鹽穴儲氣庫高效注排采一體化管柱

單保東 周照恒 劉亞靜 喬寬 陳猛如 郭雯 何平

中國石油華北石油管理局有限公司江蘇儲氣庫分公司

鹽穴儲氣庫在完成溶腔后，腔體內充滿鹽巖溶解形成的鹵水，必須經過注氣排鹵將鹵水排出后，腔體才能投入運行使用。目前國內注氣排鹵工藝主要是采用?244.5 mm 生產套管+?177.8 mm 注采套管+?114.3 mm 排鹵油管的工藝管柱組合，通過向?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環空注氣，在壓力作用下促使井內鹵水從?114.3 mm 油管內排出，排鹵完成后通過帶壓作業將?114.3 mm 排鹵管柱取出，實現腔體注采投產［1］。

注氣排鹵工藝技術雖然已經在鹽穴儲氣庫得到廣泛應用，但在實際施工過程中仍存在很多問題：(1)管柱注排過流面積小，排鹵周期長。在注氣排鹵過程中，利用?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環空作為注氣通道，而鉆完井中的?244.5 mm 套管與?177.8 mm 套管中間的環空面積被浪費，導致注排過流面積小，排鹵流量低，單口井排鹵周期一般為4～6 個月；較低的排鹵流量增加了管柱結晶堵塞的風險，因此需要定時停井對排鹵管柱進行反沖洗，進一步增加了注氣排鹵時間。(2)排鹵完成后，帶壓起出排鹵管柱工序復雜，風險大。注氣排鹵完成后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘順利開關、實現井下有效控制、確保鹽穴儲氣安全運行，需要起出?114.3 mm 排鹵油管。排完鹵后腔體內充滿了高壓天然氣，起排鹵管柱非常困難，必須使用不壓井作業裝置將排鹵管起出，帶壓作業工序復雜，風險大，費用高。

為了解決上述問題，通過對金壇鹽穴儲氣庫注氣排鹵現場實施現狀進行分析，研制了滿足鹽穴儲氣庫工藝要求的注排采一體化管柱，通過開展注排采一體化管柱的應用試驗，驗證注排采一體化管柱的實用效果，為后期推廣應用提供參考依據。

1 注排采一體化管柱方案設計

1.1 管柱選型

針對現有注氣排鹵管柱過流面積小、排鹵流量低的問題，擬采用擴大排鹵管柱直徑的方法來提高排鹵速度，此項改進工藝理論上可以直接增大過流面積，提高排鹵速度，降低管柱內部結晶堵塞的危險。

目前金壇鹽穴儲氣庫注氣排鹵工藝是采用?244.5 mm 生產套管內下入?177.8 mm 套管(帶井下工具)和?114.3 mm 油管。若要增大排鹵管直徑，將原工藝?244.5 mm 生產套管與?177.8 mm 套管中間的環空面積有效利用起來，可以采用大直徑排鹵管直接下入?244.5 mm 生產套管內進行注氣排鹵，而目前直徑介于?244.5 mm 和?114.3 mm 之間的常用管材中，有?177.8 mm 和?139.7 mm 兩種，其設計過流面積對比見表1。

表1 排鹵及注氣面積對比Table 1 Comparison of brine discharge and gas injection area

由上表可知，?177.8 mm+?244.5 mm 管柱組合注氣面積明顯小于排鹵面積，考慮管柱接箍及管柱上其它工具外徑影響，注氣面積將進一步減小，而過小的環空面積對于工具的選型要求更高。因此，結合金壇鹽穴儲氣庫現場情況，從工具匹配性、注排過流面積、經濟性等方面考慮，優選?139.7 mm+?244.5 mm 管柱組合作為注排采一體化工藝的排鹵管柱。

1.2 管柱設計

目前注氣排鹵工藝的管柱組合主要是采用?244.5 mm 生產套管+?177.8 mm 注采套管+?114.3 mm 排鹵油管，結構如圖1 所示。由于原注氣排鹵工藝在排鹵完成后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘順利開關，需要通過帶壓作業起出?114.3 mm排鹵油管完成腔體注采投產，而帶壓作業風險大、成本高、周期長，不利于高效生產的進行。

圖1 原注氣排鹵管柱結構Fig. 1 Structure of original gas injection and brine discharge string

因此，為達到提高效率降低風險的目的，新管柱的設計目標是使用一套管柱工具完成注氣排鹵、坐封、投產等步驟，省去現有的?114.3 mm 管柱，省去不壓井起管作業，提高注氣排鹵效率。新型注排采一體化管柱設計結構如圖2 所示。通過生產套管和一體化管柱環形空間注入天然氣，從一體化管柱內排出飽和鹵水，最后通過打壓封隔器坐封、丟手丟棄尾管進而完井，達到省去帶壓作業的目的。

