枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆采工藝技術(shù)研究

李曉龍 王陸劭

中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠 河南 濮陽(yáng) 457000

據(jù)資料顯示：世界范圍內(nèi)，利用枯竭油氣藏改建而成的天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)有430余座，占據(jù)總庫(kù)數(shù)的76%。此類儲(chǔ)氣庫(kù)不論是內(nèi)在發(fā)展特性，還是外在發(fā)展要求，都決定了在建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)工程中，工作人員要在分析其和油氣藏建設(shè)項(xiàng)目的異同，在滿足建設(shè)需求基礎(chǔ)上，來(lái)總結(jié)鉆采工程的工藝技術(shù)。收集學(xué)者的實(shí)踐研究結(jié)果證實(shí)：在鉆采工程中，利用鉆井、固井等工藝技術(shù)，落實(shí)鉆采一體化的設(shè)計(jì)理念，可以有效的保護(hù)油氣層，實(shí)現(xiàn)最佳效果。

1 鉆采工藝要求分析

儲(chǔ)氣庫(kù)注采井具備采氣井和注氣井的雙重功能，再加上其具備可靠和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，所以，對(duì)比普通油氣生產(chǎn)井來(lái)說(shuō)，采井質(zhì)量更高。

第一，儲(chǔ)層保護(hù)。具備較低的儲(chǔ)層壓力是枯竭油氣藏的特點(diǎn)之一，在地下儲(chǔ)氣庫(kù)改建期間，要分析固井和鉆井施工期間如何實(shí)施技術(shù)手段保護(hù)儲(chǔ)層，要對(duì)完井方式作出優(yōu)化，完善工藝參數(shù)，盡最大可能的減少施工對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的傷害，提升注采井的產(chǎn)能[1]。

第二，地理環(huán)境的特殊需求。因地理環(huán)境和位置的特殊性，所以在位置選擇上也要關(guān)注其特征，要有合適的地下構(gòu)造，因位置環(huán)境具備特殊性，導(dǎo)致建設(shè)的位置也處在特殊的環(huán)境中。比如大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)位置處于獨(dú)流減河河床內(nèi)，位于泄洪區(qū)域內(nèi)，國(guó)家濕地保護(hù)區(qū)，此區(qū)域生長(zhǎng)著較多蘆葦。在此環(huán)境下，設(shè)計(jì)的注采井要落實(shí)國(guó)家生產(chǎn)和環(huán)保的需求，要滿足生產(chǎn)的要求。

第三，注采氣量較大，服役期較長(zhǎng)。為保障注采井能滿足緊急調(diào)峰的需要，各部門會(huì)調(diào)整平均采氣量，將其控制在50×40m3/d。

第四，工作人員要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行參數(shù)。在完井過后工作人員要對(duì)氣庫(kù)運(yùn)行壓力和溫度數(shù)據(jù)隨時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行情況作出判斷。

2 枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆采工藝技術(shù)

2.1 儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)的發(fā)展核心即“低壓超低壓目的層”，以三種地層壓力為依據(jù)，應(yīng)用多樣的油氣層保護(hù)技術(shù)，落實(shí)一體化設(shè)計(jì)理念。與此同時(shí)，我國(guó)在油層保護(hù)技術(shù)上包含的工藝多元，如鉆井液技術(shù)、鉆井技術(shù)、完井技術(shù)、固井技術(shù)等等，作業(yè)人員在施工中要分析地質(zhì)條件和施工流程，選擇合理的保護(hù)技術(shù)，以此在建井周期內(nèi)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升油氣層保護(hù)的有效性。此外，在技術(shù)實(shí)施之間，要針對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)指導(dǎo)和方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要保障在鉆井、完井和固定作業(yè)中，實(shí)施的儲(chǔ)層保護(hù)措施可以有序相容。

2.1.1 鉆井過程中的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

針對(duì)目的層壓力較大的儲(chǔ)氣層，在確定鉆井液密度上，要參照上層坍塌壓力來(lái)保障井壁的穩(wěn)定性，要借助優(yōu)質(zhì)的屏蔽暫堵鉆井液體系。為了保護(hù)油氣層，也要實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)；一些枯竭氣藏面臨著低壓目的層油層保護(hù)問題，單純借助鉆井液無(wú)法解決問題，針對(duì)于此，可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)的井身結(jié)構(gòu)，鉆開目的層，在技術(shù)實(shí)踐中，于油氣層頂部實(shí)施技術(shù)套管，分隔上下部壓力層，為減少儲(chǔ)層浸泡的時(shí)間，可以應(yīng)用快速鉆井的方式。

