高雜質鹽礦已有溶腔大規模儲氣技術研究進展

施錫林，馬洪嶺，章雨豪

(1.中國科學院武漢巖土力學研究所 巖土力學與工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430071；2.中國科學院大學，北京 100049)

我國是世界能源消費大國，2019年12月14日發布的《中國能源供需報告》顯示，2018年我國能源消費總量占全球一次能源消費總量的23.6%，連續10年居全球第一位[1]。但是，我國能源對外依存度高，亟需建立大規模儲能設施。以天然氣為例，作為我國現代清潔能源體系的主體能源之一，據國家發展改革委和國家能源局數據[2]，我國天然氣對外依存度高達39%，地下儲氣庫的工作氣量僅為全國消費量的3%，遠低于12%～15%的國際平均水平。2017年冬，我國華東和華中地區天然氣供應嚴重不足，出現大規?！皻饣摹?，產生諸多負面影響。同時，隨著壓縮空氣儲能電站及氫氣地下儲存等新型大規模儲能方式的快速發展，也需要建設大量大規模地下儲氣庫?？梢?，加快建設大型地下儲氣庫，是保障我國能源安全的迫切需求。深部鹽礦是國際公認的能源地下儲備的優良場所。利用鹽礦水溶開采形成的地下溶腔建設大型地下儲氣庫，是天然氣大規模儲存的主要方式。

我國鹽礦資源豐富，具備建設大規模地下儲庫的基本地質條件[3]。然而，近年來鹽巖儲庫選址調研[4]表明，若繼續采用傳統的鹽巖儲氣庫建設技術，已經很難找到適合建庫的鹽礦地質資源[5]，尤其是我國多數鹽巖礦床的高雜質地質特征導致鹽巖儲氣庫發展陷入困境。為破解這一困境，從2012年開始[6]，中國科學院武漢巖土力學研究所等科研單位聯合江蘇蘇鹽井神股份有限公司等鹽礦開采單位以及中國石油和中國石化等儲氣庫建設單位，逐步開展了系統的理論分析、試驗研究和現場探測，突破了現有鹽穴儲氣庫技術框架，目前，基本形成了在高雜質鹽礦對接井已有采鹵溶腔中儲氣的新技術體系。本文總結了該領域近年來的主要研究進展。

1 高雜質鹽礦建庫難題與破解途徑

我國鹽礦資源豐富，已查明石鹽礦床約有105處[3]，NaCl資源儲量高達14.6萬億t[3]，具備建設大型鹽穴儲氣庫的資源條件。但是，我國鹽礦多為湖相沉積形成的高雜質鹽礦，地質條件復雜[7]，給儲氣庫建造帶來很多問題和挑戰。

1.1 現有建庫技術不適用高雜質鹽礦

國內外鹽穴儲氣庫通常采用單井油墊水溶造腔技術建造[8-9]。這一技術的主要工藝過程[7]是：通過鉆井將埋深數百米至兩千余米的深部鹽層與地面連通，固井后在井筒中安置造腔外管、造腔內管等管柱；把淡水或非飽和鹵水注入井下，溶解鹽層，期間用油墊層控制上溶；隨著鹽巖的溶解，溶腔不斷擴大，適時調整油墊、造腔內管及造腔外管的深度，以達到控制腔體溶解邊界的目的，最終獲得滿足儲庫要求的溶腔；然后向腔體內注入高壓天然氣同時排出鹵水(即“注氣排鹵”)，進而形成大型地下儲氣洞室。

如圖1所示，水溶造腔完成后，難溶于水的“雜質”堆積到鹽腔底部，形成“沉渣”堆積體，沉渣內的空隙被鹵水占據。傳統建庫技術的注氣排鹵過程會將排鹵管柱設置于“沉渣堆積面”上方，最終排鹵管口以上的絕大部分鹵水被天然氣擠到地面，然后起出排鹵管完成儲氣庫建造。因此，傳統建庫技術利用溶腔內的沉渣堆積體以外的純鹵水空間儲氣，對圖1(a)所示的低雜質鹽礦，水溶造腔完成后僅殘留少量沉渣在溶腔內，經注氣排鹵后可以形成大型氣庫。但對圖1(b)所示的高雜質鹽礦，水溶造腔完成后會殘留大量沉渣在溶腔內，經注氣排鹵后僅能形成小規模氣庫，投入產出比極低，建庫可行性差。

