儲(chǔ)氣庫(kù)老井封堵及新鉆井固井技術(shù)現(xiàn)狀

尹磊

大港油田天津儲(chǔ)氣庫(kù)分公司，中國(guó)·天津 300280

近年來，國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工作時(shí)，已經(jīng)開始應(yīng)用叢式井、水平井以及多分支井，使儲(chǔ)氣庫(kù)的進(jìn)出容量都大大增加，滿足基本功能的同時(shí)，提高了工作效率。中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工作相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來說，起步比較晚，但中國(guó)已經(jīng)建成了幾個(gè)具有代表性的儲(chǔ)氣庫(kù)，并且積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，按照現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)以及因地制宜的技術(shù)改革，能夠滿足中國(guó)目前所需。

儲(chǔ)氣庫(kù)；老井封堵；新鉆井固井技術(shù)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于石油以及天然氣的需求也越來越大，能夠充分供應(yīng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)日常生活所需，完善的儲(chǔ)氣庫(kù)老景峰堵以及新鉆井固井技術(shù)是十分必要的。雖然中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)歷史不算久，但是目前已經(jīng)完成多個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)的修建工作。中國(guó)枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)具有埋藏深、注采壓力高、采出物組分復(fù)雜、儲(chǔ)層物性差、壓力系數(shù)低、老井井況復(fù)雜等特點(diǎn)。在進(jìn)行建庫(kù)時(shí)，通常會(huì)借鑒一些其他國(guó)家先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，此同時(shí)在中國(guó)低壓易漏長(zhǎng)封固段固井、彈性水泥漿、篩管和射孔完井設(shè)計(jì)、復(fù)雜老井封堵方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

2 儲(chǔ)氣庫(kù)老井封堵技術(shù)

為了能夠保證儲(chǔ)氣庫(kù)密閉性完好，就必須要應(yīng)用到老井封堵技術(shù)，通常來說，是選用特殊材質(zhì)的封堵劑，并且將封堵劑放進(jìn)儲(chǔ)氣層中，避免有流體在井筒以及上竄的通道中流動(dòng)，另外，還需要針對(duì)蓋層段和套管外段做好封閉工作。由于老井建設(shè)時(shí)間比較早，工作時(shí)間比較長(zhǎng)，其中內(nèi)部的情況比較復(fù)雜。在日常生產(chǎn)生活中，一般情況下都會(huì)對(duì)老井造成一定的腐蝕，這樣使套管會(huì)發(fā)生性能的降低，因此，在進(jìn)行老井封堵時(shí)，必須應(yīng)用完善的技術(shù)保證固井質(zhì)量以及封井的密閉性。

2.1 老井封堵案例一

儲(chǔ)氣庫(kù)井白6 庫(kù)1 井尾管固井存在地層承壓能力低、封固段長(zhǎng)、井徑不規(guī)則及井筒承載著交變應(yīng)力及溫度變化等難題。針對(duì)枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)井地層承壓能力低。因此針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)井的特點(diǎn)，提出了水泥石應(yīng)具有“高強(qiáng)度低彈性模量”特性，利用高強(qiáng)度抵御地層載荷、低彈性模量降低載荷傳遞系數(shù)，從而達(dá)到保持水泥石力學(xué)完整性的目的，增強(qiáng)水泥環(huán)和套管之間的膠結(jié)作用，有利于套管-水泥環(huán)-地層耦合的穩(wěn)定，確保儲(chǔ)氣庫(kù)井的長(zhǎng)期、高效、安全運(yùn)行。另外，油層套管的上部以及油層套管之間具有一段距離，這樣的固井質(zhì)量是不符合質(zhì)量要求的，在完成產(chǎn)層封堵工作之后仍然存在一定程度的漏氣風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，所選用壓井液在吸收水分之后，會(huì)發(fā)生一定程度的膨脹，并能夠在產(chǎn)層的周圍形成一層具有保護(hù)效果的保護(hù)層，對(duì)于井漏的產(chǎn)生有明顯的抑制作用，對(duì)產(chǎn)保護(hù)功能明顯。對(duì)于產(chǎn)層的吸收性測(cè)試工作，應(yīng)用到了水泥漿前置液。我們選用超細(xì)水泥來完成產(chǎn)層段的封堵工作，由于超細(xì)水泥的顆粒直徑比較小，具有很好的封堵效果，之后需要應(yīng)用氣井封竄劑完成最后的工作，滿足封堵質(zhì)量要求。

