枯竭油氣藏改建地下儲氣庫鉆采工藝技術研究

李曉龍 王陸劭

中原油田分公司天然氣產銷廠 河南 濮陽 457000

據資料顯示：世界范圍內，利用枯竭油氣藏改建而成的天然氣地下儲氣庫有430余座，占據總庫數的76%。此類儲氣庫不論是內在發展特性，還是外在發展要求，都決定了在建設儲氣庫工程中，工作人員要在分析其和油氣藏建設項目的異同，在滿足建設需求基礎上，來總結鉆采工程的工藝技術。收集學者的實踐研究結果證實：在鉆采工程中，利用鉆井、固井等工藝技術，落實鉆采一體化的設計理念，可以有效的保護油氣層，實現最佳效果。

1 鉆采工藝要求分析

儲氣庫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的特點，所以，對比普通油氣生產井來說，采井質量更高。

第一，儲層保護。具備較低的儲層壓力是枯竭油氣藏的特點之一，在地下儲氣庫改建期間，要分析固井和鉆井施工期間如何實施技術手段保護儲層，要對完井方式作出優化，完善工藝參數，盡最大可能的減少施工對儲層產生的傷害，提升注采井的產能[1]。

第二，地理環境的特殊需求。因地理環境和位置的特殊性，所以在位置選擇上也要關注其特征，要有合適的地下構造，因位置環境具備特殊性，導致建設的位置也處在特殊的環境中。比如大張坨地下儲氣庫位置處于獨流減河河床內，位于泄洪區域內，國家濕地保護區，此區域生長著較多蘆葦。在此環境下，設計的注采井要落實國家生產和環保的需求，要滿足生產的要求。

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

第四，工作人員要實時監測運行參數。在完井過后工作人員要對氣庫運行壓力和溫度數據隨時監測，對地下儲氣庫的運行情況作出判斷。

2 枯竭油氣藏改建地下儲氣庫鉆采工藝技術

2.1 儲層保護技術

儲層保護技術的發展核心即“低壓超低壓目的層”，以三種地層壓力為依據，應用多樣的油氣層保護技術，落實一體化設計理念。與此同時，我國在油層保護技術上包含的工藝多元，如鉆井液技術、鉆井技術、完井技術、固井技術等等，作業人員在施工中要分析地質條件和施工流程，選擇合理的保護技術，以此在建井周期內發揮技術優勢，提升油氣層保護的有效性。此外，在技術實施之間，要針對儲層保護技術進行評價指導和方案的優化設計，要保障在鉆井、完井和固定作業中，實施的儲層保護措施可以有序相容。

2.1.1 鉆井過程中的儲層保護技術

針對目的層壓力較大的儲氣層，在確定鉆井液密度上，要參照上層坍塌壓力來保障井壁的穩定性，要借助優質的屏蔽暫堵鉆井液體系。為了保護油氣層，也要實施屏蔽暫堵技術；一些枯竭氣藏面臨著低壓目的層油層保護問題，單純借助鉆井液無法解決問題，針對于此，可以實現科學的井身結構，鉆開目的層，在技術實踐中，于油氣層頂部實施技術套管，分隔上下部壓力層，為減少儲層浸泡的時間，可以應用快速鉆井的方式。

2.1.2 固井過程中的儲層保護技術

要基于安全角度上考慮地下儲氣庫注采情況，在固井過程中，水泥漿一定要返回至地面，在運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，水泥漿會產生液柱壓力，此壓力對低壓儲層產生影響，也會傷害油氣層。對此，為保障注采井的安全，可以應用兩級固井方式，在保障漿注結構足夠合理的基礎上，讓水泥漿順利的返至地面[2]。

