復(fù)雜老腔改建儲(chǔ)氣（油）庫可行性分析

楊海軍，閆鳳林

（中國石油西氣東輸管道公司儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

鹽巖具有非常低的滲透性且力學(xué)性能較為穩(wěn)定，能夠保證儲(chǔ)庫的密封性，所以鹽巖溶解形成的腔體是能源（石油、天然氣）理想的儲(chǔ)存空間[1，4]；但我國鹽穴儲(chǔ)氣（油）庫建設(shè)起步較晚，鹽巖層厚度薄且隔夾層多，所以儲(chǔ)氣（油）庫建設(shè)進(jìn)度較慢，如果將鹽化企業(yè)老腔經(jīng)過改造施工，達(dá)到儲(chǔ)氣（油）庫的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，用來做儲(chǔ)氣（油）庫，將大幅增加我國儲(chǔ)氣（油）庫的規(guī)模，以緩解我國儲(chǔ)氣（油）庫建設(shè)嚴(yán)重滯后，儲(chǔ)氣（油）能力亟需提高的壓力。

1 我國地下存在大量老腔

我國市場上供應(yīng)的鹽制品主要來自賦存于地下的鹽巖礦藏，鹽化企業(yè)通過在地面鉆井，將淡水注入鹽巖層，溶解鹽巖形成鹵水，再把鹵水采至地面，通過地面的設(shè)備煉制成市場上所需的鹽制品。鹽化企業(yè)經(jīng)過近三四十年的鹵水開采，在地下形成了大量的老腔，據(jù)統(tǒng)計(jì)在我國金壇、云應(yīng)、淮安、平頂山、楚州等地有300 個(gè)以上的老腔存在（見表1）。

表1 我國鹽化老腔分布不完全統(tǒng)計(jì)表

2 單腔改造獲得成功經(jīng)驗(yàn)

2007 年中國石油西氣東輸儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部對(duì)金壇地區(qū)43 個(gè)老腔進(jìn)行普查，經(jīng)過初步篩選，對(duì)15 個(gè)老腔進(jìn)行了聲吶檢測工作（形狀見圖1），并應(yīng)用全井套銑的方法將原采鹵井的生產(chǎn)套管全部取出，用擴(kuò)眼鉆頭擴(kuò)眼后，重新下入新的生產(chǎn)套管固井，成功改造5 個(gè)老腔用于儲(chǔ)氣生產(chǎn)。目前已經(jīng)進(jìn)行過幾十輪注采運(yùn)行周期，累積注氣5.8×108m3，累積采氣4.2×108m3，仍然保持安全平穩(wěn)。

在2013 年通過帶壓聲吶檢測工作，監(jiān)測投入生產(chǎn)運(yùn)行后的腔體形狀及凈體積變化，測量結(jié)果顯示腔體形狀基本無變化，體積收縮率為1 %～2 %，處于合理范圍之內(nèi)（見圖2）。

3 復(fù)雜老腔改造難點(diǎn)

雖然在金壇對(duì)老腔改建儲(chǔ)氣庫獲得了成功，但僅限于單井單腔、形狀規(guī)則的老腔進(jìn)行改造，對(duì)多井單腔、形狀復(fù)雜的老腔改造還未涉及，復(fù)雜老腔改造主要面臨形狀檢測困難和改造施工困難兩個(gè)難題。

目前鹽化企業(yè)主要通過雙井的方式進(jìn)行采鹽，分為鉆水平定向井連通和水力壓裂連通兩種情況，雙井連通后，不定期變換兩井的注采關(guān)系，這樣就會(huì)在采鹵水的同時(shí)，在兩井之間形成水平通道，但目前沒有實(shí)測資料，無法準(zhǔn)確判斷；鹽化企業(yè)在采鹽過程沒有控制腔體形狀，而且有些采鹵井進(jìn)行過水力壓裂施工，所以會(huì)造成腔與腔之間相互連通，這樣就會(huì)出現(xiàn)多井單腔的情況（見圖3），腔體形狀往往十分復(fù)雜，目前的聲吶測量儀器無法完成復(fù)雜老腔的形狀檢測工作，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 金壇地區(qū)老腔三維形狀圖

圖2 金壇地區(qū)老腔投入運(yùn)行后聲吶對(duì)比圖

圖3 復(fù)雜老腔形狀示意圖

4 老腔利用的可行性

4.1 復(fù)雜老腔形狀檢測

通過對(duì)現(xiàn)有聲吶測量儀器增加若干個(gè)轉(zhuǎn)向棒（見圖4），當(dāng)聲吶儀器到達(dá)腔內(nèi)不溶物頂面時(shí)，轉(zhuǎn)向棒依靠自身重力與聲吶儀器之間的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使聲吶儀器水平轉(zhuǎn)向，并驅(qū)動(dòng)其向前移動(dòng)，這樣就可以測量出兩井之間的水平腔，進(jìn)而弄清復(fù)雜老腔的具體形狀，為復(fù)雜老腔后續(xù)改造施工提供了基礎(chǔ)。

