新疆呼圖壁地下儲氣庫建設(shè)及運行

（新疆油田公司工程技術(shù)研究院，克拉瑪依市，834000）張懷文 高燕 陳浩 周江

新疆呼圖壁地下儲氣庫建設(shè)及運行

（新疆油田公司工程技術(shù)研究院，克拉瑪依市，834000）張懷文 高燕 陳浩 周江

新疆呼圖壁地下儲氣庫是西氣東輸二線首個大型儲氣庫，目的是滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲備。根據(jù)呼圖壁儲氣庫基本情況和儲氣庫建設(shè)前期論證、方案編制、工程建設(shè)、運行管理等多個階段的歷程及工作開展情況，在工程建設(shè)階段，重點介紹了新井鉆、完井和老井封堵等。儲氣庫投運后，如何持續(xù)推進(jìn)儲氣庫精細(xì)管理工作。

地下儲氣庫；天然氣；儲氣庫建設(shè)；老井封堵；運行

天然氣作為一種清潔能源，應(yīng)用越來越廣泛。特別是近幾年來，隨著人們對環(huán)境空氣質(zhì)量的重視，煤改氣工作發(fā)展很快。新疆作為油氣大省，近幾年城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤改氣也得到了快速發(fā)展，因此對天然氣的需求越來越大，冬季尤甚——有時冬季用量甚至是夏季用量的6～10倍。天然氣供需之間始終存在著不均衡性，隨著發(fā)展，更進(jìn)一步加劇了供需之間的矛盾。為了解決天然氣供需之間出現(xiàn)的不均勻性，確保天然氣管道系統(tǒng)滿負(fù)荷高效運行和供氣的穩(wěn)定安全，滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲備等，必須建立適當(dāng)?shù)臍怏w儲藏系統(tǒng)。地下儲氣庫是目前最安全可靠、儲藏量大、經(jīng)濟(jì)有效的天然氣儲藏系統(tǒng)。按國際慣例,我國需建立年消費量15%～20%的地下儲備庫。新疆呼圖壁地下儲氣庫就是在此形勢和發(fā)展的要求下，為調(diào)節(jié)西氣東輸二線輸送的天然氣建立的第一個大型儲氣庫。

1 呼圖壁地下儲氣庫建設(shè)

1.1 呼圖壁儲氣庫概況

新疆呼圖壁儲氣庫是西氣東輸二線進(jìn)入國門后首座大型儲氣庫，是中國石油在新疆部署的第一個以調(diào)峰和儲備為目的的大型天然氣地下儲氣庫。該儲氣庫是在原呼圖壁氣田基礎(chǔ)上改建的。呼圖壁氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，西距呼圖壁縣城約7km，東南距烏魯木齊市約78km，目的層為紫泥泉子組，由下至上分為3段，儲氣層為紫2段，氣藏中部深度3 585m，是新疆油田公司在準(zhǔn)噶爾盆地南緣開發(fā)的第一個整裝氣田，該氣田于1998年4月投入開發(fā)，至2013年累計采氣約53×108m3，采出程度達(dá)42%，已處于穩(wěn)產(chǎn)階段的后期。

呼圖壁儲氣庫是按照新疆地區(qū)用氣調(diào)峰、戰(zhàn)略儲備和應(yīng)急狀態(tài)的三重目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計的，設(shè)計儲氣量達(dá)107×108m3，設(shè)計工作氣量為45.1×108m3。每年調(diào)峰工作氣量為20×108m3，每年儲備工作氣量為25.1×108m3。方案部署整個工程共建37口新井、35km單井注采管道、15.2km注采干線、3座集配站、1座集注總站、35.4km雙向輸氣管道等。

1.2 呼圖壁儲氣庫建設(shè)

呼圖壁儲氣庫從計劃到投入運行，經(jīng)歷了論證、方案編制和工程建設(shè)等多個階段，重點是新井鉆完井和老井封堵。

1.2.1 前期啟動階段

2009年12月底，中國石油勘探與生產(chǎn)分公司組織各油田公司和廊坊分院在全國范圍內(nèi)對儲氣庫目標(biāo)庫址進(jìn)行了摸底、排隊和初步論證，形成了中國石油地下儲氣庫建設(shè)總體規(guī)劃和部署框架方案，其中新疆油田計劃將呼圖壁氣田改建為地下儲氣庫。

2010年2月初，新疆油田公司組織相關(guān)人員對地下儲氣庫研究和建設(shè)情況進(jìn)行了調(diào)研。并要求5月份提交研究報告，6月份進(jìn)行建設(shè)工作的立項工作。通過調(diào)研及研究，相關(guān)科研人員按要求完成了總體方案部署研究、井位布井方案、新井鉆完井工程研究、老井封堵研究等方案編制工作。

