孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)面臨的問(wèn)題及采取措施

◇中國(guó)石化東北油氣分公司石油工程環(huán)保技術(shù)研究院 張 赫

“雙碳”的引入，將推動(dòng)能源的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，未來(lái)天然氣將在能源布局方面起到非常關(guān)鍵的作用，而地下儲(chǔ)氣庫(kù)又是安全穩(wěn)定供應(yīng)以及天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)有效工作的關(guān)鍵保障。因此，東北地區(qū)決定建立孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)，在創(chuàng)建規(guī)模上，從近處考慮是要滿足調(diào)峰需求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮是要符合戰(zhàn)略儲(chǔ)備。結(jié)合孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，分析利用老井建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)存在的問(wèn)題，并提出技術(shù)措施，對(duì)不合格井及時(shí)采取封堵作業(yè)。

在“雙碳”背景下，天然氣作為潔凈的化石能源將引起巨大影響。結(jié)合集團(tuán)公司“十四五”天然氣發(fā)展規(guī)劃，正在抓緊推進(jìn)建設(shè)中國(guó)石化百億立方米儲(chǔ)氣調(diào)峰體系。天然氣已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)代能源體系的主體能源之一。隨著國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)的迅速增加和儲(chǔ)氣能力的缺乏，天然氣想要保持安全平穩(wěn)供應(yīng)，還面臨一定的挑戰(zhàn)，而天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)則可用于增強(qiáng)天然氣調(diào)峰應(yīng)急和保供能力[1]。儲(chǔ)氣庫(kù)在實(shí)際工作中承擔(dān)著突發(fā)供氣短缺填補(bǔ)的重要功能，能夠有效保障居民生活、企業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行[2]。

1 儲(chǔ)氣庫(kù)基本情況

孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)是利用枯竭氣藏建立的儲(chǔ)氣庫(kù)?？萁哂蜌獠匦蛢?chǔ)氣庫(kù)以原有氣藏區(qū)塊作為基礎(chǔ)，對(duì)原有氣藏老井在評(píng)估再利用可行性后，進(jìn)行封堵或改造作業(yè)[3]。2018年，為積極響應(yīng)中石化總部?jī)?chǔ)氣庫(kù)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，篩選了分公司內(nèi)適合建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏。孤家子氣田位于吉林省梨樹(shù)縣境內(nèi)，距孤家子鎮(zhèn)中心約7km，距離梨樹(shù)縣約45km，距離長(zhǎng)春市約80km，區(qū)內(nèi)交通便利，地下已經(jīng)形成有密閉性良好的油氣儲(chǔ)集空間，在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)上存在相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。而且孤家子氣田周邊有多條輸氣管道，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，滿足安全距離和環(huán)保要求，適合承擔(dān)季節(jié)調(diào)峰及應(yīng)急供氣任務(wù)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方案部署利用井?dāng)?shù)19口井，其中注采井9口，單采井8口，觀察井2口。設(shè)計(jì)上限壓力為15MPa，下限壓力為5.0MPa。氣庫(kù)總庫(kù)容3.76×108m3，儲(chǔ)氣能力2.57×108m3，基礎(chǔ)墊氣量0.7×108m3，附加墊氣量0.49×108m3，年注氣期170d，采氣期170d。孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)分為兩期工程建設(shè)，待一期工程建設(shè)完成順利投入運(yùn)營(yíng)后，再開(kāi)展二期工程產(chǎn)建。

2 存在問(wèn)題分析

通過(guò)收集大量資料，建立孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)井史數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)孤家子氣藏在建庫(kù)方面存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題。

（1）建庫(kù)井均為老井。孤家子氣田于1996年發(fā)現(xiàn)，1999年后投入全面工業(yè)開(kāi)發(fā)，最高日產(chǎn)氣量達(dá)35×104m3，2003年開(kāi)發(fā)井網(wǎng)基本完善，2004年后沒(méi)有新的開(kāi)發(fā)井投入。氣田累計(jì)產(chǎn)氣量3.96×108m3，累計(jì)產(chǎn)水量9284m3，采出程度59.6%，主要儲(chǔ)氣層基本采空。目前孤家子井均處于封井狀態(tài)。本次建庫(kù)方案設(shè)計(jì)全部利用老井，其中最近的是在2002年完井，因此井齡均在20年以上。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自然腐蝕，老井的井身結(jié)構(gòu)能否達(dá)到要求，需進(jìn)一步開(kāi)展評(píng)價(jià)。

