利用枯竭油气藏建设地下储气库工程的配套技术.pdf

第 2 9 卷第 9 期 天然气工业 利用枯竭油气藏建 设地下储 气库 工程的配套技术 李建 中 徐定 宇 李 春 1 ． 中国石油勘探开发研究 院廊坊 分院2 ． 中国石 油规 划总院 李 建中等 ． 利 用枯竭油气藏建设地 下储 气库工程 的配套技 术． 天然气工 业， 2 0 0 9 ， 2 9 9 9 7 9 9 ． 摘 要 枯竭 油气藏是 世界 上最适合建设地下储 气库 的一 种类 型， 在 我 国也是建 设地 下储 气库的首选 类 型。 为此 ， 对利用枯竭油气藏建设地下储 气库的特殊性进行 了分析 ， 发现有如 下特 点 原有老 井多 、 服役 时间长、 井况复 杂； 储气层压 力低 ， 保护储层 防止 污染的技术难度大 ； 储 气库运 行始终 处于 交变 载荷 的变化过 程 中， 对 工程质量 要 求更高。针对性地提 出 了建库 工程的配套技术 原 有老井处理技 术 可利用老 井的筛选 技术 、 合理利 用老井部 署监 测观察井技术 、 可靠封堵报废老井 的配套 关键 技术 和 建库 新钻 注采井在 钻 井一 固井一完 井施工 全过 程 中实施 保 护储 层一体化联作方 式的关键技 术。该 配套 技 术对 我 国今 后建 设枯 竭 油 气藏 型地 下储 气库 工程 具 有 实用及 参 ● 。 考 价 值 。 关键词 天然 气储备 枯竭油气藏 储 气库工程 老井 储层保护 钻 井 固井 完井 封堵 报废 D0I l 0 ． 3 7 8 7 ／ i ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 0 9 ． 0 2 7 枯竭油气藏是世界上最适合建设地下储气库 的 ～ 种类 型[ 1 ] ， 在 我 国也 是 首 选 的建 库 目标 类 型 。 已 经枯 竭油气 田的开 发基 本上 经 历 了 产量 增 产 、 稳 产 、 递 减 3个 阶段 ， 地层 压力 已经下 降 到 废弃 压 力 附近 。 通 过 对 3个 生 产 阶段 资料 的分 析 ， 可 以基 本 弄 清 楚 能 否利 用枯 竭油 气藏 建设 储 气 库 。假 设 已 经 完成 了 对 油气 藏地 质 、 气 藏 工程 以及 安 全 性 的评 价 ， 初 步 认 定枯竭油气藏用作建设储气库是非常可靠的 ， 那么 ， 这 时建 设枯 竭油 气藏 型储 气 库 的关 键 就 取 决 于油 气 田现有井的技术状况 以及建库新钻井对储 气层的有 效 保 护 。 建 库 工程 的 配套 技 术 ， 就是 指 针 对 建 库 目标 的 具 体 条 件 及特 殊性 ， 能 合 理 地处 理 油 气 田现 有 老 井 以保障储气库安全 ， 同时能有效地保护好储层 ， 满足 建库施工质量达到储气库设计标准和设计调峰规模 的工程 配套 技术 。 l 枯竭油气 藏建库的特殊性 1 ． 1原有 老 井多 、 服 役 时 间长 、 井况 复杂 引发储气库泄漏 的主要 因素有地质 因素和工程 因素 。天 然气 通 过 盖 层 漏 失 的情 况 不 常 见 ， 最 常 见 的是 通过 老井 的漏 失 l_ 2 ] 。 油气 田到 了开发末期， 老井服役时间～般都在 十几 年 到几 十 年 ， 老 井 的 固 井 质 量 和套 管腐 蚀 老 化 情况 严重 ， 工程报 废 井 、 套 变 井 、 套 损 井 、 管 外窜 井 等 井况十分复杂 ， 老井井数多 ， 相当于在完整的构造上 开 出 了“ 千疮 百 孔 ” ， 极 易 引 发 天 然 气 沿 老 井 井 筒 或 套管外发生向上或向下窜通泄漏 。因此， 建设枯竭油 气藏储气 库 工程 的关 键 技 术 之 一 ， 就 是 合 理 筛选 、 利 用、 处理老井以及封堵报废建库构造上的全部老井。 