1.2.2工程建設(shè)階段

呼圖壁氣田作為一個開發(fā)中后期的氣田改建成儲氣庫，按方案部署既要鉆新井，又要對先前的部分不能繼續(xù)使用且對儲氣庫有影響的老井進(jìn)行封堵。

（1）老井封堵

呼圖壁氣田原有老井13口，其中生產(chǎn)井5口、停產(chǎn)井3口、報廢關(guān)井4口、污水回注井1口，經(jīng)過進(jìn)行老井修復(fù)利用可行性分析，認(rèn)為這些老井不適宜修復(fù)利用。根據(jù)老井位置和檢測評估結(jié)果，認(rèn)為其中呼西1井不在構(gòu)造內(nèi)、呼003井位于構(gòu)造上盤、呼1井未鉆至氣層，這3口老井不需封堵，所以僅需對呼2井、呼001井HU2004井等10口老井進(jìn)行封堵。

由于這些老井具有封堵層位多、封堵難度大、工藝繁瑣的特點。為此，科研人員仔細(xì)分析狀況，對封堵工程設(shè)計進(jìn)行反復(fù)的修改和論證，并為封堵施工做了充分的準(zhǔn)備，安全謹(jǐn)慎施工，確保了封堵工作的順利進(jìn)行。

采用的封井工藝：針對產(chǎn)層、段銑段、井筒等不同封堵部位，采用不用功能的水泥漿體系，通過分段擠堵，帶壓候凝，堵后試壓的工藝，保證封堵效果。

采用的堵劑體系：產(chǎn)層段采用微膨脹超細(xì)水泥堵劑，其特點是漿體顆粒平均粒徑＜6.4μm，小于呼圖壁儲層平均喉道半徑11.9μm，注入性能好；漏失性地層采用氣井封竄堵漏劑，其特點是駐留能力強，適合漏失性地層和管外竄封堵，堵后抗氣竄強度高；井筒采用G級微膨脹水泥漿體系，其特點是水泥石滲透率低，具有微膨脹性能，與套管壁面膠結(jié)強度高，能夠滿足蓋層及井筒封閉的要求。

2013年5月16日，隨著呼001井的產(chǎn)層封堵完成，呼圖壁儲氣庫所有10口需封堵的老井全部完成了產(chǎn)層封堵工作。封堵工作的高質(zhì)量完成，確保了儲氣庫的完整性和封閉性；

（2）鉆、完新井

方案部署整個工程鉆、完新井37口，其中注采井30口（直井26口，水平井4口），監(jiān)測井5口，污水回注井2口。

2011年6月，呼圖壁儲氣庫第一口注采井HUK18井開鉆，標(biāo)志著儲氣庫注采系統(tǒng)建設(shè)開始啟動。

在鉆、完井過程中，新疆油田公司和西部鉆探公司非常注重固井質(zhì)量。由于呼圖壁儲氣庫為氣藏型儲氣庫，鉆井的固井質(zhì)量是儲氣庫建設(shè)的重中之重。如果固井質(zhì)量不過關(guān)，地層中儲存的天然氣就可能沿套管外竄到淺層或地表，成為安全隱患。為了加強鉆完井技術(shù)管理，新疆油田公司和西部鉆探公司共同成立聯(lián)合專家組，并引進(jìn)第三方監(jiān)管，以地質(zhì)工程一體化強化溝通協(xié)調(diào)。通過采取前所未有的嚴(yán)格措施，有效控制各施工環(huán)節(jié)，在提高水泥漿配比、縮短凝固時間等一系列技術(shù)措施保障下，使固井質(zhì)量大幅提高，確保了固井質(zhì)量。在完成的120井次固井施工中，一次合格率100%，優(yōu)質(zhì)率為36.7%，注采井固井質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

截至2015年4月，呼圖壁儲氣庫已完鉆注采井29口，地面具備投產(chǎn)條件井24口。

2 呼圖壁地下儲氣庫運行

地下儲氣庫建成投入運行的標(biāo)志就是注采井的成功注氣和采氣。

2013年6月9日呼圖壁儲氣庫開始注氣，并一次性投產(chǎn)成功，3座集配站已全部投用，累計投用注氣井16口，日注氣總量達(dá)1 123×104m3。2013年10月30日，呼圖壁儲氣庫按計劃全線關(guān)井停止注氣，第一輪注氣周期平穩(wěn)注氣142d，累計注氣12.09× 108m3。

2013年11月8日正式投入調(diào)峰采氣運行。截至2014年3月16日呼圖壁儲氣庫第一周期采氣結(jié)束，共采氣68d，階段采氣量為2.67×108m3。

