鹽化對(duì)流井老腔改建水平腔儲(chǔ)氣難點(diǎn)分析

薛 雨，王元?jiǎng)偅芏?/p>

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 西氣東輸管道分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 鹽穴儲(chǔ)氣庫技術(shù)研究中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 前言

儲(chǔ)氣庫在天然氣行業(yè)中所占比重越來越大，作為儲(chǔ)氣庫的重要組成部分，鹽穴儲(chǔ)氣庫經(jīng)過近15 a的發(fā)展，積累了寶貴的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[1-6]。在金壇儲(chǔ)氣庫已經(jīng)成功改造5口鹽化單井老腔并注氣運(yùn)行[7]的基礎(chǔ)上，形成了成熟的直井單腔改造技術(shù)。但通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鹽化企業(yè)存在大量采用對(duì)井生產(chǎn)的老腔，部分對(duì)井老腔開采年限達(dá)到10 a以上，在地下形成較大的腔體體積，隨著天然氣行業(yè)對(duì)儲(chǔ)氣庫的需求日益增加，將對(duì)流井老腔改建為儲(chǔ)氣庫從而加快儲(chǔ)氣庫建設(shè)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)[8-10]。

國(guó)內(nèi)鹽化老腔改建為儲(chǔ)氣庫主要包括改造前評(píng)價(jià)工作，改造工程施工以及改造后的注采運(yùn)行三大部分[11-13]，文章只針對(duì)改造前的評(píng)價(jià)部分遇到的難點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 鹽化老腔改建水平腔存在問題

2.1 采鹵過程中鹽層損失較大

2.1.1 井眼軸線上鹽層損失

鹽化老腔在生產(chǎn)過程中，采用無阻溶劑采鹵，且注水管與采鹵管距離較大，采鹵初期，因腔體體積較小，不溶物堆積較快，造成下部鹽層得不到充分溶蝕就被不溶物填埋，鹽層體積損失較大。以well-1井為例，見圖1。該井內(nèi)管初始下深1 192 m，由于采用無阻溶劑造腔，腔體體積只有6 700 m3時(shí)，阻溶劑界面上移約160 m，不溶物在井底堆積，使腔體在短時(shí)間內(nèi)上升25 m，造成該段鹽層無法繼續(xù)造腔。

圖1 well-1井管柱下深與腔體形狀Fig.1 The depth of well string and the shape of cavity of well-1

鹽化老井采鹵時(shí)間長(zhǎng)，因此不溶物上升幅度更大，以某對(duì)井開采為例，直井造腔管柱經(jīng)過一段時(shí)間開采后，測(cè)得不溶物頂面上升約150 m；水平井不溶物頂面上升約180 m，兩口井鹽層未得到充分利用，損失較大。

2.1.2 對(duì)井連通部分鹽巖損失

對(duì)井造腔建槽期首先在直井附近造腔，形成一定的腔體體積，然后鉆水平井與直井對(duì)接，造腔過程中采用一注一采的方式進(jìn)行造腔，由于水平段為裸眼完井，如果在兩口井大面積連通前，進(jìn)行水平井注、直井采的方式進(jìn)行造腔，很容易造成井眼堵塞，連通中斷，因此在直井注入水溶蝕到水平井管鞋之前，不能從水平井注水。注入水在直井段附近達(dá)到飽和，不再對(duì)水平段鹽層進(jìn)行溶蝕，水平段鹽層利用率極低，鹽巖浪費(fèi)極大，如圖2中A、B部分。

圖2 對(duì)井鹽腔連通示意圖Fig.2 Schematic diagram of salt cavity connection in double well

2.2 對(duì)井連通情況無法確定(圖3)

對(duì)井造腔由于兩口井之間的距離約300 m左右，注入水在從注入井流向采鹵井的過程中很快達(dá)到飽和，因此兩井之間的鹽層溶蝕程度較小，直徑相對(duì)較小。聲納在鹵水中探測(cè)半徑在200 m以內(nèi)，腔體直徑超過一定范圍后無法測(cè)量腔體形狀，因此聲吶測(cè)腔只能對(duì)近井地帶的腔體形狀進(jìn)行解釋，連通區(qū)域形狀以及溶蝕程度均無法判斷。由于連通區(qū)域半徑較小，在后期注采運(yùn)行過程中，腔體穩(wěn)定性存在較大風(fēng)險(xiǎn)，如果在注采氣過程中該部分發(fā)生鹽巖損傷變形脫落等情況，連通區(qū)間存在被隔斷的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 對(duì)井鹽腔聲納測(cè)量形狀Fig.3 Shape measurement of double-well salt cavity sonar

