17、廊坊分院完井所鹽穴儲氣庫老腔利用改造技術(shù)

鹽穴儲氣庫老腔利用改造技術(shù)申瑞臣田中蘭路立君（中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院）r摘要】為了加快長江三角洲地區(qū)儲氣庫的建設(shè)進程，保證西氣東輸整個長輸管道的平穩(wěn)運行，對儲氣庫選址內(nèi)的15口已有采鹵溶腔的可利用性進行了研究。通過聲納檢測及穩(wěn)定性初步評價，挑選出6個具備可利用條件的已有采鹵溶腔。經(jīng)過對已有采鹵溶腔改造方案的分析與比選，提出了最優(yōu)的施工方案?！娟P(guān)鍵詞】鹽穴儲氣庫已有采鹵溶腔聲納西氣東輸1利用金壇鹽礦現(xiàn)有采鹵溶腔的必要性西氣東輸管道東段工程建設(shè)已經(jīng)完工，并于2003年10月1日實現(xiàn)了管道輸氣，2004年1月1日正式實現(xiàn)商業(yè)供氣，西氣東輸工程正按計劃如期運行。儲氣庫是西氣東輸工程最重要的配套工程，它是保證整個長輸管道平穩(wěn)運行的關(guān)鍵手段。實現(xiàn)正式商業(yè)供氣后，為確保安全供氣，必須盡快提供應(yīng)急供氣氣源，因此對儲氣庫建設(shè)的要求就變得十分急迫。經(jīng)過長江三角洲地區(qū)儲氣庫建設(shè)可行性研究認(rèn)為，建設(shè)儲氣庫最有效快捷的方式是首先開發(fā)與利用氣庫選址周圍的已有采鹵溶腔。氣庫選址內(nèi)有一鹽礦，已采鹵14年，有各類采鹽井40多口。盡管鹽礦采鹵溶腔和相應(yīng)采鹵井在總體上存在單腔庫容不大和固井質(zhì)量欠佳等不足，但從爭取時間、節(jié)省投資和改善建設(shè)環(huán)境條件等方面綜合考慮，利用金壇儲氣庫選址周圍的已有采鹵溶腔是十分必要的，表現(xiàn)在：（1）縮短建庫時間。鹽穴儲氣庫建設(shè)周期由鉆注采井、造腔和地面工程施工三部分組成，而耗時最多的為造腔階段。據(jù)初步計算，用合理的井身結(jié)構(gòu)、采鹵管柱配合和相應(yīng)措施造腔，建成25x104m3溶腔約需要三年多的時間，照此推算，如利用現(xiàn)有總體積約207.05x104m3的15個已有采鹵溶腔，則可節(jié)約的造腔時間相當(dāng)可觀；（2）減少建庫投資。根據(jù)測算，建造1個體積25x104m3的溶腔，其投資約2000萬元，如利用現(xiàn)有的總體積約207.05x104m3的15個已有采鹵溶腔，則可節(jié)約投資約3億元；（3）緩解造腔鹵水出路的壓力。若建造體積207.05x104m3的溶腔，產(chǎn)出鹵水1449x104m3,生產(chǎn)原鹽414萬噸。按目前鹵水消化能力，可供江蘇省制堿工業(yè)運行5年。可見，在國內(nèi)鹽產(chǎn)量過剩的情況下，利用現(xiàn)有采鹵溶腔將大大緩解建庫造腔鹵水出路的壓力。2金壇鹽礦現(xiàn)有采鹵溶腔的現(xiàn)狀2.1現(xiàn)有采鹵溶腔的分布在儲氣庫選址區(qū)附近，共有采鹵井43口，其中茅興井區(qū)11口、茅溪井區(qū)4口、直溪橋井區(qū)3口、東崗井區(qū)5口、陳家莊井區(qū)4口、顏家莊井區(qū)3口和榮炳井區(qū)13口。分布見圖1。2.2現(xiàn)有采鹵溶腔的篩選從腔體位置、單腔容積、井口間距、腔體連通性等方面，對現(xiàn)有的43個采鹵腔體按預(yù)選程序進行初步篩選，符合預(yù)選條件的腔體有15個：分別是：茅興井區(qū)的M1、M2、M6、M7、M8和M9井；茅溪井區(qū)的XI3和XI4井；直溪橋井區(qū)的XIY1和XIY2井；東崗井區(qū)的D1、D2和G1、G2井。

陳井4044+Xn宜溪橋井區(qū)（3口井）陳家莊井區(qū)（4口井）陳井4044+Xn宜溪橋井區(qū)（3口井）陳家莊井區(qū)（4口井）**陳4井,圖1金壇地區(qū)井位圖（共計43口井）柴炳井區(qū).榮7井顏1井顏家莊井區(qū)榮2井■榮9井?*—（3口井）—（13口井）顏2井榮3井榮10井東崗?fù)鈪^(qū)（5口井）2.2.1預(yù)選采鹵溶腔的基本情況（表1）表1預(yù)詵來鹵溶腔的基本情況表序號井號鹽層埋深m鹽層厚度m套管下入鹽層m裸露鹽層m開采時間年采出礦量萬噸溶腔折算容積x104m31M1858.0?1029.97171.95150.3821.571428.3515.102M2866.0?1041.78175.78167.368.421337.4219.943M6866.5?1038.65172.10147.4624.641140.8921.794M7860.0?1028.60168.60141.4127.191134.0818.