2014年4月11日，呼圖壁儲氣庫啟動第二周期注氣工作，到10月14日結(jié)束，共計注氣187d，累計注氣17.68×108m3。

自進(jìn)入2015年1月以來，隨著冬季用氣高峰的到來，呼圖壁儲氣庫積極發(fā)揮應(yīng)急調(diào)峰作用，日采氣量一度高達(dá)753×104m3。

截至2015年6月26日，呼圖壁儲氣庫已實現(xiàn)安全平穩(wěn)運行747d，共投產(chǎn)注采井24口，日均注氣904×104m3，最高日注氣1 182×104m3，累計注氣突破40×108m3大關(guān)，達(dá)40.78×108m3，累計采氣7.26× 108m3。

以上儲氣庫的注采歷程，標(biāo)志著地下儲氣庫的建成和安全平穩(wěn)運行。

2.1 儲氣庫注氣工藝

將西氣東輸二線來自土庫曼斯坦的天然氣通過雙向輸氣管線輸入集注站，經(jīng)旋流分離器分離出氣體中攜帶的液滴及砂粒后，進(jìn)入注氣壓縮機進(jìn)行增壓，增壓后天然氣通過注氣干線輸至集配站，計量后分輸至各注采井，注入儲氣庫儲氣層。

2.2 儲氣庫采氣工藝

當(dāng)需要動用儲氣庫天然氣時，就可開井生產(chǎn)。流程是將各單井采出的高壓天然氣通過注采管道輸至集配站，經(jīng)初級節(jié)流、輪井分離、計量后匯合經(jīng)集氣干線輸至集注站，然后通過輸氣管線將天然氣輸出。

2.3 儲氣庫運行管理

（1）為了確保呼圖壁儲氣庫成功、平穩(wěn)、安全運行，新疆油田公司提前完成了呼圖壁儲氣庫注采系統(tǒng)投產(chǎn)運行方案編制和評估工作，完成了管理運行制度和操作規(guī)程的編制工作，并提前進(jìn)行了員工培訓(xùn)等工作，為儲氣庫投產(chǎn)運行奠定了堅實基礎(chǔ)；

（2）通過第一周期的注、采氣運行，獲得了大量的采氣動態(tài)資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)，為儲氣庫采氣動態(tài)分析及后續(xù)周期注采運行提供了科學(xué)依據(jù)。在儲氣庫第二周期注氣前，呼圖壁儲氣庫作業(yè)區(qū)深化注采規(guī)律研究，持續(xù)推進(jìn)儲氣庫精細(xì)管理。通過優(yōu)化方案，逐步擴大有效動用體積，降低天然氣儲采損耗；通過開展壓縮機組運行狀態(tài)監(jiān)測分析，降低運行費用；按照動態(tài)監(jiān)測方案，及時做好注氣、平衡、采氣期動態(tài)監(jiān)測，不斷深化隔夾層、水體規(guī)模和能量認(rèn)識，總結(jié)注采規(guī)律，核實能力，復(fù)核庫容，監(jiān)測邊底水，評價封閉性，逐步實現(xiàn)地層壓力達(dá)到調(diào)峰值；

（3）實施精品檢修、完善儲氣庫管理。為對上一運行周期內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時整改、對設(shè)備設(shè)施進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)、保障下一個注采周期設(shè)備的安全平穩(wěn)運行，在每年注、采氣平衡期內(nèi)須對注采系統(tǒng)進(jìn)行全面檢修，以確保儲氣庫集注站露點單元、凝析油單元、輔助單元、各單井井場及集配站的工藝設(shè)備、儀表自動化、電器、安全環(huán)保等4大部分得到更好的保養(yǎng)和維護(hù)，從而保障下一個注采周期設(shè)備的安全平穩(wěn)運行。

3 結(jié)語

新疆呼圖壁地下儲氣庫作為西氣東輸二線首座大型儲氣庫、也是中國石油目前規(guī)模最大、建設(shè)難度最大的儲氣庫的建成與投運，標(biāo)志著我國儲氣庫建設(shè)能力的提高和技術(shù)水平的日臻成熟。呼圖壁儲氣庫的成功投運，不僅將有效緩解北疆冬季用氣緊張的局面，對保障西氣東輸穩(wěn)定供氣、北疆天然氣平穩(wěn)供應(yīng)和國家能源戰(zhàn)略儲備發(fā)揮重要作用，而且還將為今后我國其他相似類型儲氣庫的建設(shè)提供可借鑒的成功經(jīng)驗與教訓(xùn)，這無疑會有力促進(jìn)我國地下儲氣庫建設(shè)，從而不斷滿足日益增長的天然氣儲氣需要。

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