（2）建庫(kù)井套管狀況薄弱。20年前孤家子地區(qū)打井，均采用的是二級(jí)井身結(jié)構(gòu)，全部采用的是J55鋼級(jí)套管，并且井眼小，除了1口井采用的是139.7mm的套管，其余全部采用的是114.3mm套管。油層套管的水泥返高1200m～地面之間。

（3）建庫(kù)井井內(nèi)狀況復(fù)雜。孤家子井目前均已封井，井內(nèi)以兩個(gè)水泥塞為主，一個(gè)水泥塞在產(chǎn)層之上，一個(gè)水泥塞在井口。其中八口井有丟手封隔器；兩口井有管串落物；一口井于2002年1月發(fā)現(xiàn)在井深951m處套管變形，2004年進(jìn)行過(guò)套管整形。井筒內(nèi)的水泥塞和封隔器的存在，必將給井的利用帶來(lái)一定的影響，不僅增加作業(yè)內(nèi)容，同時(shí)在處理過(guò)程中有可能帶來(lái)傷害。

3 采取的技術(shù)措施

根據(jù)《地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，老井不宜作為注采井重復(fù)利用。需要經(jīng)過(guò)固井質(zhì)量、套管技術(shù)現(xiàn)狀檢測(cè)和套管剩余強(qiáng)度分析合格后，可再作為監(jiān)測(cè)井、采氣井或排液井[4]?？萁哂蜌獠貎?chǔ)氣庫(kù)套管不同于普通氣井套管柱，它承擔(dān)了注氣和采氣兩個(gè)過(guò)程的循環(huán)載荷。孤家子利用老井建庫(kù)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，為保證儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的安全性要求，需要對(duì)利用井開(kāi)展進(jìn)一步的固井質(zhì)量、套管狀況的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，以確認(rèn)其可利用性。具體可采取以下技術(shù)檢測(cè)手段。

（1）SBT檢測(cè)技術(shù)。開(kāi)展固井質(zhì)量檢測(cè)，評(píng)價(jià)第一界面、第二界面水泥膠結(jié)狀況。常用的固井質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)有四種：聲幅測(cè)井、聲波變密度測(cè)井、超聲波成像測(cè)井和SBT測(cè)井。經(jīng)過(guò)對(duì)比，優(yōu)選SBT測(cè)試技術(shù)，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)可以彌補(bǔ)前幾項(xiàng)技術(shù)的缺陷，既可以測(cè)得第一、第二界面固井質(zhì)量，又可以分扇區(qū)的來(lái)評(píng)價(jià)膠結(jié)情況，同時(shí)還不受溫度和壓力的變化影響。

SBT測(cè)試儀器共計(jì)八個(gè)探頭，八個(gè)探頭均勻分布在整個(gè)圓周范圍，根據(jù)這八個(gè)扇區(qū)的聲幅可做出套管外水泥膠結(jié)分布的剖面圖，并可得到八個(gè)扇區(qū)中的聲幅（包括平均、最大和最小聲幅），最終形成SBT膠結(jié)灰度圖，不同的灰度表示不同的膠結(jié)情況，以直觀的形式可以判定水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量。該項(xiàng)技術(shù)既可以定性的得到兩個(gè)界面的膠結(jié)結(jié)果，也可以定量的給出第一界面的膠結(jié)情況。

（2）四十臂井徑檢測(cè)技術(shù)。開(kāi)展套管技術(shù)狀況檢測(cè)，可以評(píng)價(jià)套變、套損，確定最小內(nèi)徑及套管腐蝕情況。四十臂井徑成像測(cè)井儀共有40個(gè)機(jī)械探測(cè)臂，測(cè)試儀外徑70mm，長(zhǎng)度2079mm，測(cè)量范圍80-180mm，最大壓力80MPa。當(dāng)用儀器下入井內(nèi)，對(duì)套管內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每一個(gè)探測(cè)臂會(huì)感知到套管內(nèi)徑，之后將探測(cè)到的信息通過(guò)一定的機(jī)械系統(tǒng)經(jīng)由位移傳感器傳輸給地面數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)而可由地面數(shù)控系統(tǒng)將所得到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為套管的內(nèi)徑值。