855M8850.2?1014.60164.40149.6514.75927.8114.826M9865.3?1037.00171.7148.8922.81821.9712.157XI3875.6?1013.25137.65125.1512.50824.4813.048XI4854.0?1026.50172.5126.1913.31715.898.479G1947.94?1082.28134.34101.8332.51818.299.7510G2937.00?1071.65134.65103.6731.29818.299.7511XIY1927.50?1071.96144.6112.0032.46918.679.9512XIY2920.31?1069.19144.88114.0034.88918.679.9513D1942.80?1091.34148.5298.6749.871023.7612.6614D2934.55?1083.00148.45114.1634.291023.7612.6615R1932.0?1064.21132.2184.9147.301335.2618.79茅興地區(qū)最大溶腔是采鹵11年的M6井，采礦量約40.89萬噸，折算溶腔體積21.79x104m3；最小溶腔的是XI4井，采出鹽約15.89萬噸，折算溶腔體積8.47x104m3。根據(jù)鹽礦采鹵量計算，15個溶腔的總體積大約為：207.91x104m3。2.2.2預(yù)選采鹵溶腔的相應(yīng)采鹵井基本情況（表2）擬選用的15個溶腔，其井身結(jié)構(gòu)均采用0244.5mm+0139.7mm的套管結(jié)構(gòu)，0244.5mm表層套管封固表層，下入深度30?50m左右；0139.7mm生產(chǎn)套管進入巖鹽層80?160m，深度在

940-1040m之間。采鹵中心管一般下入鹽層中下部，深度在960?1060m之間。表2預(yù)詵采鹵溶腔的相應(yīng)采鹵井基本情況表序號井號表層套管生產(chǎn)套管匚＞心管外徑mm壁厚mm下深m外徑mm壁厚mm下深m下深m中心管mm外徑X壁厚1M124410.0350.64139.77.721008.401019.60(P73x5.512M224410.0329.35139.77.721003.361036.50中73x5.513M627310.0329.74139.77.721014.001035.50中73x5.514M727310.0329.80139.77.721001.411014.75773x5.515M827310.0329.90139.77.72999.851010.90④73x5.516M927310.0330.15139.77.721014.191026.80773x5.517XI327310.0327.64139.77.721000.751011.205773x5.518XI427310.0330.00139.77.721013.191024.60773x5.519G127310.0330.00139.77.721049.771058.51773x5.5110G227310.0330.00139.77.721040.671050.77773x5.5111XIY127310.0322.20139.77.721039.501044.70773x5.5112XIY227310.0323.50139.77.721034.311041.31773x5.5113D127310.0327.64139.77.721041.471053.47773x5.5114D227310.0330.00139.77.721048.711050.79773x5.5115R12449.6551.30139.77.72/9.21016.9773x5.513預(yù)選的采鹵溶腔聲納測量為了確定每個腔體的形狀及確切體積，利用特殊的檢測設(shè)備一一聲納測量儀對15個已有采鹵溶腔進行了檢測。聲納測量的基本原理是利用儀器發(fā)射超聲波，在鹵水、天然氣等介質(zhì)中傳播，當(dāng)超聲波到達腔壁時就反射回來，被儀器的接受探頭所吸收，然后通過電纜傳導(dǎo)到地面接收器，并轉(zhuǎn)化為可利用的數(shù)字信號，再經(jīng)過軟件處理，得出所需資料和圖像。聲納設(shè)備可測定出腔體的形態(tài)、體積、位置、溫度分布等情況，并能探明腔體的頂、底板位置，同時還能得出相鄰腔體間的相關(guān)位置關(guān)系。3.1聲納檢測聲納檢測前需要進行通井和測井，為聲納檢測作好資料準(zhǔn)備。聲納測量綜合數(shù)據(jù)結(jié)果見表3,聲納檢測圖見圖2、圖3和圖4。

