鹽穴儲氣勘探孔施工過程中的泥漿優化

商懷玉

摘 要：本文介紹了地下儲氣庫國內外現狀，針對蘇北鹽穴儲氣庫勘探過程中鉆遇地層情況，對鉆探泥漿進行了優化設計，取得了良好的效果。

關鍵詞：鹽穴儲氣庫;勘探;泥漿;優化

中圖分類號：TE822 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0159-02

1 地下儲氣庫國內外現狀

地下儲氣庫是用于儲存天然氣的地質構造和配套設施，主要功能是用氣調峰和安全供氣、戰略儲備、提高管線利用系數節省投資、降低輸氣成本等。城市燃氣市場需求隨季節和晝夜波動較大，僅依靠輸氣管網系統均衡輸氣能對流量小范圍調節，但難以解決用氣大幅度波動的矛盾。采用地下儲氣庫將用氣低峰時輸氣系統中富余的氣量儲存起來，在用氣高峰時采出以補充管道供氣量不足，解決用氣調峰問題。

1.1 國外現狀

地下儲氣庫的歷史可以上溯到20世紀初[1]。1915年。加拿大建成世界上第一座地下儲氣庫。到目前為止，全世界有地下儲氣庫550座左右，可以進行調峰的氣量約3500×10m。這些儲氣庫分屬不同國家的逾100家公司，其中既有儲氣量超1000×10m的天然氣上下游一體化的大型跨國公司，也有僅單純經營1～2座地下儲氣庫的小公司。

1.2 國內現狀

中國的地下儲氣庫建設起步較晚[2]，20世紀70年代在大慶油田曾經進行過利用氣藏建設地下儲氣庫的嘗試。20世紀90年代初，隨著陜京天然氣輸氣管道的建設，為確保北京、天津的安全供氣，國家開始加大力度研究建設地下儲氣庫技術。2000年11月，我國首次在大港油田利用枯竭凝析氣藏建成了大張坨地下儲氣庫，總庫容達到46.0×10m，總可利用氣量為20.0×10m左右，日最大供氣量近2000×10m。2003年利用氣量為7.6×10m，占陜京輸氣管道年銷售量的28%。2006年冬季高峰期，該地下儲氣庫每天向北京供氣逾1600×10m，彌補陜甘寧天然氣的供應量缺口。

為保證西氣東輸沿線地區用戶的正常用氣，中國石油天然氣集團公司規劃分別在江蘇金壇、劉莊和安徽定遠建設地下儲氣庫。為了保證忠縣—武漢天然氣輸氣管道安全平穩供氣，該公司也在積極進行建設忠武線配套地下儲氣庫的前期準備工作。

地下儲氣庫在天然氣工業發展過程中的作用重大，因此，政府、企業都對此高度重視。依據國家總體戰略部署，中國將形成四大區域性聯網協調的儲氣庫群：東北儲氣庫群、華北儲氣庫群、長江中下游儲氣庫群和珠江三角洲儲氣庫群。展望2020年，國家將規劃建設地下儲氣庫30座以上，可調峰總量達320×10m。

1.3 鹽穴儲氣庫現狀

鹽穴儲氣庫建于鹽丘或鹽巖的地下儲氣庫。通常利用溶鹽工藝開采地下鹽礦形成的空穴來儲存高壓天然氣。鹽溶工藝涉及大量水的循環和排放，造成鹽穴儲氣庫的建設投資和運行成本都較高。鹽穴儲氣的優點是儲氣庫的利用率較高，注氣時間短，墊層氣用量少，需要時可以將墊層氣完全采出。目前世界上有鹽穴儲氣庫共44座，占地下儲氣庫總數的8%。

西氣東輸的重要調峰設施—金壇地下儲氣庫，位于江蘇省金壇市直溪鎮，毗鄰鎮江，屬鹽穴地下儲氣庫，是中國鹽穴第一庫，規模為亞洲第一。它開創了中國利用深部洞穴實施能源儲存的先河，在地址選區、區塊評價、溶腔設計、造腔控制、穩定性分析、注采方案設計、鉆完井工藝等多方面獲得了一批研究成果和技術手段，為中國利用鹽穴進行天然氣儲備為進一步勘探建設鹽穴儲氣庫，在蘇北開展了儲氣庫勘探孔鉆探。

2 地質條件

2.1 地層

第四系（Qd）：0～200.00m，厚度200m，巖性上部主要為灰黃色、土黃色粉砂質粘土，下部主要為褐色含礫粘土層并含有大量鈣質充填，與下伏地層呈不整合接觸。

新近系鹽城組（Ny），200.00～450.00m，厚度250m，巖性上部為灰黃色夾灰白色粉砂與中粗砂互層，靠近下部夾粘土薄層，中部紫紅色粘土夾粉細砂，下部以中細沙為主，接近底部為礫石層，礫石主要由石英及硅質成份組成，與下伏地層不整合接觸;白堊系上統浦口組（K2p）：該組地層可分為三段，根據區內勘探等資料，只揭露浦三段和浦二段上部地層。