在實踐中應用了屏蔽暫堵技術，此技術可以發揮防治濾液進入目的層的作用，在控制鉆井液性能過程中，應用此技術不但保護了油氣層，也推進了鉆井工作的順利實施。

2.1.3 完井過程中的儲層保護技術

為避免多次起下管柱油氣層受到壓井液的污染和影響，會采用射孔、測試，并實施“四聯座”技術。在負壓射孔期間應用無固相清潔鹽水射孔液。

2.2 鉆井工藝技術

第一，布置井口。為便于安全和生產的管理，實現保護環境的目的，采用了叢式井鉆井的方式，結合了地質目標和外部環境，在兩個井場上分布儲氣庫的12口井，每井場分布6口井，彼此距離30m。

第二，做好軌道的優化和設計。因井眼彼此密集，所以，有必要加強軌道規劃管理力度，避免出現碰撞現象，每個井都只設計了一個地質目標，所以針對井眼的井斜角未作出特別的要求，在軌道設計上，利用“直-接-穩”的三段式形式來設置井眼。如果要在斜井段安放分級箍，要合理的控制井斜角，將其保持在20度到25度之間。

第三，設計井身結構方案，提升鉆進效率。基于鉆井方式來分析，可以應用叢式定向井鉆井的模式，對比鉆直井來說，此種施工模式趨于復雜，再加上定向施工具備較長的時間，在鉆進期間要對其進行跟蹤測斜，為保障淺層井眼的穩定性，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氣層和板876儲氣層為案例來針對性分析。大張坨地下儲氣層在建庫前，孔隙壓力為0.76，在實際鉆井期間可以實施屏蔽保護對策，起到保護儲層的作用，在建設期間，為降低對應的成本，可以選擇二開井身結構。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，以此預防黏土層的松軟導致地層的坍塌。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，預防出現卡鉆現象。濕地是河道的地表，淤泥層較厚，因此，為推進鉆井工作的安全順利，在正式開鉆之前可以下入井口20m的導管。再加上項目地處濕地區域，地下存在積水，在天冷之際會引導膨脹，對井口產生積壓，而下入導管建立循環也能強化井口的抗擠壓力。大張拓二開井身結構見圖1。

圖1 大張坨二開井身結構示意圖

板876油組在建庫之前就因資源枯竭導致停產，因此在鉆井期間為保護儲層，要借助低密度鉆井液，可以采用三開井身結構，在儲層頂部套管，在選擇套管上，為節省成本，可以選擇244.5mm的套管。將表層套管下深到200m，對平原組上部黏土層松軟地層作出封固，以此推進三開井眼的順利套管的鉆進，板876三開井身的結構見圖2：

圖2 板876三開井身結構示意圖

2.3 完井工藝技術

第一，選擇完井方式。建議可以選擇套管射孔完井的方式，針對儲氣庫注采井來說，因在注采期間會產生交變應力，對井筒周邊的底層巖石承受力提出了較高的要求，為避免出現井壁的坍塌，可以選擇此種完井方式，來保障完井的有效和安全[3]。

第二，實施完善的射孔技術。射孔彈穿透深度、孔密、相位以及負壓值都是影響射孔后油氣井產能的因素，因此，工作人員要重點關注設計和參數的優化工作。因底層壓力系數不高，所以會產生一定的污染問題，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。明確負壓值是負壓射孔的關鍵，工作人員要了解負壓值的統計規律，來明確參數，選擇適合的方法。

第三，應用多功能完井管柱工藝。在井中同時下入完井關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，實施測試和生產工作，此舉也能預防壓井液對油氣層產生污染，對作業步驟和流程加以簡化，也起到保護儲層的目的。作業人員要了解此工藝的優勢和特點，在作業中發揮其作用，保障其效果，此工藝的特點如下：射孔、完井，一次性完成注采氣管柱，起到保護儲層的目的；借助封隔器起到保護套管的目的；在順應監測需求基礎上對測試短節作出配套；伸縮管的膨脹能消除采工況轉變時對管柱的應變應力；設置安全閥，在發生緊急情況時井下可自動關井。