圖1 現有建庫技術中的注氣排鹵過程示意圖

我國鹽穴儲氣庫的現行技術標準[10]要求“鹽礦中平均水溶物含量要大于75%，鹽層內夾層個數少且厚度小，不溶物(即本文所述的“雜質”)含量小于25%”，這一要求是鹽穴儲氣庫選址的必要條件。經過中國石油和中國石化等儲氣庫建設單位的廣泛調研，滿足上述要求的鹽礦場址極少，主要有江蘇金壇鹽礦和湖北潛江鹽礦，雜質含量約15%～20%，目前正在建庫或開展建造先導試驗[4]。近十年來，為了擴大建庫規模，進一步選取雜質含量在20%～30%之間的鹽礦地層，采用傳統建庫技術開展了儲氣庫建造先導試驗，涉及礦區包括淮安鹽礦張興礦區、云應鹽礦[11]、淮安趙集鹽礦等，但是受鹽礦雜質含量高等因素的制約，建庫工程進展緩慢。

可見，若采用傳統的鹽穴儲氣庫建設技術，難以利用我國廣泛存在的高雜質鹽礦建成大型儲氣庫，我國鹽巖儲氣庫陷入發展瓶頸。

1.2 已有溶腔改建儲氣庫是突破口

如圖2所示，我國絕大多數鹽礦均采用水平對接井水溶開采，與傳統的單井建庫技術存在很大差異。典型的開采工藝以兩口井(直井和斜井)為一個井組，先鉆一口直井將鹽礦層與地表連通，再在距離直井250～350 m的位置鉆一口斜井，斜井的造斜率一般為0.4°/m，確保位于鹽礦層底部的水平段長度為150～200 m[12]，鉆井完成后直井和斜井水平段末端在鹽礦層底部實現對接、連通，然后從其中一口井注入淡水，溶解鹽礦層后形成鹵水，鹵水在注水余壓的作用下從另外一口井返出地面，定期調換注水井和出鹵井，并根據實際開采工況開展割管修井等工作，以實現鹽礦層充分開采。

圖2 鹽礦水平對接井水溶開采示意圖

我國是世界上井礦鹽產量最大的國家，2014年井礦鹽年產量[13]高達4 800萬t，并且逐年遞增，2018年產量為5 306萬t，進一步可推算出，近5年我國每年可形成鹽礦地下空間體積達到2 000×104m3以上。本研究將鹽礦采鹵后形成的地下空間定義為“已有溶腔”。已有溶腔經測試評估，確定符合儲氣庫建設條件并經改造后，通過注入儲存氣體將溶腔內的鹵水排出，形成鹽穴儲氣庫，這一技術已在金壇鹽穴儲氣庫一期工程的5口已有溶腔成功應用[14]，2007年投產，至今仍在安全運行。已有溶腔改建儲氣庫，建庫成本低且建設周期短，是加快鹽穴儲氣庫建設的有效途徑，可有效緩解對儲氣庫的迫切需求。

可見，破解高雜質鹽礦的建庫難題，利用鹽礦已有溶腔改建儲氣庫是重要突破口。然而，雖然已有溶腔改建儲氣庫在金壇獲得了成功，但僅限于對少數單井單腔且形狀規則的溶腔進行改造，對多井單腔且形狀復雜的已有溶腔改造還未涉及[14]。在前述背景下，本研究開展了高雜質鹽礦建庫的系列科技攻關。

2 高雜質鹽礦已有溶腔的形態特征

獲取高雜質鹽礦已有溶腔的形態特征，是建庫成功的必要前提，也是必須突破的第一道屏障。不同于鹽穴儲氣庫新腔建造過程中所采用的精細化控制工藝，鹽礦對接井開采過程中的注水方式經常不定期改變，采鹵管柱深度也經常由于井下事故、割管作業等因素而改變，對接井采鹵溶腔的形態也非常復雜。再加上沉渣掩埋水平通道等因素，使得對接井鹽腔形態探測更加困難。