圖2 注排采一體化管柱結構Fig. 2 Structure of injection-dischargeproduction integrated string

2 現場應用

為了驗證金壇鹽穴儲氣庫注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵效果，開展了一體化管柱現場應用試驗。為提高試驗結果可靠性，降低試驗風險，同時減少鹽腔內落物對后續造腔的影響，計劃將試驗分2 次實施：第一次入井試驗驗證注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵的效果，但試驗管柱不下丟，采用壓差滑套模擬管柱下丟性能試驗；第二次試驗在驗證注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵的效果的同時，對管柱進行下丟性能試驗。

2.1 第一次入井

對試驗井井筒進行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安裝注采井口及管線并完成氮氣試壓，注氣排鹵準備工作完成后，進行試注氣排鹵，注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內返出地面，試注氣排鹵到腔體正常進氣，返出鹵水正常為止；試注氣排鹵合格后，開始正式注氣排鹵作業。第一次入井試驗過程中，在12.3～13.4 MPa 注氣壓力下，平均排鹵速度135.75 m3/h，詳細數據見表2。

表2 第一次試驗數據統計Table 2 Data statistics of the first test

注氣排鹵結束后，開始進行氮氣試壓，氮氣流量887 Nm3/h，壓力12.8 MPa，注入氮氣量1 921 Nm3，驅替天然氣至封隔器以下，泵送膠塞至塞座，打壓至17.2 MPa，封隔器坐封；環空打壓至17 MPa，驗封合格。油管打壓至21 MPa，打開壓差滑套，壓力瞬間下降至0 MPa，滑套打開。工具及排鹵工況驗證完畢后氮氣誘舉排出注入天然氣，上提入井工具及試驗管柱，試驗結束。

2.2 第二次入井

對試驗井井筒進行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安裝注采井口及管線并完成氮氣試壓，注氣排鹵準備工作完成后，進行試注氣排鹵，注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內返出地面，試注氣排鹵到腔體正常進氣，返出鹵水正常為止；試注氣排鹵合格后，開始正式注氣排鹵作業，第二次入井試驗過程中，在12.7～13.8 MPa 注氣壓力下，平均排鹵速度138.13 m3/h，詳細數據見表3。

注氣排鹵結束后氮氣試壓，氮氣流量881 Nm3/h，壓力12.5 MPa，注入氮氣量1 933 Nm3，驅替天然氣至封隔器以下，泵送膠塞至塞座，打壓至18 MPa，封隔器坐封；環空打壓至17.5 MPa，驗封合格；投入膠塞，打壓至30 MPa，丟手脫開。工具及排鹵工況驗證完畢后氮氣誘舉排出注入天然氣，起出入井工具及試驗管柱，試驗結束。

表3 第二次試驗數據統計Table 3 Data statistics of the second test

3 應用效果分析

3.1 提高排鹵效率

篩選金壇鹽穴儲氣庫8 口完腔井進行了注氣排鹵初期排鹵速率與2 次入井試驗排鹵速率的對比研究。其中，試驗的排鹵時間均為8 h，具體數據結果見表4。

表4 排鹵速率對比Table 4 Comparison of brine discharge rate

?139.7 mm 套管注排采一體化管柱實現了環空注氣面積和管柱內排鹵面積的優化，降低了環空內氣體和管內鹵水的摩阻，使得注氣排鹵速度明顯提升。由表4 數據計算可得，在相同注氣壓力范圍內，采用?177.8 mm+?114.3 mm 管柱8 口完腔井平均排鹵速度約為108.59 m3/h，試驗平均排鹵速度約為136.94 m3/h，排鹵效率提高約26%。以金壇鹽穴儲氣庫為例，其鹽穴腔體體積約為15～45 萬m3，平均腔體30 萬m3，若原工藝技術進行注氣排鹵，單口井平均排鹵時間需115 d，更換新型高效注排采一體化管柱進行注氣排鹵只需91 d，節省排鹵時間24 d。

3.2 簡化作業工序

原注氣排鹵管柱通過向?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環空注氣，在壓力作用下促使井內鹵水從?114.3 mm 油管內排出，排鹵完成后通過帶壓起排鹵管及鋼絲作業工序將?114.3 mm 排鹵管柱取出，實現腔體注采投產。而高效注排采一體化管柱注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內返出地面，在完成注氣排鹵后，是通過打壓封隔器坐封、丟手丟棄尾管進行完井，?139.7 mm 油管兼顧排鹵與注采氣功能，節省了一套?114.3 mm 注氣排鹵管材，省去了帶壓起排鹵管及鋼絲作業工序，避免了帶壓作業的風險，同時節省了整套注氣排鹵工藝的施工作業及材料成本，縮減作業時間10～15d。

4 結論

(1)通過兩井次注氣排鹵試驗，成功驗證了新型高效管注排采一體化管柱現場應用的可行性，可以滿足鹽穴儲氣庫注氣排鹵需求。

(2)新型高效注排采一體化管柱與現用油管排鹵工藝相比，注氣排鹵管柱過流面積增大，排鹵效率提高約26%；采用丟手丟棄尾管，簡化作業工序，縮減作業時間10～15 d。