2.1.2 固井過程中的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

要基于安全角度上考慮地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采情況，在固井過程中，水泥漿一定要返回至地面，在運(yùn)輸水泥漿過程中要注意盡量不要一次將其返至地面，究其原因，水泥漿會(huì)產(chǎn)生液柱壓力，此壓力對(duì)低壓儲(chǔ)層產(chǎn)生影響，也會(huì)傷害油氣層。對(duì)此，為保障注采井的安全，可以應(yīng)用兩級(jí)固井方式，在保障漿注結(jié)構(gòu)足夠合理的基礎(chǔ)上，讓水泥漿順利的返至地面[2]。

在實(shí)踐中應(yīng)用了屏蔽暫堵技術(shù)，此技術(shù)可以發(fā)揮防治濾液進(jìn)入目的層的作用，在控制鉆井液性能過程中，應(yīng)用此技術(shù)不但保護(hù)了油氣層，也推進(jìn)了鉆井工作的順利實(shí)施。

2.1.3 完井過程中的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

為避免多次起下管柱油氣層受到壓井液的污染和影響，會(huì)采用射孔、測(cè)試，并實(shí)施“四聯(lián)座”技術(shù)。在負(fù)壓射孔期間應(yīng)用無(wú)固相清潔鹽水射孔液。

2.2 鉆井工藝技術(shù)

第一，布置井口。為便于安全和生產(chǎn)的管理，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的，采用了叢式井鉆井的方式，結(jié)合了地質(zhì)目標(biāo)和外部環(huán)境，在兩個(gè)井場(chǎng)上分布儲(chǔ)氣庫(kù)的12口井，每井場(chǎng)分布6口井，彼此距離30m。

第二，做好軌道的優(yōu)化和設(shè)計(jì)。因井眼彼此密集，所以，有必要加強(qiáng)軌道規(guī)劃管理力度，避免出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，每個(gè)井都只設(shè)計(jì)了一個(gè)地質(zhì)目標(biāo)，所以針對(duì)井眼的井斜角未作出特別的要求，在軌道設(shè)計(jì)上，利用“直-接-穩(wěn)”的三段式形式來(lái)設(shè)置井眼。如果要在斜井段安放分級(jí)箍，要合理的控制井斜角，將其保持在20度到25度之間。

第三，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)方案，提升鉆進(jìn)效率?；阢@井方式來(lái)分析，可以應(yīng)用叢式定向井鉆井的模式，對(duì)比鉆直井來(lái)說(shuō)，此種施工模式趨于復(fù)雜，再加上定向施工具備較長(zhǎng)的時(shí)間，在鉆進(jìn)期間要對(duì)其進(jìn)行跟蹤測(cè)斜，為保障淺層井眼的穩(wěn)定性，也要順著井眼軌跡更換適合的鉆具。本課題以大張坨地下儲(chǔ)氣層和板876儲(chǔ)氣層為案例來(lái)針對(duì)性分析。大張坨地下儲(chǔ)氣層在建庫(kù)前，孔隙壓力為0.76，在實(shí)際鉆井期間可以實(shí)施屏蔽保護(hù)對(duì)策，起到保護(hù)儲(chǔ)層的作用，在建設(shè)期間，為降低對(duì)應(yīng)的成本，可以選擇二開井身結(jié)構(gòu)。明確二開井眼的尺寸，將其控制在241.2mm，也可以延伸表層套管至800～1000m，以此預(yù)防黏土層的松軟導(dǎo)致地層的坍塌。盡可能縮小上部套管和下部井眼之間的直徑差，可以將鉆屑帶出井口，預(yù)防出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。濕地是河道的地表，淤泥層較厚，因此，為推進(jìn)鉆井工作的安全順利，在正式開鉆之前可以下入井口20m的導(dǎo)管。再加上項(xiàng)目地處濕地區(qū)域，地下存在積水，在天冷之際會(huì)引導(dǎo)膨脹，對(duì)井口產(chǎn)生積壓，而下入導(dǎo)管建立循環(huán)也能強(qiáng)化井口的抗擠壓力。大張拓二開井身結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 大張坨二開井身結(jié)構(gòu)示意圖