2.1 鹽井及腔體綜合探測

在研究初期，由于現有的鹽穴聲納探測技術最大探測距離僅為100 m左右，且聲納信號無法穿透沉渣散體探測等原因，聲納測腔技術僅能測出直井或斜井頂部的鹽腔形態，難以探測出對接井采鹵溶腔的整體形態，給對接井采鹵已有溶腔改建儲庫的設計和施工帶來很大困難。中石油儲氣庫項目部曾提出對現有聲納儀器增加轉向功能從而實現復雜腔體探測的思路[14]，由于儀器改造難度較大等原因，現場未能實施。導致幾年前關于水平式鹽穴儲氣庫力學穩定性的相關研究[15-17]均是基于假想的鹽腔形態開展的，研究結論的適用性受到較大影響。

為了更好地服務鹽礦開采和溶腔資源化利用，考慮到鹽井溶腔檢測的重要性，江蘇蘇鹽井神股份有限公司牽頭研發出“鹽井溶腔集成探測技術”[18]，該技術將鹽井井筒及地下溶腔作為檢測對象，集成井下視頻成像測井、物探測井和聲納測腔等三種技術手段，不僅可以掌握鹽井井筒內部、井筒外部及井斜情況，還可以掌握地下溶腔的基本信息，實現了鹽井溶腔的全方位檢測。中國科學院武漢巖土力學研究所全程參與了其中的聲納探測核心技術的研發，目前利用這套技術已經在淮安鹽礦成功探測了數十口對接井采鹵溶腔。

2.2 溶腔形態現場探測

為了探測出對接井采鹵溶腔的三維形態，研發并采用了“聲納與電法聯合測腔”以及“聲納與地震聯合測腔”兩套物探技術體系。

“聲納與電法聯合測腔”的基本科學依據是溶腔內鹵水的導電性能遠高于原始地層?；炯夹g流程是，用聲納測腔精確數據對電法勘探數據進行標定[19]。為確?！奥暭{與電法聯合測腔”順利實施，中國科學院武漢巖土力學研究所先后從俄羅斯引進了Scanner-2000型和Scanner-2000R型鹽腔聲納儀，從加拿大引進了V8網絡化多功能電法儀。這兩套儀器在湖北云應鹽礦[20]和江蘇淮安鹽礦[21]的探測成果，為深入認識對接井采鹵溶腔的三維形態提供了重要且關鍵的現場測試數據。

由于電法勘探對地表條件要求較高，高壓線纜及建筑物等均會對電磁場產生較大影響。為規避這一問題，進一步研發了“聲納與地震聯合測腔”技術體系，基本原理是利用聲納測腔精確數據對地震勘探數據進行標定。在湖北云應鹽礦的兩個礦區開展了探測，研究發現該技術體系的探測成果對于溶腔水平方向展布的刻畫較為準確，可以為判斷相鄰井組的獨立性提供重要參考。

2.3 溶腔三維形態綜合構建

對接井采鹵溶腔形態檢測過程中，由于斜井造斜點以下的井斜過大，難以下入聲納探頭，因此，斜井端形態的測量是水平井鹽腔形態探測的關鍵。

如圖2所示，當斜井端鹽腔擴展至造斜點以上后，生產套管井斜較小，可采用聲納測試技術分別從直井和斜井下入聲納探測儀，可探測出對流老腔兩端形態，然后綜合含鹽系地層特征、鉆井軌跡和開采歷史等數據，分步刻畫出鹽腔底部邊界、橫向邊界、腔頂埋深、沉渣面埋深等形態數據，構建對接井采鹵溶腔采動空間的三維形態，然后通過采鹽量校核采動空間三維形態的合理性，對三維形態進行修正。