（1）浦三段（K2p3）：450.00-2000.00m，厚度1550m，上部以紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質泥巖為主，局部見鈣泥質膠結，含硬石膏團塊，下部以灰褐色泥巖夾粉砂質泥巖為主，含鈣質，局部夾鈣芒硝條帶。

（2）浦二段（K2p2）：2000.00-2800.00m，厚度800m（未穿），巖性以煙灰色巖鹽、鈣芒硝巖、泥巖為主，成頻繁韻律層產出，根據區內鉆探等地質資料只揭露上亞鹽段的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ巖性組合。

2.2 含鹽系地層地質特征

（1）含鹽系地層賦存于白堊系浦口組地層中，時代屬中生代白堊系中晚期。石巖鹽在剖面中占主導地位，其次為鈣芒硝巖。

（2）含鹽系剖面結構特征：該區浦口組含鹽系地層為一個咸化期，自上而下可分為三個巖性亞段：上鹽亞段、中淡化亞段及下鹽亞段。本次勘探目的層為上鹽亞段（未揭穿）。該亞段在區域上又分為四個巖性組合。該亞段在區域上又分為四個巖性組合，而本孔勘探目的為揭示第IV巖性組合、第III巖性組合和第Ⅱ巖性組合段（未揭穿）。

鹽群埋深2000～2800.00m。

3 勘探孔設計

一開井段：0-500m，孔徑Φ311.1mm，下入Φ244.5×8.94mm的表層套管，鋼級為J55，P.O42.5水泥固井，水泥漿返至地表，候凝時間大于72小時;二開井段：500-2800m，開鉆用Φ215.9mmPDC鉆頭，全面鉆進2000m左右，鉆遇鹽巖前改用Φ215.9mm取心鉆頭+川8-4型取心筒，取心鉆進，鉆至2800m終孔。勘探孔設計見表1及圖1。

4 泥漿優化設計

4.1 原泥漿配方存在的問題

原泥漿配方為：6%鈉土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+4‰低粘低粘羧甲基纖維素鈉鹽CMC-LV+0.3‰潤滑劑，密度1.06g/cm3。

鉆遇浦三段（K2p3）紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質泥巖后，泥巖造漿嚴重，固相含量大幅升高，旋流除砂器大量排出廢漿，補充新漿后不久，泥漿快速變稠，在1127m處發生吸附卡鉆。

事故原因分析：受造漿影響，泥漿中固相含量嚴重超標，泥皮質量變差且泥皮很厚，在固相填充及泥皮吸附雙重作用下，發生了卡、埋混合型卡鉆。

事故處理：采用解卡劑對下部鉆具浸泡18.5小時解卡。

4.2 優化后的泥漿配方應用效果

針對鉆遇的泥巖地層，并結合應對下部膏鹽層，應改變泥漿配方，采用抑制泥巖造漿、抗鹽性能好的泥漿體系。優化后的泥漿配方為：6%鈉土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+3%鉆井液用磺化褐煤SMC+2%磺化酚醛樹脂SMP+2%磺化瀝青，密度1.07g/cm3左右，必要時加入2%鉆井液用低熒光特效防塌劑。其中：鉆井液用磺化褐煤SMC為降粘劑和降失水劑，耐高溫性好。直接應用于各種水基鉆井液體系中，可與多種處理劑可配合使用。一般加量3-5%。磺化酚醛樹脂SMP為抗高溫抗鹽降失水劑，并兼有防塌、潤滑等作用。一般與鉆井液用磺化褐煤SMC搭配使用效果更好，加量1%-3%。磺化瀝青含有磺酸基，水化作用很強，起到防塌作用，是一種堵漏、防塌、潤滑、減阻、抑制等多功能的有機鉆井液處理劑，一般加量1-6%。

采用新的配方泥漿替換孔內全部漿液后，繼續鉆進，泥漿流變性、穩定性好，有效克服了泥巖造漿。鉆至膏鹽層頂板前，向泥漿內加鹽至飽和，Cl-含量大于1.8×105mg/L。飽和鹽水泥漿配方為：5%鈉土+2‰NaOH+5%鉆井液用磺化褐煤SMC+3%磺化酚醛樹脂SMP+3%磺化瀝青，密度1.30-1.35g/cm3左右，馬式漏斗粘度40-60S，HTHP失水失水<14mL，PH值9-10。飽和鹽水泥漿性能穩定，施工過程中粘度變化不大，起下鉆通暢，鉆探過程平穩，取出的鹽心規則完整無溶失，順利鉆進至終孔。

5 結論與建議

（1）鉆井液用磺化褐煤、磺化酚醛樹與脂磺化瀝青能有效抑制泥巖造漿，并具有良好的抗鹽性能。

（2）針對此類地層情況，應在二開時直接采用飽和鹽水泥漿。飽和鹽水能有效抑制泥巖造漿，并且減少了淡水泥漿轉換為鹽水泥漿的過程。

參考文獻

[1] 李國興.地下儲氣庫的建設與發展趨勢[J].油氣儲運，2006，25（8）：4-6.

[2] 鄭瀚翔.中國地下儲氣庫的建設與發展現狀分析[J].科技致富向導，2015（17）：64.