1 ． 2 储气层压力低 。 保护储层 防止污染 的技术难度大 建设地 下储气库工程 的评价指标 ， 目前常用的 有两 个 一是 注采 气 能力 ， 即在 1天 之 内能够 采 出天 然气 的最 大 量 ； 另 一 个 是 储 气 库 的工 作 气 量 。当 油 气藏进入衰竭开采期时 ， 储层压力下降到 了废弃压 力 附近 ， 储气 库建 库 时压 力 系数 为 0 ． 3左 右 ， 已经 降 到相 当低 的水平 。建库保护储层技术将对新钻注采 气井的注采气能力和储气库调峰规模产生十分重要 的影 响 。 建 库 工 程 实施 过 程 中 ， 对 建 库工 程 材 料 的质 量 可靠 性要 求 高 ， 同 时 对 储 层 保 护 标 准 要 求 严 格 。因 此工 程实 施 技术 难度 大 。 1 ． 3 储 气 库运 行始 终处 于 交 变载 荷 的 变化 过 程 中 。 对 工程 质 量要 求更 高 利 用枯 竭 油气 藏建 设储 气 库不 同于 常 规 油气 田 的开发 ， 建库时油气藏的静态物性特征 、 储层的生产 ． 作者简介 李建中 ， 1 9 5 4 年 生 ， 高级工程师 ； 现从事地下储 库工程设 计与研 究工作 ， 现 任 中国石油勘 探开 发研究 院廊坊 分 院地下储库研究 中心 副主任。地址 0 6 5 0 0 7 河北省廊 坊市 万庄 4 4号信 箱 。电话 0 1 o 6 9 2 1 3 3 8 1 。E ma i l l j z 3 8 1 s i n a ． c o m 9 7 天然气工业 2 0 0 9 年 9 月 动态特征 都会 发生一 系列 变化 。油气 田开发 是 油气 藏趋 于 降压 开采 的一 次 性过 程 ， 而储 气 库 则 既是 储 气 场所 ， 又是方 便 的供 气 气 源 ， 到 注 气 期 结 束 时 ， 注 入 的气量 将充 满气藏 ， 完成 一次 升 压 过程 ； 而 在用 气 量 增加 的时候 ， 就得从 储气 库 中采 出气 体 ， 到 采气 期 结束时， 气藏压力又下降到储气库运行下限压力 附 近， 完成一次降压过程。这样的一 次升降压注采气 过程， 称为储气库运行周期 。储气库每年要进行一 个 周期 或多 个 周 期 的运 行 。因此 ， 储 气 库 始终 处 于 反 复 交 变载 荷 的变 化 过 程 当 中 ， 这对 建 库 工 程 的 老 井处理技术 、 新钻注采气井的施工和低压储层保护 技术 都提 出 了更 高 的要 求 。 2 建库工程的配套关键技术 2 ． 1 原 有老 井处理技 术 2 ． 1 ． 1 可 利 用 老 井 的 筛 选 技 术 老井 服役 时 间长 ， 井 况差 ， 原则 上 不再 用 以注采 气 。但在初期 的建库过程 中， 从有利于恢 复储集 层 储气体积、 形成有效库容及其经济性的角度考虑， 采 用建库 数值模 拟预 测 的方 法 ， 可注 气 模 拟 、 测 试 并 筛 选 出可 以利用 作 为排液井 和监 测观 察井 的老井 。 注气 模 拟 时 ， 要 设 置不 同注 气 速度 的储 气 库运 行方案 。假定 当老 井所在 构造 位 置 的井 内气 液 比大 于等 于 3 0 0 0 m。 ／ t 时将 自动关 井 ， 由此计 算 出不 同 注气速 度下构 造上 老井从 开 始排 液 到关 井 时所 经 历 的时 间 。在 注气后 期 ， 这 些井 都先 后 关 井 ， 位 于构 造 较低 部位 的井 ， 关 井 较 晚 ； 注 气 速 度越 高 ， 指 进 越 严 重 ， 关 井越 早 。注 气 排液 关 井 时 间不 能 满 足 储 气 库 运行 周期要 求 的老井 、 注气 指进严 重 ， 很 快 就 气窜 的 老井 ， 原 则上不予 采用 ， 而且 在建 库 前期 工 程 施工 时 就要 全部永 久性 封堵报 废 。 