2.2 儲(chǔ)氣庫(kù)老井封堵案例二

實(shí)際應(yīng)用超細(xì)水泥漿的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，主要包括水泥漿結(jié)球以及初凝時(shí)間比較短。產(chǎn)生前者現(xiàn)象的原因是超細(xì)水泥顆粒很細(xì)，不易分散，容易黏結(jié)在一起形成大小不一的小圓球，影響水泥漿混配的質(zhì)量產(chǎn);生后者的原因是超細(xì)水泥漿的初凝時(shí)間短，易出現(xiàn)工程事故。超細(xì)水泥平均粒徑只有普通水泥的十分之一，其表面積是G 級(jí)油井水泥的4 倍。為了提高封堵的氣密性，經(jīng)過大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，最終選擇了粒徑為15μm 的超細(xì)水泥作為現(xiàn)場(chǎng)封堵的基本材料，配漿后經(jīng)過粒徑分析，粒徑小于5μm 的占總量的40%以上，粒徑小于14μm 的占96%以上，完全滿足區(qū)塊封堵的要求。超細(xì)水泥該區(qū)塊的老井封堵工作中應(yīng)用效果良好，經(jīng)過一次封堵均達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)該井所應(yīng)用到的體系在全國(guó)范圍內(nèi)，其他地區(qū)也有所體現(xiàn)。

3 儲(chǔ)氣庫(kù)新鉆井固井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 國(guó)際發(fā)展

外在進(jìn)行新井鉆井固井時(shí)，對(duì)于每一層套管的固井質(zhì)量都十分重視，水泥通常會(huì)到達(dá)地面位置。水泥材質(zhì)選用時(shí)，選用韌性膨脹水泥能夠使應(yīng)力變對(duì)水泥環(huán)的影響大大降低，選用自愈和水泥能夠?qū)笃诋a(chǎn)生的微小的裂縫達(dá)到填充的效果。在施工完成對(duì)固井的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，超聲波成像測(cè)井法是其他國(guó)家普遍應(yīng)用的方式。通過對(duì)法國(guó)以及荷蘭的工程進(jìn)行分析以及治療評(píng)估，發(fā)現(xiàn)近年來并沒有出現(xiàn)質(zhì)量問題，其他國(guó)家方案中適合中國(guó)應(yīng)用的技術(shù)應(yīng)該予以借鑒。

3.2 中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井存在的主要問題

中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的研究以及建設(shè)起步比較晚，就目前而言，由于中國(guó)地形比較復(fù)雜，在發(fā)展的過程中，總有許多問題不斷的顯現(xiàn)出來。針對(duì)對(duì)中國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)各個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)正在建設(shè)和已經(jīng)開始投入到運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)暴露明顯的問題。

3．2．1 環(huán)空帶壓

在中國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)，有很多個(gè)枯竭氣藏或者是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)存在環(huán)空帶壓?jiǎn)栴}。在注采井運(yùn)行兩年左右，套管環(huán)空部分或者是套管你油管之間的位置會(huì)產(chǎn)生高壓力，通過對(duì)成分進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其主要為天然氣。

3．2．2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏小

中國(guó)范圍內(nèi)大部分儲(chǔ)氣庫(kù)的結(jié)構(gòu)都偏向小體積，還有小部分儲(chǔ)氣庫(kù)沒有應(yīng)用到儲(chǔ)層專打，對(duì)于這樣的儲(chǔ)氣庫(kù)，無論是儲(chǔ)氣庫(kù)的建造速度還是對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)受到分及能力都具有一定的限制。

3．2．3 施工難度較大

由于中國(guó)地理?xiàng)l件特點(diǎn)所致，中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)目的層的埋深普遍都會(huì)超過2500m，縱向上多數(shù)會(huì)具有很多套壓力系統(tǒng)，地層能夠承受的壓力以及需要實(shí)現(xiàn)的堵漏功能要求都比較高，進(jìn)行水平井鉆井時(shí)場(chǎng)會(huì)有很多明顯的問題發(fā)生，對(duì)此，需要針對(duì)不同的位置來探索適合的鉆井施工方案來施工。例如在山體中建立的裂縫型儲(chǔ)氣庫(kù)，目的層深度更深，還是工過程中很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的漏失現(xiàn)象，這樣便會(huì)對(duì)固井的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。

3．2．4 固井難度大

多種情況對(duì)固井工藝和水泥漿體系都有很高的要求，例如易漏失層、儲(chǔ)層壓力低以及氣庫(kù)固井試一下十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。固井工藝中，所要面臨的主要問題為生產(chǎn)套管這一環(huán)節(jié)。另外，套管固井工作也是十分重要的。[1]在這些工作中，選擇泥漿體系時(shí)，在注重彈性微膨脹水泥的合理應(yīng)用，選擇最適合的泥漿體系。但是就這一問題而言，中國(guó)現(xiàn)階段缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及科學(xué)的指南來指導(dǎo)我們的選擇。