（3）電磁探傷檢測(cè)技術(shù)。電磁探傷測(cè)井依據(jù)電磁感應(yīng)原理，是磁測(cè)井技術(shù)的一種，通過(guò)檢測(cè)漏磁量變化得出套管損傷數(shù)據(jù)，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以對(duì)兩層壁厚開(kāi)展檢測(cè)，井內(nèi)液體及井壁附著物不會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生干擾，可準(zhǔn)確指示井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)以及工具位置。儀器直徑φ43mm，儀器總長(zhǎng)度2230mm。適用套（油）管范圍62～324mm。經(jīng)過(guò)測(cè)試可得出管柱標(biāo)準(zhǔn)壁厚、剩余壁厚，該技術(shù)可以定量的測(cè)出套管的損害程度，為判斷套管可利用年限及井筒修復(fù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)對(duì)全部井進(jìn)行固井質(zhì)量監(jiān)測(cè)，全部注、采井進(jìn)行電磁探傷測(cè)試，全部注氣井及部分重點(diǎn)井加測(cè)多臂井徑。對(duì)于不符合建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)的老井，應(yīng)全部封堵。對(duì)可利用井，及時(shí)下入完井管柱，安裝井口裝置等。

4 封堵措施

經(jīng)過(guò)技術(shù)檢測(cè)，其中一口采氣井SBT測(cè)試顯示固井質(zhì)量不合格，并且電磁探傷結(jié)果表明存在裂縫性損傷，考慮到安全性，決定將該井轉(zhuǎn)為封堵井。按照操作可行、投資最小的原則，對(duì)工序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全有效的封堵，避免井筒內(nèi)外氣體竄漏，引起安全事故及儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)氣體損失。

依據(jù)SY/T6848-2012《地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，執(zhí)行儲(chǔ)氣目的層頂界以上連續(xù)水泥塞長(zhǎng)度應(yīng)不小于300m的規(guī)定。具體施工步驟及注意事項(xiàng)。

（1）通過(guò)鉆塞、打撈、套磨銑、刮管及其他修井技術(shù)，處理井筒至露出封堵層位底界，建立目的層擠堵通道。

（2）開(kāi)展井筒質(zhì)量檢測(cè)，依據(jù)方案設(shè)計(jì)要求采取SBT、電磁探傷、多臂井徑測(cè)試，檢測(cè)固井質(zhì)量和套管質(zhì)量。

（3）井筒連續(xù)注灰，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行擠堵水泥，井筒內(nèi)射孔層位頂界以上灰塞長(zhǎng)度不少于300m。

（4）添加環(huán)空保護(hù)液，對(duì)灰面以上井內(nèi)液體替換成保護(hù)液。

（5）安裝KQ 21MPa/65mm EE PR1簡(jiǎn)易井口并試壓，試壓21MPa，30分鐘壓降0.5MPa內(nèi)為合格。

（6）安裝測(cè)試壓力表，便于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)套管內(nèi)外與外層套管環(huán)空壓力?？蓪?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌握套管內(nèi)外密封情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）孤家子儲(chǔ)氣庫(kù)是利用老井建庫(kù)，通過(guò)井史分析建庫(kù)存在的問(wèn)題，利用技術(shù)檢測(cè)手段，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)套管質(zhì)量、套管外水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，篩選出不合格井。

（2）目前均使用開(kāi)發(fā)期間的試井資料預(yù)測(cè)，與儲(chǔ)氣庫(kù)強(qiáng)注強(qiáng)采情況下實(shí)際注采能力可能存在差異，為保證儲(chǔ)氣庫(kù)的安全，需依據(jù)實(shí)際注采情況進(jìn)行調(diào)整，制定合理的生產(chǎn)制度。

（3）儲(chǔ)氣庫(kù)的安全評(píng)價(jià)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、龐大的、復(fù)雜的工作，存在很多不確定性，還需要結(jié)合管柱氣體動(dòng)力學(xué)研究，確定井筒系統(tǒng)的安全狀況。未來(lái)還需系統(tǒng)評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣庫(kù)，建立相關(guān)規(guī)范。