这样 我们就 可筛选 出注 气 排液 关井 时间 能 够满 足储 气 库 运行 周 期 的 老井 ， 初 步 选 定 为排 液 井 及 边 界监测 观察 井 ， 然 后 再 通 过 老井 检 测 、 修 复 、 试 压 评 价 ， 最终确 定可利 用 的老井 。 2 ． 1 ． 2 合 理利 用老 井部署监 测观 察 井技 术 利 用 老井 进 行 监 测 ， 主要 是 进 行储 气 库 安 全 监 测 和运行 动态观 察 。 若 储 气库 是 受 断 层 岩性 控 制 的储 气 构 造 ， 那 么 主控断层在储气库周期注采运行过程 中的有效封闭 性 ， 就 是储 气库 安 全 运 行 的 监 测 关键 因 素 之一 。随 着储气 库运行 过程 的压 力 、 温度 变 化 ， 对 气 、 油 、 水 边 界波动 规律 的动态 观察 以及对 可 能发 生 泄漏 点 的监 测就成 为储气 库监测 工作 中 的重 点 。 98 在 构 造 的断 层 附 近 ， 部署 断层 断点 部 位 的观 察 井 ， 用 于 监 测 储 气 库 可 能 向 外 发 生 泄 漏 的可 能 性 。 选 择储 气 库 气 藏 顶部 盖层 之 上 的 渗 透性 地 层 ， 部 署 构 造顶 部 观察 井 ， 用 于 监 测储 气 库 如果 发 生泄 漏 并 产 生次 生 气 藏 的可 能性 。在 构 造 中有 时 存 在 鞍 部 也就是 最低 点 ， 当天 然 气 到 达 该 处 时 就会 泄 漏 出 去 。在 靠近气 泡一 端 的构造 低 点部 署 气水 边 界 观察 井 ， 用来 监测 该点 的气水 活 动情 况 ， 防 止 天然 气 泄漏 溢 出。 根 据 老井 所 处 构 造位 置 ， 合 理 选 择 水 体部 位 的 老井 、 地 质 报废井 以及 筛选 评价 出的 可利 用 的老 井 、 排 液井 ， 可 以在后期 用作 储气 库监 测观 察井 。 2 ． 1 ． 3老 井封堵 报废 的 关键 技 术 对于不再利用的老井 ， 建库 注气之前就要进行 永久性封堵报废。可靠地封堵报废老井对 于保障储 气 库工 程 的顺 利 实施及 日后 储气 库 的安全 运 行都 至 关 重要 。 从 国 内 外现 场 实 践 来看 ， 常 用 的封 层 堵 剂 主要 有两 类 一 类 为 树 脂 类 堵 剂 ； 另 一 类 为 水 泥 类 堵 剂 ] 。采用平 均 粒径 7 F m 左 右 的超 细 水 泥 材 料作 堵剂 ， 直接 挤 注封 堵 储 气 层 段 ， 具 有封 堵 半 径 大 、 与 地层 和套管 粘结 牢 、 封 堵强 度 高 、 初 凝 时 间 可调 等优 点 ， 可 以有 效 地 防 止储 层 天 然 气从 套 管 内沿 井 简或 套管 外沿 水泥环 发生 泄漏 。 老 井 封 堵 报废 工 艺 ， 采 取 三 级 封堵 带 压 候 凝 为 主体的永久性封堵报废井工艺， 即 第一级在储层以 下井 段打 灰塞 ， 形 成底 板保 护 ， 防 止气 体 向下窜 入 其 他 渗透 层 ； 第 二 级 采 用 超 细水 泥 等 材 料 直接 挤 注储 气层 段 进 行 封 堵 ； 第 三级 在储 层 以上 井段 打水 泥 塞 面 直 接上 返 到 老井 原 水 泥 返 高 位 置 ， 形 成顶 板 双 重 保 护 。同时对 于 固井 质 量 达 不 到 要 求 的 老井 ， 采 取 套铣或锻 铣套管后 打水 泥塞封堵 工艺封堵 报废老 井 。在长 江三 角 洲 地 区 建设 枯 竭 油 气藏 储 气 库 时 ， 采用 上述 技术对 1 7口老井 实 施 了封 堵 报废 施 工 ， 试 压检 测质 量全部 合格 _ 4 ] 2 ． 2 建 库保 护低压 储层 技术 2 ． 