為了更加精確地繪制高雜質鹽礦對接井采鹵溶腔的三維形態，中國科學院武漢巖土力學研究所、重慶大學、中國石化和中國石油等單位，聯合開展了水平井開采或造腔過程成腔機理物理模擬試驗研究[22-24]，建立了水平井鹽巖溶腔形態擴展預測理論模型[25]，并編制了多夾層鹽礦水平型溶腔仿真設計軟件[26]，通過對溶腔中溶解、擴散、對流問題進行數值計算，計算出溶腔的形態發展過程，功能包括地質參數輸入、工藝參數輸入、網格初始化系統和導入初始形態等，子系統包括濃度場計算系統、速度場計算系統、溶解過程計算系統、網格變形系統和顯示系統等。并利用室內模擬試驗和淮安鹽礦現場聲納及采礦數據進行校核，目前該軟件的新一代版本正在根據從不同礦區取得的最新數據進行不斷修正和完善。

三維形態綜合構建成果表明，高雜質鹽礦對接井開采的腔體形態(如圖2(b)所示)，呈兩端高、中間低的“凹”字型，且其中間段被大量不溶物沉渣掩埋。受地質條件及開采工藝參數的影響，水平段高度從數米、數十米到上百米不等。

3 沉渣散體的空隙及其連通特征

3.1 沉渣散體的空隙率

前期研究過程中，分別從室內試驗、鹽礦開采現場實測計算和儲氣庫建設數據反分析等3方面，揭示了沉渣散體的高空隙率特征。

1)室內試驗方面。江漢油田采油工藝研究院和中科院武漢巖土力學研究所的聯合研究表明，江漢鹽巖儲氣庫碎脹系數高達1.701[27]，換算為空隙率為41.21%；中石油西氣東輸儲氣庫管理處聯合西南石油大學研究了金壇鹽巖儲庫腔底堆積物空隙特征[28]，研究表明實例井某溶腔階段堆積物總體空隙率的理論計算值為48.23%，現場通過后續聲納測腔分析得出的空隙率為44.26%。

2)鹽礦現場方面。應用第2部分所述的方法，在淮安鹽礦成功探測并構建出對接井采鹵溶腔的三維形態[29]。以處于開采中期的某井組為例，根據采鹵數據、品位和地層密度測算，沉渣體內的空隙率大于50%。

3)沉渣體的高空隙率特征也在鹽穴儲氣庫水溶造腔實踐中得到了驗證。例如，根據金壇儲氣庫30余口儲庫的造腔數據統計，發現不溶物碎脹和膨脹系數取1.9才能符合現場腔體發展情況。因此，金壇儲氣庫沉渣的空隙率為(1.9-1.0)/1.9=47%。

基于以上研究發現，假設在淮安鹽礦實際注氣排鹵施工，考慮結合水和毛細水等抑制排鹵效果的因素，如果高壓氣體能將空隙內的全部自由鹵水排出，初步估算可用于儲氣的空隙體積占沉渣堆積體體積的40%左右。

3.2 沉渣空隙的連通性

鹽礦水平對接井水溶開采過程中，通常一半時間從直井注入淡水、從斜井排出鹵水，另外一半時間從斜井注入淡水、從直井排出飽和鹵水，在長達數年的持續開采以及倒井的過程中，除井筒故障導致采鹵中斷外，鹽礦各項采鹵數據(壓力、流量等)均正常，水平段通道溶解擴大后未發現沉渣體內的淤堵現象。上述普遍現象表明，沉渣體內部的空隙具有良好的連通性，有利于天然氣順利驅替空隙中的鹵水。

綜合3.1節和3.2節可見，沉渣體的高空隙率及其優良的連通性，為沉渣空隙利用提供了良好的條件，利用沉渣空隙儲存天然氣，有望突破低品位鹽礦建庫的瓶頸。

3.3 沉渣空隙儲氣的潛力

以某實測對接井采鹵溶腔[29]為例，聲納測得直井端和斜井端頂部溶腔體積分別為5×104m3和12×104m3，總體積為17×104m3。進一步調研了該井組的開采數據，根據采鹵量和鹽礦品位等數據，測算出該溶腔的采動體積約166×104m3?？梢?，整個溶腔有(166-17)/166≈90%的空間被沉渣堆積體掩埋。

若采用傳統建庫技術，該鹽腔可用于儲氣的溶腔體積僅為17×104m3；若將空隙空間也用來儲氣，按照3.1節所述的40%的空隙利用率計算，該鹽腔可用于儲氣的溶腔體積可以高達(166-17)×40%+17≈77×104m3，溶腔可儲氣體積擴大為傳統技術的4.5倍。

