通过每次往生产套管和造腔外管环空注入一定量的柴油阻溶剂，当油水界面到达造腔外管管鞋处时，多余的柴油就会随着卤水一起从井内返出，然后在地面配备一种油水观察装置，从而判断油水界面是否达到造腔外管管鞋处。

1.2 压力表对比法

采用以下公式通过计算，将计算的油垫压力与压力表显示的油垫压力进行对比，从而判断油水界面是否处于设计位置。

其中：P低压-低压回水端压力表显示压力，即闸阀2处压力表显示的压力，MPa；P卤水-造腔外管与造腔内管环空卤水液柱压力，通过造腔外管与造腔内管管柱深度位置及卤水密度求得，MPa；P柴油-造腔外管与生产套管环空柴油液柱压力，通过造腔外管与生产套管管柱深度位置、柴油密度及闸阀3 处压力表显示的压力求得，MPa；Pf-造腔外管与造腔内管环空沿程水头损失，通过伯努利方程求得，MPa；P油垫-计算所得油垫压力，MPa。

将金坛储气库X 井2011/11/09-2011/11/20 期间压力表显示的油垫压力与计算所得油垫压力进行对比（见图3），该井油垫压力计算值与油垫压力表监测值基本吻合，从而可以判断油水界面位置基本处于计算时所采用的油水界面位置。但是，也有油垫压力计算值与井口压力表读值出现较大差距的情况，出现这种情况以及油垫压力波动异常的原因可能有以下几点：

（1）由于溶腔参数（排量，排卤密度，低压端压力表值，油垫压力表值，造腔外管深度等）的录取存在误差，导致计算值与实际值有差距。

图2 造腔采卤树井口示意图

（2）由于井下裸眼段闭合性裂缝张开，柴油通过裂缝通道泄露，导致油水界面位置变化，使得油垫压力波动。

（3）由于井下原因，造腔外管管柱脱落、造腔内管管柱弯曲变形、脱落，导致油垫压力计算结果异常。

（4）由于造腔外管管壁出现渗漏，使得柴油通过采卤环空返至地面，导致油水界面变化，油垫压力出现波动。

（5）由于造腔井腔顶部分出现较大坍塌现象，导致油水界面波动，油垫压力随之出现波动。

图3 油垫压力计算值与监测值对比图

该方法可应用于正循环溶和反循环溶腔井。但是，由于压力表自身读值误差等原因，以此法确定油水界面位置难以精确定位。

2 其它油水界面控制方法

除以上两种主要油水界面控制方法外，在盐穴储气库造腔过程中还需要同时应用其它辅助方法如估算法、电测法以及油水界面检测仪法，以适应不同情况下油水界面控制的需要。

2.1 估算法

比较适合新井溶腔投产或者调整造腔管柱注油时采用，通过计算得到油水界面在井下某一深度而需要注入的阻溶剂的量，从而通过控制注入的阻溶剂的量来控制油水界面的深度位置，由于裸眼井段的不规则性，导致该计算不能精确，只能估算，需配合地面观察法使用。

2.2 电测法

通过中子寿命测井来测量油水界面位置。当管外存在油水界面时，卤水和柴油二者对热中子的俘获截面不同，中子寿命测井正是通过对热中子俘获过程的探测来识别溶腔过程中管外油水界面的。

该方法从理论上讲，是一种普遍用于正、反循环溶腔井，并且可精确测量油水界面的检测方法，但成本较高，适合在某些特殊情况下使用。

2.3 井下传感器法

井下传感器法的具体测量原理为：当传感器在卤水中检测实验时，电路在卤水中相当于开关闭合，具有良好的导电性能；反之，当传感器在柴油中检测实验时，电路在柴油中相当于开关打开，具有良好的绝缘性能。

图4 直尺式油水界面检测仪测量原理

当需要进行油水界面检测时，利用下至预定深度的井下传感器，连接地面检测仪器，由测量的电流值计算出导通的恒流源电流源电路个数，由导通的电流源电路个数计算出油水界面位置（见图4）。

直尺式油水界面仪的优点是可以随时测量油水界面的精确位置，并且测量范围较广；缺点是稳定性存在缺陷，主要原因是由于传感器长期浸泡在高浓度卤水环境中，并且要承受井下高温、高压环境，传感器或者电路容易出现故障，而且受井下条件限制，传感器个数受到限制，不能实现连续测量。该方法可应用于正、反循环溶腔井，尤其在反循环溶腔过程中更具有独特优势。

2.4 其它

以上5 种油水界面控制方法已经在金坛盐穴储气库造腔过程中得到广泛的应用，而且金坛储气库正在摸索其它的更直观、更稳定、更方便的油水界面控制方法-新型光纤连续油水界面监测仪。新型光纤连续油水界面监测仪是一种永久安装于井下、在储气库溶腔全过程中对井下阻溶剂和卤水分界面进行实时监控的传感监测系统。该系统可以实时监测出井下油卤分界面的位置，并具有将被测参数实时传输到地面解调器进行显示和存储的功能。

3 结论

在盐穴储气库造腔过程中，油水界面控制的好坏是影响造腔的关键因素，针对不同造腔井的实际情况，需要选择不同的油水界面检测方法或者多种油水界面控制方法结合使用。

［1］ 温建英，杜宝会，宁志斌，等.RMT 在储气库管外油水界面监测中的应用［J］.石油仪器，2008，22（5）：78-82.

［2］ 温建英，陈永昌，陈凤兰，等.浮子法测量管外油水界面试验研究［J］.石油仪器，2009，23（2）：70-71.

［3］ 袁恩熙.工程流体力学［M］.北京：石油工业出版社，1986：10.