2 。 1 气库 注采 井的特 殊要 求 建 设 储 气 库 的 注采 气 井 不 同 于 天然 气 开 发井 。 一 般 情况 下储气 库设 计为 注 采合 一 井 ， 既是 注 气井 ， 又是 采气井 ， 具有 双重 功 能 ， 所 以储 气 库 注采 气 井要 承载交变载荷的变化 ； 其次 ， 储气库 的运行特点是采 气速度高 、 强度大 ， 注采气井始终处 于强 注强采 、 多 周期 、 大排量 吞 吐的周 期运 行 过程 之 中 。因此 ， 对储 气 库注 采井 的井 身质量 要求 高 ， 要 求 气密 封 性好 、 服 第 2 9 卷第 9 期 天然气工业 役 时 间长 。俄 罗斯 建 设 运 行 的 1 7座 枯 竭 油 气 藏 型 储 气库 ， 有 l 6座 运行 时 间为 1 9 ～5 0天 ， 储 气 库 注 采 气 井 的持续 生产 时 间已超 过 5 0天 。 2 ． 2 ． 2钻 井 工艺技 术 在新 钻 注采 气井 时 ， 要求 首 先 预测 、 核对 地 层 压 力 ， 尽 可能利 用地 层敏 感 性试 验 分 析 成果 ， 选 择 合 理 的优质 钻井 液 、 泥 浆 处 理 剂 及 添 加 剂 。严 格 控 制 钻 井 液密 度和 滤失 量 ， 要 求 AP I 失 水小 于 5 mL 。 同时 加 强 固相控 制 ， 要 求 含 砂 量 小 于 0 ． 3 ， 减 少 滤 液 和 固相颗 粒侵 入储 层 。 钻开储层时， 要保持钻井液流变性能的稳定 ， 保 证 其各 项性 能指 标始 终符 合 保 护储 层 及 稳定 井 壁 的 要求 。严格控制施工排量、 泵压等参数 ， 力求做到平 衡 或微 超平 衡 钻井 。 当钻进 至储 层前 5 0 m 时应 充 分 除砂 除 泥 ， 适 当 降低黏切 ， 均匀加入暂堵剂材料 ， 对储层进行 屏蔽暂 堵 ， 保 护好储 层 ， 有 效 防止 污 染 。钻 开 储 层 后 ， 为 减 少 钻井 液 对储 层 的 浸泡 时 间 ， 应 该在 4 8 h内进 行 电 测 井 和 固井 作业 施工 。 考 虑到 储气 库 注采过 程 中注采 井 “ 吞 吐 ” 作用 引 起 的交 变应 力对 井筒 的影 响 和 注采 气 井 流 物 对套 管 的腐蚀 ， 井身质量应满足长期使用的要求 ， 生产套管 宜 选用 厚壁 气密 封螺 纹套 管 。 2 ． 2 ． 3 固井 工 艺技 术 储 气 库 运行 的特 点 要 求 注 采 气 井 能 承 受 低 压 、 高 压交 替性 的 变 化 ， 使 用 年 限 尽 可 能 长 ] 。 世界 上 最早建成运行的储气库注采气井的寿命 已经超过 5 o a ， 至 今还 在正 常运 行 。所 以注 采 气 井 的 固井 对 水 泥 石 的强度 及 致密 性 、 水 泥环 与 套 管 、 井壁 的胶 结 质 量 和 长期 密封 性 的要 求 更高 。储 气 库 注 采井 的特 殊 性 要求 固井 时 水泥浆 必 须返 至地 面 。 考虑到利用枯竭油气藏建库注采井水泥浆封 固 井 段 长 ， 保 护 储 层 的 固井 工 艺 技 术 主 要 采 用 双 级 固 井 工艺 。一 级 固井 首 先保 证 套 管 鞋 处 的 固井 质量 ， 固井 时要 考 虑水 泥浆 零析 水 。二 级 固井 水 泥 浆 返 至 地 面 ， 固井时 利用 钻井 储层 屏 蔽 暂堵 效 果 ， 采 用 低 密 度水 泥浆 体 系 ， 同样要 控制 A P I 滤失 量小 于 5 0 mL， 析 水量小 于 2 mI ， ， 从 而在 固井过 程 中实 现对 低 压 储 层 的保 护 。 2 ． 2 ． 