2.3 改造后繼續(xù)造腔時(shí)阻溶劑界面控制困難

對(duì)于直井單腔，阻溶劑界面控制技術(shù)主要從環(huán)空中注入柴油，并定期檢測(cè)阻溶劑界面位置，控制方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

大部分對(duì)井鹽腔處于開采前期或中期，主力鹽層段未進(jìn)行開采，在改造為儲(chǔ)氣庫之后需要繼續(xù)進(jìn)行造腔。不同于對(duì)井單腔，水平腔腔頂面積較大，阻溶劑界面無法控制，當(dāng)鹽巖上溶速度比側(cè)溶速度快很多時(shí)，腔頂鹽層迅速溶蝕，阻溶劑界面隨時(shí)有失控的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)井連通老腔示意圖見圖4。

圖4 對(duì)井連通老腔示意圖Fig.4 Shape diagram of connecting old cavity with double-well

2.4 注采完井腔體有效體積損失較大

調(diào)研發(fā)現(xiàn)大部分水平腔均存在A型底問題，即腔底體積較大，注采完井結(jié)束后會(huì)有大量鹵水殘留在腔內(nèi)，腔體體積不能最大化利用。

即使在兩口井都是V型井的情況下，注采完井時(shí)腔體體積也會(huì)出現(xiàn)一定程度的損失，對(duì)井老腔注氣排鹵一般采用一注一采的形式，由于對(duì)井所在腔底不在同一水平面上，注采完井過程中排鹵井位于腔底較深的井，如果注氣井腔底呈V字型，則造腔過程中V型底部分鹵水不能排出腔底，該部分體積無法利用，因此在改造過程中需要考慮使腔體體積得到最大化利用的方案，對(duì)井老腔排鹵過程中的有效體積損失示意圖見圖5。

圖5 對(duì)井老腔排鹵過程中的有效體積損失Fig.5 Effective volume loss in the process of draining brine from the old cavity of double-well

2.5 對(duì)井井組的相互影響

2.5.1 安全礦柱距離

安全礦柱寬度與鹽腔的穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)，它相當(dāng)于地面建筑物的承重墻，用來支撐上部地層不發(fā)生塌陷，安全礦柱過窄，會(huì)導(dǎo)致鄰近腔體運(yùn)行時(shí)相互影響，在新腔建造的設(shè)計(jì)中一般要求礦柱直徑比(P/D)在2～3的范圍內(nèi)

老腔由于開采時(shí)未注意礦柱問題，因此對(duì)井井組距離往往較近，一些腔體的安全礦柱達(dá)不到腔體獨(dú)立安全運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)井由于距離較近很有可能在采鹵過程中連通，無法改造為儲(chǔ)氣庫。

2.5.2 老腔腔群連通情況

鹽化老井在采鹵過程中為保證兩井連通并加快采鹵速度，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，壓裂作業(yè)結(jié)束后，地層中出現(xiàn)裂縫條數(shù)以及裂縫方向、深度都無法估計(jì)，給對(duì)井老腔改造帶來了極大困難，如果裂縫深度較大，儲(chǔ)層滲透性增加，則無法改建成儲(chǔ)氣庫。

3 對(duì)流井老腔改造存在的挑戰(zhàn)

鹽穴儲(chǔ)氣庫以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)受到越來越多的重視，鹽化對(duì)井老腔改造在技術(shù)攻關(guān)方面存在以下挑戰(zhàn)：

(1)建槽期以及雙井連通之前存在大量的鹽層浪費(fèi)，對(duì)鹽化采鹵過程中損失的鹽層進(jìn)行再利用是一個(gè)挑戰(zhàn)。

(2)雙井連通情況無法確定，水平腔注采運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性需要進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐驗(yàn)證。

(3)對(duì)井老腔改造完成后繼續(xù)造腔時(shí)，阻溶劑界面無法控制，腔頂有失控的風(fēng)險(xiǎn)，如何研究阻溶劑控制方法已經(jīng)成為重要的攻關(guān)技術(shù)。

(4)鹽化老腔對(duì)井間距較小，且部分井在采鹵過程中采用壓裂措施，對(duì)井井組有可能連通，無法改造成儲(chǔ)氣庫，對(duì)連通老腔的篩選提出了更高要求。