4.2 老井封堵改造

圖4 復(fù)雜老腔聲吶檢測裝置示意圖

在金壇地區(qū)老腔改造的方式為對(duì)老井表層和生產(chǎn)套管進(jìn)行套銑，然后重新下入套管固井，水泥返至地面，檢查固井質(zhì)量并進(jìn)行氣密封試壓，如果均合格，則改造成功；考慮到后續(xù)的注氣排鹵作業(yè)需要將排鹵管柱下入到腔內(nèi)的最低點(diǎn)，這樣才能最大限度地把鹵水排出，充分利用腔內(nèi)空間進(jìn)行儲(chǔ)氣，但復(fù)雜老腔的不溶物分布情況復(fù)雜，很難確定老腔腔底，所以復(fù)雜老腔改造需要結(jié)合老腔的形狀才能確定改造方案，如果老井的位置在腔內(nèi)最低點(diǎn)，則該老井進(jìn)行全井套銑、重新固井，將其他老井封堵；如果老井的位置都不在腔內(nèi)最低點(diǎn)，則將老井全部封堵，然后在腔內(nèi)最低點(diǎn)的位置重新鉆一口新井，這樣復(fù)雜老腔就改造成為單井單腔的簡單形式，方便進(jìn)行后續(xù)工作。

老井封堵的技術(shù)方案為鍛銑部分下部套管，注水泥進(jìn)行封堵，其工藝流程是：通井→測井→下部套管鍛銑→擴(kuò)銑水泥環(huán)至新地層→注水泥漿封堵→試壓合格→鍛銑其他部分套管→擴(kuò)銑水泥環(huán)至新地層→注水泥漿封堵→在井筒內(nèi)注一定高度的水泥塞[2，3]。

4.3 老腔運(yùn)行壓力確定

復(fù)雜老腔改造成功后將被用于儲(chǔ)氣（油），腔體運(yùn)行的上下限壓力是確定工作氣（油）量的重要參數(shù)，考慮到腔體的穩(wěn)定性[4]，腔體運(yùn)行的下限壓力應(yīng)不低于靜水柱壓力，腔體運(yùn)行的上限壓力則不高于地層破裂壓力的80 %。

4.4 老腔改建儲(chǔ)油庫的優(yōu)勢

如果改造成功后的老腔用于儲(chǔ)氣，由于氣體容易泄露，所以對(duì)腔體的密封性要求比用于儲(chǔ)油更加嚴(yán)格，所以改造成功后的老腔用于儲(chǔ)油有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢。

（1）油分子比氣分子大的多，不易泄露，對(duì)腔體的密封性要求相對(duì)較低，易于實(shí)現(xiàn)。

（2）如果單獨(dú)建設(shè)儲(chǔ)油庫，需要在地面額外修建水池用于把腔內(nèi)的油替換到地面，增加額外的建設(shè)成本；如果利用改造成功后的老腔進(jìn)行儲(chǔ)油，則不需要修建水池，可以利用其他腔內(nèi)的鹵水進(jìn)行油水置換，工藝簡單，建設(shè)成本較低。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）我國地下老腔資源豐富，科學(xué)合理地利用老腔進(jìn)行儲(chǔ)氣（油），對(duì)我國儲(chǔ)氣（油）庫發(fā)展意義重大。

（2）形狀檢測與老井改造是利用復(fù)雜老腔改建儲(chǔ)氣（油）庫面臨的兩個(gè)難點(diǎn)，需要對(duì)現(xiàn)有聲吶儀器改進(jìn)和老井封堵技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)。

（3）由于儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)不同，老腔改建儲(chǔ)油庫比改建儲(chǔ)氣庫會(huì)更有優(yōu)勢。

［1］ 楊春和，等.中國鹽巖能源地下儲(chǔ)存可行性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（24）：4409-4417.

［2］ 田中蘭，夏柏如，等.采鹵老腔改建儲(chǔ)氣庫評(píng)價(jià)方法［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（3）：114-116.

［3］ 田中蘭，夏柏如，等.采鹵鹽礦老溶腔改建為地下儲(chǔ)氣庫工程技術(shù)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2007，28（5）：142-144.

［4］ 尹雪英，楊春和，等.金壇鹽礦老腔儲(chǔ)氣庫長期穩(wěn)定性分析數(shù)值模擬［J］.巖土力學(xué)，2006，27（6）：869-874.