[发明专利]一种面向盐穴储氦库的氦气渗漏深度预测方法

说明书

本发明公开了一种面向盐穴储氦库的氦气渗漏深度预测方法。先获取岩样的孔隙度、迂曲度以及孔径分布数据，再结合本发明提出的考虑克努森效应、粘性流动和表面扩散效应的盐岩综合渗透率预测方法，计算氦气在盐穴所处温压条件下的综合渗透率；最后，根据井口压力和氦气注采数据，结合气体渗流方程，可预测氦气在储备周期内的渗漏深度，为储氦库的设计建设以及氦气的安全高效储备提供了理论参考。

技术领域

本发明涉及战略能源物质储备技术领域，尤其涉及一种面向盐穴储氦库的氦气渗漏深度预测方法。

背景技术

氦气作为一种战略稀缺物质，广泛用作航天工业的压送剂和增压剂、核工业的冷却液和焊接的保护气体。目前，中国对氦气储量的研究、勘探、评价程度均很低，资源量和储量情况基本不明。虽然在四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地和准噶尔盆地等地区有氦气资源的发现，但是总体上氦气含量较低。受氦气储量少、开发成本高等因素影响，中国的氦气产量远远小于实际需求量。2020年，我国98％左右的氦气依赖于进口。综上，短时间内我国氦气资源高度依赖进口的局面难以得到有效改观。复杂的国际形势成为制约我国氦气供给安全和国际商务谈判的重要隐患，是威胁我国氦气供给安全的“卡点”。因此，进行大规模的氦气储备对保障我国氦资源安全具有重要的战略意义。

盐岩地层是深地储能的优良地质体，其具有渗透率低(小于10^-20m²)、孔隙度小(小于1％)的特点，在美国、欧洲和中国等能源需求大国被广泛用于天然气的储备，也是我国实施大规模储氦的重大发展方向。相对于常规天然气的地下储备，氦气分子直径为0.26nm，比甲烷分子直径0.38nm小30％左右，在相同的运行压力下，氦气的渗透扩散作用更强，这也对盐穴储气库的密封性提出了更高的要求。

在盐穴储气库的密封性评价中，非常关注氦气的渗漏深度，主要表现在以下几个方面：(1)渗漏深度是设计并判断盐穴储氦库群之间是否窜流的核心因素，从流动角度直接决定了安全矿柱距离；(2)相较于天然气，氦气的成本更高，渗漏深度也是评估氦气损耗量的重要因素，是工程应用中必然考虑的经济性问题；(3)相较于欧美的盐丘型盐岩，我国盐岩具有盐层薄、夹层多、微裂隙发育等不利地质因素，渗漏深度是盐穴选址时优先考虑的关键因素。因此，准确预测氦气在长周期战略储备过程中的渗漏深度对保障氦气储存安全高效具有重要意义。

发明内容

本发明通过提供一种面向盐穴储氦库的氦气渗漏深度预测方法，能够对氦气在长周期战略储备过程中的渗漏深度进行准确预测。

本发明提供了一种面向盐穴储氦库的氦气渗漏深度预测方法，包括：

获取岩样的孔隙度、迂曲度以及孔径分布数据；

通过公式计算得到粘性流动所对应的渗透率分量k_v；其中，λ_max为盐岩的最大孔径，λ_min为盐岩的最小孔径，λ为盐岩的孔径，τ为盐岩的迂曲度，N为孔径为λ的孔隙数量，A为氦气的渗流面积；

通过公式计算得到克努森效应所对应的渗透率分量k_k；其中，μ为氦气的粘度，Z为氦气的压缩因子，p为气体压力，R为气体常数，T为氦气的温度，M为氦气的摩尔质量，K_n为氦气的克努森系数；

通过公式计算得到表面扩散效应所对应的渗透率分量k_s；其中，δ为氦气的摩尔直径，θ为孔隙压力与朗缪尔压力关系的无量纲系数，D_s为表面扩散系数，C_amax为盐岩的最大气体容量，p_L为氦气的朗缪尔压力；

通过公式k＝k_v+k_k+k_s计算得到氦气的综合渗透率k；