4 完井 工艺技 术 由于建 库 时 枯 竭 油 气 藏 地 下 亏 空严 重 ， 为 了保 护 射孔 后 的 储 层 不 受 压 井 液 的 污 染 ， 完 井 采 用 射 孔一完井联合作业的一次完井工 艺技术 。射孔后将 射 孔管 柱丢 人井 底 ， 即可 直接 投 产 ， 不 仅 避免 了对 储 层 的二 次 污染 ， 还 可缩 短井 下 作业 工 期 ， 大 大节 省 作 业 成本 。 针对枯竭油气藏在建库施工过程 中不可避免会 发生储 层 污染 的问题 ， 射孔 时用 液 氮掏 空井 筒 ， 确 定 合理的负压值 ， 采用深穿透负压射孔技术 目前深穿 透射孑 L 弹的穿深大于 9 0 0 mm 进一步改善储层近井 壁地带的渗流能力 ， 提高储层的导流能力 。 注采 气 井 的 完 井 管 柱 要 选 择 气 密 封 型 生 产 管 柱 ， 配 套 设 施 必 须 能 对 井下 异 常情 况 下 的 高压 气 流 实施 快 速 控 制 ， 要 求 安装 带 有 井 下安 全 阀 和地 面 安 全 阀 的 自动 控制 系统 。 3 结 论 1 利 用 枯竭 油气 藏建 设 储 气库 在 我 国是 首选 的 建库 类 型 。建 设 储 气 库 工 程 配 套 的关 键 技 术 ， 是 建 库构 造原 有 老井 的处 理 技术 和新 钻 注 采 气 井 的储 层 保护 技术 。 2 针 对 改建 储气 库 的油 气 藏 的具 体 条 件及 特 殊 性 ， 采用建库数值模拟预测的方法 ， 合理地筛选处理 利 用 老 井 作 为 边 界 排 液 井 和 部 署 为 监 测 观 察井 ， 可 以减 少建 库 钻井 数量 ， 降 低建 库工 程投 资 。 3 通 过筛 选 、 检 测 、 评 价 ， 确 定 不再 利用 的老 井 ， 建库 注气 升 压之 前就 要进 行 永 久性 封 堵 报 废 。防止 储气 库 运 行 过 程 中 因老 井 诱 发 天 然 气 泄 漏 ， 这 是 决 定建 库工 程安 全 的关 键之 一 。老 井 封 堵 报废 一 般 采 取三 级封 堵 带压候 凝 为 主体 的永 久 性 封堵 报废 井 工 艺 ， 这 对 于保 障储 气库 工程 质 量至关 重 要 。 4 建 库 保 护 低 压 储 层 技 术 ， 新 钻 注 采 气 井 应 该 从 钻井技 术一 固井 技 术一完 井 技 术 系 列 的施 工 全 过 程 ， 实施配套 的保 护储 层一 体化 联作 方 式 。这 是建 设 枯 竭油 气藏 型地 下储 气库工 程 ， 实 现新 钻注采 气井 达 到储 气库设 计规模 和设计产 能指标 的重要保 障 。 参 考 文 献 [ 1 ]宋德 琦 ， 苏 建 华 ， 任 启 瑞 ， 等． 天 然 气 输 送 与 储 存 工 程 E M] ． 北 京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ]奥林 弗拉尼 根． 储 气库 的设计 与实 施 [ M] ． 张 守 良， 陈 建军 ， 万玉金 ， 等译 ． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． E 3 ]张平 ， 刘 世强 ，张 晓辉 ， 等． 储气 库 区废弃 井封 井工 艺技 术E J ] ． 天然气 工业 ， 2 0 0 5 ， 2 5 1 2 1 1 1 ～ 1 1 4 ． [ 4 3李建 中． 西气 东输 地下储 气 库初 步设计 E R ] ． 廊坊 中 国 石油勘探开发 研究 院廊坊分 院， 2 0 0 8 ． E 5 ]华爱 刚， 李建 中， 卢林 生． 天然气 地 下储气 库 E M] ． 北 京 石油工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 收稿 日期2 0 0 9 0 6 1 1 编 辑何明 99 。