板876油組在建庫(kù)之前就因資源枯竭導(dǎo)致停產(chǎn)，因此在鉆井期間為保護(hù)儲(chǔ)層，要借助低密度鉆井液，可以采用三開井身結(jié)構(gòu)，在儲(chǔ)層頂部套管，在選擇套管上，為節(jié)省成本，可以選擇244.5mm的套管。將表層套管下深到200m，對(duì)平原組上部黏土層松軟地層作出封固，以此推進(jìn)三開井眼的順利套管的鉆進(jìn)，板876三開井身的結(jié)構(gòu)見圖2：

圖2 板876三開井身結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 完井工藝技術(shù)

第一，選擇完井方式。建議可以選擇套管射孔完井的方式，針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)注采井來(lái)說(shuō)，因在注采期間會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，對(duì)井筒周邊的底層巖石承受力提出了較高的要求，為避免出現(xiàn)井壁的坍塌，可以選擇此種完井方式，來(lái)保障完井的有效和安全[3]。

第二，實(shí)施完善的射孔技術(shù)。射孔彈穿透深度、孔密、相位以及負(fù)壓值都是影響射孔后油氣井產(chǎn)能的因素，因此，工作人員要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)和參數(shù)的優(yōu)化工作。因底層壓力系數(shù)不高，所以會(huì)產(chǎn)生一定的污染問題，再加上涉及的污染范圍較大，建議可以利用深穿透射孔彈，盡最大可能的打開油氣層，以此減少井地帶周邊的污染范圍。明確負(fù)壓值是負(fù)壓射孔的關(guān)鍵，工作人員要了解負(fù)壓值的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，來(lái)明確參數(shù)，選擇適合的方法。

第三，應(yīng)用多功能完井管柱工藝。在井中同時(shí)下入完井關(guān)注管柱底端接射孔管柱，在成功射孔后向井底丟入射孔管柱，實(shí)施測(cè)試和生產(chǎn)工作，此舉也能預(yù)防壓井液對(duì)油氣層產(chǎn)生污染，對(duì)作業(yè)步驟和流程加以簡(jiǎn)化，也起到保護(hù)儲(chǔ)層的目的。作業(yè)人員要了解此工藝的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在作業(yè)中發(fā)揮其作用，保障其效果，此工藝的特點(diǎn)如下：射孔、完井，一次性完成注采氣管柱，起到保護(hù)儲(chǔ)層的目的；借助封隔器起到保護(hù)套管的目的；在順應(yīng)監(jiān)測(cè)需求基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)試短節(jié)作出配套；伸縮管的膨脹能消除采工況轉(zhuǎn)變時(shí)對(duì)管柱的應(yīng)變應(yīng)力；設(shè)置安全閥，在發(fā)生緊急情況時(shí)井下可自動(dòng)關(guān)井。

第四，分析產(chǎn)能，預(yù)測(cè)注采井溫度和壓力的參數(shù)。為確定區(qū)塊井?dāng)?shù)提供依據(jù)，在確定調(diào)峰量后，能對(duì)特定油管尺寸作出分析，來(lái)明確需要的注采井井?dāng)?shù)；分析預(yù)測(cè)井口的壓力，選擇地面注氣壓縮機(jī)的型號(hào)和功率級(jí)別，為該系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；計(jì)算井口的壓力和溫度，并分析和判斷是否可以生成水化物。參照計(jì)算的結(jié)果，來(lái)確定選擇的設(shè)備。可以在投產(chǎn)的前期，應(yīng)用小型加注甲醇防凍液設(shè)備，幫助儲(chǔ)氣庫(kù)節(jié)省投資成本，也能發(fā)揮防凍作用。

第五，安全設(shè)計(jì)注采井。注采井設(shè)計(jì)了三道安全防線，第一道防線，為避免儲(chǔ)層氣的氣竄，會(huì)將套管外固井水泥返至地面。第二道防線，利用氣密封螺紋來(lái)進(jìn)行油層套管，在連接井下工具和井口設(shè)備上，要應(yīng)用金屬對(duì)金屬的密封方式，以此提升管柱氣密性。第三道防線，在安全控制系統(tǒng)中要增添以下設(shè)備，即井下安全閥、地面壓力傳感器以及井下封隔器，此安全系統(tǒng)在發(fā)生異常情況時(shí)會(huì)發(fā)揮功能，自動(dòng)關(guān)井。

