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我國絕大部分鹽礦雜質含量高，比如，江蘇淮安張興鹽礦雜質含量高達45%、淮安趙集鹽礦約為30%、湖北云應鹽礦約為25~30%。在高雜質鹽礦水溶造腔后，75%甚至以上的空間被沉渣堆積體占據，采用傳統注氣排鹵工藝（圖1a），只能排出上部空間鹵水，有效可儲氣空間小，建庫可行性差。
圖1 高雜質鹽礦U型鹽穴：（a）傳統的注氣排鹵技術（沉渣面以上排鹵）VS （b）新型注氣排鹵技術（沉渣體底部排鹵）
為打破高雜質鹽礦建庫禁區，2017年，中國科學院武漢巖土力學研究所油氣地下儲備與開發研究中心楊春和院士團隊率先提出利用沉渣空隙儲氣的技術構想，并陸續獲得多項發明專利。但是，利用鹽礦沉渣空隙儲存天然氣在世界范圍內暫無先例，屬于新的技術領域，鮮有相關的研究和分析。2019年，為驗證現場鹽穴沉渣空間的水力連通性，團隊聯合江蘇蘇鹽集團井神股份有限公司等單位，設計并開展了國際上首例鹽穴“注鹵排鹵”大型現場試驗。?
圖2 現場注鹵排鹵試驗設計方案（共4組）（a-b）“一注一排”（新井排鹵）（c）“一注一排”（老井排鹵）（d）“兩注一排”（新井排鹵）
井神公司某高雜質U型鹽穴，85%以上的空間被沉渣占據，屬于典型的高雜質鹽礦采鹵溶腔。研究團隊新鉆排鹵井打通該U型鹽穴水平段（圖1b），開展四組“兩注一排”或“一注一排”的“注鹵排鹵”試驗（圖2、圖3）來模擬實際工程“注氣排鹵”過程，驗證鹽穴沉渣堆積體水力連通性和可儲性。
圖3 現場三口井的溫度和壓力監測實景圖
大型現場注鹵排鹵試驗結果（圖4）表明，四組試驗的注采比均高于92%，表明試驗過程中鹵水損失量較小。現場試驗結果揭示沉渣空隙水力連通性良好，比如，“一注一排”（圖2c）試驗中沉渣通道長達600 m以上，而鹵水沿程壓力總損失僅為0.747 MPa（圖4c）。沉渣空隙率最高可達40%、滲透率介于10-9至10-11㎡范圍。現場試驗成果量化了沉渣空隙連通性和可儲能力，論證了利用鹽礦沉渣空隙儲氣這一設想，突破了高雜質鹽礦建庫瓶頸，消除了各界對于利用鹽礦沉渣空隙儲氣的疑慮，極大提高了庫容和鹽礦資源的利用率。
值得指出的是，該試驗成果全面助推了近期湖北應城鹽穴壓縮空氣儲能電站、江蘇淮安張興天然氣儲庫和國信蘇鹽壓縮空氣儲能電站的建設和發展。
圖4 現場試驗各井口體積流量與壓力損失曲線
研究成果發表于中國科學院二區TOP期刊《Geoenergy Science and Engineering》，第一作者為李銀平研究員，通訊作者為施錫林研究員和陳祥勝副教授，研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金優秀青年科學基金和中國科學院青年創新促進會優秀會員等項目資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949891025005548