第四，分析產能，預測注采井溫度和壓力的參數。為確定區塊井數提供依據，在確定調峰量后，能對特定油管尺寸作出分析，來明確需要的注采井井數；分析預測井口的壓力，選擇地面注氣壓縮機的型號和功率級別，為該系統的平穩運作奠定堅實的基礎；計算井口的壓力和溫度，并分析和判斷是否可以生成水化物。參照計算的結果，來確定選擇的設備。可以在投產的前期，應用小型加注甲醇防凍液設備，幫助儲氣庫節省投資成本，也能發揮防凍作用。

第五，安全設計注采井。注采井設計了三道安全防線，第一道防線，為避免儲層氣的氣竄，會將套管外固井水泥返至地面。第二道防線，利用氣密封螺紋來進行油層套管，在連接井下工具和井口設備上，要應用金屬對金屬的密封方式，以此提升管柱氣密性。第三道防線，在安全控制系統中要增添以下設備，即井下安全閥、地面壓力傳感器以及井下封隔器，此安全系統在發生異常情況時會發揮功能，自動關井。

第六，防腐對策。在此次設計中實施了防腐措施，如下：采用L80油管材質，對比普通油管來說，防腐性能更佳；在油管內部進行了內涂層處理；在油管內壁會實施化學防腐措施，會向油管里定期投放固體防腐棒；為保護套管，使其免受交變應力的沖擊和影響，會借助井下封隔器來實現抗腐蝕目的；在具體生產過程中，要在環空內充保護液。

第七，井口整體升高技術。因大張拓儲氣庫位于泄洪區域內，參照國家相關標準和要求，在泄洪區域內不允許建設影響行洪的大型類建筑，對于工程項目來說，如果建筑鋼制人工平臺，費用較高，再加上施工復雜，會延長施工周期，對此，可以應用井口整體升高技術，不但節省施工成本，也能縮短施工進度。

3 枯竭油氣藏改建地下儲氣庫鉆采工藝技術實施效果分析

第一，在現場應用上述工藝技術，取得了明顯的儲層保護效果。大張拓儲氣庫壓力系數為0.76，在此背景下完成了鉆井工作，并直接進行投產，據統計，其中12口井已經實現了自噴，對其中三口井表皮系數作出測試，結果均為負值。板876儲氣庫在鉆井工作進行之前，就因資源枯竭，在射孔作業后直接放噴，對三口井日產量作出測試，結果日產量達到了10×104m3左右。第二，儲氣庫處于特殊的地理環境下，在鉆井作業中，有效的利用了井場、井口的設計和分布以及各個老平臺，在節省建筑資金的基礎上，滿足了儲氣庫安全運作的需求，不但減少了鉆井平臺的數量，對減少對生態環境的破壞也有實際意義。第三，經測試：在儲層段，生產套管的固井質量都達標，每層套管的水泥漿都可以順利的返至地面，落實了注采井生產和安全運作的理念。第四，據調查：在作業中，實施一次完井管柱，可以保障在射孔作業后第一時間進行求產的測試，幫助作業人員獲取準確的地層信息，也能基于外界合理的負壓作用基礎下，對孔眼周邊的壓實帶進行清除，在了解全面的流量信息的同時，防止后續施工對儲氣庫產生二次影響。第五，準確的預測了溫度壓力場，對信息和數據的準確預測為地面工藝設計提供了依據。

4 結束語

各部門人員一直在不斷的探索和實踐各項工藝，現階段構建了以針對枯竭油氣藏改建地下儲氣庫鉆采一體化為核心的設計技術體系，各項工藝技術在多個地下儲氣庫中應用并發揮其作用，這也證實：發展的鉆采技術相對完善，可以為地下儲氣庫的建設和發展提供保障。本課題研究了鉆采工藝技術的應用要點，介紹了各項工藝發揮的作用，經研究也證明，借助鉆采一體化的設計思想，在鉆井、固井以及射孔作業中應用各項工藝技術，可以有效的保護儲層，不但有助于油氣藏的開發，在推進地下儲氣庫的項目發展上也起到了指導意義，在日后，部門人員依舊要繼續探索新型的鉆采技術，為我國天然氣地下儲氣庫建設和發展提供保障。