3．2．5 老井?dāng)?shù)量眾多

對(duì)于中國(guó)地大物博，在技術(shù)不是很發(fā)達(dá)的時(shí)期建立了很多老井，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)不夠完善，很多設(shè)施不夠科學(xué)，這樣的老井處理難度很大。對(duì)這些老井進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，與當(dāng)時(shí)并沒有規(guī)范的規(guī)程以及統(tǒng)一的驗(yàn)收制度，不同的老井情況有很大的區(qū)別，針對(duì)這些老井也不能采取相同的評(píng)價(jià)方式，這給工作人員的處理技術(shù)增大了難度。老井的井下復(fù)雜情況比較多，實(shí)現(xiàn)老井的封堵工作是十分困難的，有些已經(jīng)封堵的儲(chǔ)氣庫(kù)老井在運(yùn)行了相應(yīng)的時(shí)間之后，在井口還會(huì)出現(xiàn)帶壓現(xiàn)象。[2]

3．2．6 關(guān)鍵工具以及裝備不夠完善

對(duì)于任何科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)是十分重要的，對(duì)于中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的研究來說，中國(guó)是缺乏關(guān)鍵的設(shè)備以及技術(shù)工具。例如在檢測(cè)油套管蓋器密封性以及檢測(cè)多傳感油水界面時(shí)，所應(yīng)用到的關(guān)鍵設(shè)備以及技術(shù)還是依賴其他國(guó)家先進(jìn)技術(shù)的，在這一問題上，是需要中國(guó)加強(qiáng)完善的。[3]

4 對(duì)于中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)提出的幾點(diǎn)建議

4.1 適當(dāng)借鑒國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)

儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)問題上，其他國(guó)家起步比較早，有許多國(guó)家已經(jīng)擁有了比較完善的鉆井技術(shù)規(guī)范并且具有科學(xué)統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。[4]針對(duì)其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)制度，我們應(yīng)該根據(jù)中國(guó)的實(shí)際情況合理的借鑒采納，并且可以吸收其他國(guó)家的優(yōu)秀資源，盡早的建立起適合中國(guó)國(guó)內(nèi)地質(zhì)特點(diǎn)的相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，使中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工作各個(gè)流程都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及處理依據(jù)，能夠有效的提升中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的質(zhì)量以及效率。

4.2 科學(xué)利用中國(guó)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

雖然中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)的研究與建設(shè)工作起步比較晚，但是確實(shí)也經(jīng)歷了20 余年的發(fā)展與建設(shè)，雖然各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都不夠完善，但是在中國(guó)建設(shè)過程中，儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)質(zhì)量和要求都在逐年提升。[5]由于中國(guó)地勢(shì)比較復(fù)雜，全國(guó)各地差異比較大，因此也積累了對(duì)不同地區(qū)、不同地質(zhì)水平的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這些寶貴的資源，必須要加以研究利用，為形成中國(guó)獨(dú)特儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工作提出依據(jù)，推動(dòng)中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)發(fā)展。

4.3 完善管理制度

在儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)以及管理工作上，需要建立完善的管理系統(tǒng)。事實(shí)上，與其他房地產(chǎn)建設(shè)管理機(jī)制類似，應(yīng)該建立一個(gè)包含業(yè)主、設(shè)計(jì)部門、監(jiān)督管理部門以及施工方共同協(xié)調(diào)的工作機(jī)制，并且對(duì)于各個(gè)方面的思想要加以統(tǒng)一，對(duì)施工過程的管理要逐步加強(qiáng)，通過部門責(zé)任制保證施工的質(zhì)量水平。

4.4 增大核心技術(shù)研發(fā)力度

在儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)過程中，需要應(yīng)用到很多不同的工程技術(shù)，其中有一半以上的技術(shù)需要依賴于其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)。以中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，低壓儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井防漏堵漏和儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)迫切需要的。[6]目前中國(guó)的儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井施工是以固井作為核心部分的。此外，應(yīng)該積極開展儲(chǔ)氣庫(kù)固井工藝和水泥漿體系、鹽穴氣庫(kù)雙井建腔鉆采工程技術(shù)、含水層儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)、儲(chǔ)氣庫(kù)井筒完整性檢測(cè)技術(shù)、油套管氦氣氣密封檢測(cè)裝備研制等的專項(xiàng)研究，為中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)提供技術(shù)支撐，保證中國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的質(zhì)量。

5 結(jié)語

石油天然氣是保證中國(guó)工業(yè)發(fā)展的必需能源，在中國(guó)不斷加大工業(yè)發(fā)展力度的同時(shí)，也應(yīng)該重視儲(chǔ)氣井等設(shè)施的建設(shè)工作。當(dāng)中國(guó)不斷加大力度發(fā)展高精尖技術(shù)的科學(xué)技術(shù)研究時(shí)，應(yīng)該重視儲(chǔ)氣井建設(shè)的相關(guān)技術(shù)的科研工作。只有技術(shù)規(guī)范達(dá)到要求的水準(zhǔn)，才能夠部保障中國(guó)石油天然氣的開采與供應(yīng)，為中國(guó)工業(yè)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供基礎(chǔ)力量。