4 典型建庫流程及風險防控措施

4.1 總體技術思路

基于前述研究發現，突破高雜質鹽礦建設大規模儲氣庫的瓶頸，充分利用沉渣散體的大量空隙空間是關鍵，研究團隊提出了從溶腔底部排出空隙鹵水的技術思路。目前，核心技術“鹽礦老腔全采動空間注氣排鹵方法”已經獲得國家發明專利授權[30]。

以對接井開采形成的已有溶腔改建天然氣儲庫為例，鉆取一口新井，通過新井建造出一口體積較小的位于鹽礦下部的新腔，通過水力壓裂、自然溶通或水平鉆井等方法，制造新腔-老腔連通通道(為便于表述，第4節中全部用“老腔”代替“已有采鹵溶腔”，與本節所述“新腔”呼應)，將新腔與老腔底部連通，從老腔井口注入天然氣，從新腔井口排出鹵水，沉渣空隙最終基本被天然氣占據，從而建成大型鹽穴儲氣庫。

4.2 具體實施方式

第1步：新井鉆完井。

本步要點如圖3(a)所示。

新井宜布設于直井附近，其原因是直井端鹽腔發展規律較斜井端清晰，有利于保障鉆井和排鹵過程順利進行。盡管普遍規律如此，某些特殊情況下新井的布設方式可靈活選擇。例如：如果已明確探測出斜井端的采動邊界，亦可將新井設置于斜井附近；如果已經明確探測出水平段采動邊界，也可將新井布設于直井和斜井之間的某個部位，淮安鹽礦的先導試驗井就采用了這種布設方式。

新井鉆井過程中，應與老腔邊界保持合理的距離和相對位置，保持足夠遠的距離以防止新井鉆井過程中鉆入老腔，保持足夠近的距離以保證新腔可以與老腔盡早連通。新井鉆井靶點設置于鹽層底部，在確保地層密封性的前提下，該距離越小越有利于擴大儲氣規模。

新井管柱包括技術套管和中心管。管口盡量接近鹽層底部，目的是保證底部鹽礦被充分溶解，以確保新腔與老腔在盡量低的位置連通，從而可以排出老腔內的更多鹵水，進而獲取更大儲氣空間。

第2步：新腔建造與淤堵防控。

如圖3(b)所示，從中心管注入淡水，注入的淡水溶解鹽礦后形成鹵水，鹵水經由技術套管與中心管之間的環空排到地面設施，隨著溶解時間的推移，新腔體積逐漸擴大?？梢钥紤]定期從中心管注入除渣酸液，其目的是將新腔中產生的沉渣溶蝕為可以被鹵水攜帶到地面的小顆粒，防止沉渣堆積過多而導致堵井，同時也可以防止沉渣過度堆積后制約新腔的橫向發展。除渣酸液的配比根據沉渣的巖性確定，一般為容易與沉渣中的碳酸巖、砂巖或粘土反應，但是不易與鹽礦(主要成分NaCl)發生反應的酸性物質，例如鹽酸(HCl)和氫氟酸(HF)的混合液。同時，還應注意評估除渣酸液對套管腐蝕的影響。

如圖3(c)所示，定期從技術套管與中心管之間的環空注入柴油，在新腔頂部形成柴油墊層，以避免新腔過快向上發展，同時可以避免新腔底部沉渣堆積過多，從而保障新腔的橫向擴展，盡早與老腔連通。

第3步：新腔與老腔連通。

如圖3(d)所示，可采用三種方法促使新腔與老腔連通，分別為：自然溶通、壓裂連通和鉆井連通。

1)自然溶通。新腔建造過程中，直井和斜井井口保持打開狀態，并對直井和斜井的流量進行監測，當監測到直井或斜井中有鹵水持續流動時，說明新腔和老腔已經連通。此時，關閉新井的技術套管閥門，繼續從中心管注入淡水，其目的是進一步擴大新腔-老腔連通通道，此過程須嚴格控制注水總量以避免通道過度溶解后擴大。