第六，防腐對(duì)策。在此次設(shè)計(jì)中實(shí)施了防腐措施，如下：采用L80油管材質(zhì)，對(duì)比普通油管來(lái)說(shuō)，防腐性能更佳；在油管內(nèi)部進(jìn)行了內(nèi)涂層處理；在油管內(nèi)壁會(huì)實(shí)施化學(xué)防腐措施，會(huì)向油管里定期投放固體防腐棒；為保護(hù)套管，使其免受交變應(yīng)力的沖擊和影響，會(huì)借助井下封隔器來(lái)實(shí)現(xiàn)抗腐蝕目的；在具體生產(chǎn)過程中，要在環(huán)空內(nèi)充保護(hù)液。

第七，井口整體升高技術(shù)。因大張拓儲(chǔ)氣庫(kù)位于泄洪區(qū)域內(nèi)，參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，在泄洪區(qū)域內(nèi)不允許建設(shè)影響行洪的大型類建筑，對(duì)于工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，如果建筑鋼制人工平臺(tái)，費(fèi)用較高，再加上施工復(fù)雜，會(huì)延長(zhǎng)施工周期，對(duì)此，可以應(yīng)用井口整體升高技術(shù)，不但節(jié)省施工成本，也能縮短施工進(jìn)度。

3 枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆采工藝技術(shù)實(shí)施效果分析

第一，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用上述工藝技術(shù)，取得了明顯的儲(chǔ)層保護(hù)效果。大張拓儲(chǔ)氣庫(kù)壓力系數(shù)為0.76，在此背景下完成了鉆井工作，并直接進(jìn)行投產(chǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中12口井已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自噴，對(duì)其中三口井表皮系數(shù)作出測(cè)試，結(jié)果均為負(fù)值。板876儲(chǔ)氣庫(kù)在鉆井工作進(jìn)行之前，就因資源枯竭，在射孔作業(yè)后直接放噴，對(duì)三口井日產(chǎn)量作出測(cè)試，結(jié)果日產(chǎn)量達(dá)到了10×104m3左右。第二，儲(chǔ)氣庫(kù)處于特殊的地理環(huán)境下，在鉆井作業(yè)中，有效的利用了井場(chǎng)、井口的設(shè)計(jì)和分布以及各個(gè)老平臺(tái)，在節(jié)省建筑資金的基礎(chǔ)上，滿足了儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)作的需求，不但減少了鉆井平臺(tái)的數(shù)量，對(duì)減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞也有實(shí)際意義。第三，經(jīng)測(cè)試：在儲(chǔ)層段，生產(chǎn)套管的固井質(zhì)量都達(dá)標(biāo)，每層套管的水泥漿都可以順利的返至地面，落實(shí)了注采井生產(chǎn)和安全運(yùn)作的理念。第四，據(jù)調(diào)查：在作業(yè)中，實(shí)施一次完井管柱，可以保障在射孔作業(yè)后第一時(shí)間進(jìn)行求產(chǎn)的測(cè)試，幫助作業(yè)人員獲取準(zhǔn)確的地層信息，也能基于外界合理的負(fù)壓作用基礎(chǔ)下，對(duì)孔眼周邊的壓實(shí)帶進(jìn)行清除，在了解全面的流量信息的同時(shí)，防止后續(xù)施工對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)產(chǎn)生二次影響。第五，準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了溫度壓力場(chǎng)，對(duì)信息和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)為地面工藝設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

各部門人員一直在不斷的探索和實(shí)踐各項(xiàng)工藝，現(xiàn)階段構(gòu)建了以針對(duì)枯竭油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆采一體化為核心的設(shè)計(jì)技術(shù)體系，各項(xiàng)工藝技術(shù)在多個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)中應(yīng)用并發(fā)揮其作用，這也證實(shí)：發(fā)展的鉆采技術(shù)相對(duì)完善，可以為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和發(fā)展提供保障。本課題研究了鉆采工藝技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，介紹了各項(xiàng)工藝發(fā)揮的作用，經(jīng)研究也證明，借助鉆采一體化的設(shè)計(jì)思想，在鉆井、固井以及射孔作業(yè)中應(yīng)用各項(xiàng)工藝技術(shù)，可以有效的保護(hù)儲(chǔ)層，不但有助于油氣藏的開發(fā)，在推進(jìn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的項(xiàng)目發(fā)展上也起到了指導(dǎo)意義，在日后，部門人員依舊要繼續(xù)探索新型的鉆采技術(shù)，為我國(guó)天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)和發(fā)展提供保障。