2)壓裂連通。當新腔具有足夠的排鹵空間后，打開直井和斜井井口，關閉新井的技術套管閥門，從中心管注入高壓淡水，注水壓力的控制原則為新腔內鹵水壓力高于地層破裂壓力1～3 MPa，由于新腔和老腔距離較近，其間距離最近的部位將最先被高壓水壓開，壓開后繼續從中心管注入淡水，其目的是進一步擴大新腔-老腔連通通道，此過程嚴格控制注水總量以避免通道過度溶解后擴大。

3)鉆井連通。當新腔具有足夠的排鹵空間后，采用短半徑鉆井技術，從新井內下入鉆具，從新腔向老腔鉆孔，直至鉆通形成新腔-老腔連通通道。鉆通后繼續從中心管注入淡水，其目的是進一步擴大新腔-老腔連通通道，此過程須嚴格控制注水總量以避免通道過度溶解后擴大。

第4步：新腔和老腔聯合注氣排鹵。

如圖3(e)所示，將新腔和老腔的井下管柱改造為氣密封管柱系統，其中新井的中心管下入新腔沉渣面以上數米，從斜井(或直井，或直井和斜井同時)注入天然氣，老腔內的鹵水在高壓天然氣的作用下，經由新腔-老腔連通通道，通過新井的中心管返到地面鹵水處理廠。最終，老腔內的鹵水充填區以及和將在充填區等區域內的鹵水基本被排出，形成大型鹽穴儲氣庫。

田卓遞給高潮一支香煙，并指指沙發，示意高潮坐下來。田卓的表情很平靜，沒有像馮可兒那樣喜形于色，高潮想，這或許就是做老板的人所具備的潛在素養吧。像馮可兒這樣的人，或許一輩子就是跟在別人屁股后面打工的命。

圖3 高雜質鹽礦已有溶腔改建儲氣庫過程示意圖

第5步：儲氣庫運行。

如圖3(f)所示，注氣排鹵結束后，將新井的中心管最低點提升至技術套管內部，防止中心管底部長期置于鹵水中被腐蝕，同時中心管提升后也可以作為天然氣注采的通道。儲氣庫運行過程中，從新井、直井和斜井同時注采氣，注采效率有望提高到單井系統的3倍左右。

4.3 現場實施情況

從2014年開始，在國家科技部、國家自然科學基金委和中國石油等單位的資助下，中國科學院武漢巖土力學研究所先后在湖北云應鹽礦[20]和江蘇淮安鹽礦[21]等典型鹽礦區，開展了水平井鹽腔形態構建理論與探測方法的研發工作，探明了不同類型鹽礦的水平井鹽腔形態，同時逐步建立了一套水平井鹽腔形態探測技術體系[29]，為高雜質鹽礦地下溶腔的利用清除了第一道重大障礙。在解決溶腔形態探測難題的基礎上，形成了高雜質鹽礦已有溶腔大規模儲氣技術，有望盤活我國鹽礦開采形成的大量已有溶腔，促使鹽礦采空區地質隱患轉化為寶貴的地下儲庫資源。該技術的優勢主要體現在：

1)以沉渣空隙的有效利用為核心，在沉渣體下部“低位排鹵”，充分利用沉渣中的空隙儲氣，同時沉渣對圍巖的良好支撐有助于降低最小運行壓力，從而使得儲氣庫可儲存更多的氣體；

2)不需要精確測量出已有溶腔的整體形態，規避了沉渣掩埋部位難以探測的問題，降低測量施工難度并節約經濟成本；

3)相對于新建儲庫，可以節省大量的造腔時間，建設速度快，還可以節省大量的造腔工程費用，建造成本低，具有很高的投入產出比。

為盡快推動該技術的產業化，2018年7月，蘇鹽井神牽頭成立“鹽穴儲氣聯合研發中心”，中心成員單位包括中科院武漢巖土力學研究所、淮陰工學院、中國石油中俄東線儲氣庫項目部、淮安市地質礦產勘查院和俄羅斯某聲納儀器公司，形成了“產學研用”的合作系統工程，在淮安鹽礦開展該新型建庫技術產業化先導試驗。2019年12月，“江蘇鹽業水平井鹽穴儲氣庫先導試驗研究成果發布會”在江蘇召開，先導試驗研究成果表明，水平井鹽穴儲氣庫技術可行，尤其有利于多夾層、品位相對較低鹽巖礦區建設鹽穴儲氣庫，且造腔鹵水品質高、建庫速度快、經濟性較好，有在制鹽行業廣泛推廣的意義。下一步，擬在淮安鹽礦的兩個礦區建造25座儲氣庫，設計庫容39×109m3，其中一期工程儲氣庫均是利用高雜質(雜質含量約45%)鹽礦的已有溶腔改建。

5 研究方向及展望

目前，高雜質鹽礦已有溶腔大規模儲氣技術體系正在現場試驗過程中，該技術的發展需要尋求科學理論和現場實踐成果的支撐，盡快形成完善的理論和技術體系。

針對已有溶腔的儲氣利用，未來亟需開展以下3方面的研究工作：

1)基礎理論方面?，F場測試已經驗證鹵水封閉性能良好[31]，需要進一步研究高雜質鹽礦地質體的氣體封閉性能評價方法和理論、沉渣空隙儲氣能力的綜合評價方法和理論、天然氣驅替空隙鹵水過程中的氣液固三相物質運移特征以及儲氣庫循環注采氣過程中的安全評價方法。

2)設計方法方面。多夾層鹽礦水平型溶腔仿真設計方法，需要根據最新的現場試驗數據完善，盡快更新設計軟件版本，形成可靠的設計手段；老井改造的具體方案需進一步完善；井組之間的合理安全礦柱寬度的設計方法也需要進一步研究；基于沉渣空隙儲氣的思路，儲氣庫建設單位也正在針對對流井連通老腔改建儲氣庫的相關技術方案開展研究[32-33]。

3)工程實施方面。目前已經在淮安某礦區開展的模擬注氣排鹵流場現場試驗表明三井式注氣排鹵流體通暢，下一步將在相關部門審批核準后，對已有溶腔井筒進行改造，使其符合儲氣庫密封標準，然后開展現場注氣試驗。

長期來看，在高雜質已有溶腔改建儲氣庫成功的基礎上，應進一步研究高雜質鹽礦新建儲氣庫的理論與關鍵技術，保障儲氣庫建設規模，提高我國鹽礦資源的綜合利用價值，實現采礦與儲能兼備的可持續發展模式。例如，以沉渣空隙儲氣利用技術思路為核心，進一步延伸出了“高雜質鹽礦大型儲氣庫雙井建造方法”[34]以及“一種連通井鹽穴儲氣庫的注采氣方法”[35]等專利技術。同時，還要進一步考慮將沉渣空隙利用方法推廣到單井鹽穴儲氣庫，尤其是一些單井造腔成腔率較低的儲氣庫溶腔，實現儲庫有效擴容。

6 結論

1)形態探測及構建成果表明，高雜質鹽礦水平對接井水溶開采形成的溶腔，絕大部分采動空間被不溶物沉渣掩埋，腔體采動空間的形態呈兩端高、中間低的“凹”字型。

2)高雜質鹽礦已有采鹵溶腔的沉渣堆積體，空隙率高且連通性好，其空隙空間具備儲存天然氣、氫氣或空氣等高壓氣體的基本條件。

3)從溶腔底部排出空隙鹵水的技術思路，采用“低位排鹵”，配合一整套技術流程和風險防控措施，可以有效排出空隙中的鹵水用于儲氣庫，顯著擴大單井組儲氣庫規模。

4)研究成果突破了鹽礦品位對建庫地質條件的限制，儲氣庫前期選址中被否定的鹽礦重新具備了儲氣的可能，對于擴大建庫選址范圍以及促進鹽礦開采可持續發展均具有重要的推動作用。

致謝：中國科學院武漢巖土力學研究所楊春和院士和李銀平研究員全程參與并指導了關鍵理論和技術的研發，王同濤副研究員、陳鋒副研究員以及研究生李金龍、陳濤、葛鑫博、陳祥勝、薛天富和李朋等也參與了研發，現場探測及試驗得到了江蘇蘇鹽井神股份有限公司和中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫管理處等單位的多位工程技術人員的幫助和支持，謹表謝忱。