圖4東崗腔群2口井腔三維圖表3圖4東崗腔群2口井腔三維圖井號管鞋位置m鹽層頂深m測腔最低點m最低水平測量m最高水平測量m腔體最大半徑m測量體積m3腔體形狀腔頂鹽層余厚mM1井985863.2988.9978.6861.232.2119545雙梨形-2M2井1032.587110181017897.948229747梨形26.9M6井1021871.51014.21001.9927.256.2324484梨形55.7M7井1001865997.3990.6908.683.9329315梨形+矩形43.6M8井1004.58551001.3997.3883.242.5183775梨形28.2M9井1020.387110181002.7931.198.3288299錐體+矩形60.1XI3井1001880.7997.698089344.2171141梨形12.3XI4井962858.8955.2919.660.8XIY1井1007.29331015.11013.4959.552.6155950梨形26.5XIY2井1032.1925.51034.71007.4937.444.4159449梨形11.9D1井1033949.21026.41016.9955.145.6187331梨形5.9D2井1043.8938.51039.81012.3958.447.1188637梨形19.9G1井10309511022.11020.1966.441.9139962梨形15.4G2井1032.5942.51024.91015.3955.846.1154165梨形13.3對聲納測量資料解釋認(rèn)為，茅興和茅溪腔群中的M2、M6、M7和M9井腔體在俯視圖上重疊，而M7與M9井大面積相通，在腔間承壓密封上存在問題（圖2）；直溪橋腔群的腔體間仍有較大的距離，XIY1與XIY2腔體礦柱大于20m（圖3）；東崗腔群的腔體間也有較大的距離，D1與D2腔體礦柱30m、D2與G2腔體礦柱20m、G2與G1腔體礦柱也是20m（圖4）。3.2腔體可利用性初步評價嚴(yán)格意義上講，大部分鹽腔的可利用條件都不是很好。但如果將每一腔群做為一個整體考慮，在氣庫運行時，降低最高運行壓力，縮小運行壓力范圍，且各腔體以同一壓力同注同采，則直溪橋腔群的XIY1與XIY2，及東崗腔群的D1、D2、G1、G2共6個腔體的可利用條件相對較好。最終能否利用尚需做力學(xué)穩(wěn)定性評價。6個可利用采鹵溶腔儲氣庫容14114.25x104m3，在給定的工作壓力范圍內(nèi)，調(diào)峰工作氣可達7826.35x104m3。4可利用采鹵溶腔的改造從儲氣庫運行及安全角度考慮，不能直接利用現(xiàn)有老井，必須對其進行改造，其主要原因是:（1）采鹵井的生產(chǎn)套管直徑較小，注采天然氣的吞吐能力不夠理想?，F(xiàn)有采鹵井大多數(shù)采用（P139.70mm生產(chǎn)套管的井身結(jié)構(gòu)，當(dāng)下（p89mm油管改為儲氣庫注采井后，最大采氣能力不具備應(yīng)急供氣的要求。（2）采鹵井的質(zhì)量差，服役時間長，剩余壽命短。在6個可利用溶腔的相應(yīng)采鹵井中，固井水泥質(zhì)量差，部分井生產(chǎn)套管固井時采用砂漿固井，且水泥未返到井口；由于采鹵井使用時間較長，鹽水腐蝕生產(chǎn)套管及水泥環(huán)，套管質(zhì)量狀態(tài)差，水泥環(huán)剩余壽命短，很容易造成密封失效，達不到注采氣井安全要求。因此，利用已有采鹵溶腔不能簡單地對井眼進行修復(fù)，只能“棄井用腔并對原有井身結(jié)構(gòu)進行改造。4.1已有采鹵井改造的原則利用已有的采鹵溶腔的改造方案應(yīng)遵循以下原則：（1）安全第一，確保腔體、井筒、地層三者間的有效密封；（2）改造后的生產(chǎn)套管直徑要足夠大，可滿足儲氣庫運行時強注強采的要求；（3）滿足注采管柱結(jié)構(gòu)與防腐的要求；（4）改造后井筒可承受交變應(yīng)力和溫度的劇烈變化；（5）改造技術(shù)措施可靠。4.2可利用采鹵溶腔的改造方案比選從施工工藝上考慮，最有可能的改造方案有以下三種：方案1：直接將老井眼封堵（或環(huán)空擠水泥）后，再打大直徑新井其工藝流程是：通井f測井f射孔f擠水泥f鉆水泥塞f套管環(huán)形空間試壓f打水泥塞封井f移井位，鉆新井f完成采鹵溶腔利用。由于套管射孔擠水泥是處理生產(chǎn)套管外環(huán)形空間封固質(zhì)量差的傳統(tǒng)技術(shù)，因而該方案技術(shù)難度低，施工工藝簡單；但密封存在隱患，不能保證老井筒環(huán)空的封固質(zhì)量，且一腔多眼，腔體后期穩(wěn)定性存在問題。方案2：鍛銑部分下部套管和水泥，封堵后再打大直徑新眼此方案的工藝流程與方案1的工藝流程基本相同，其差別僅僅在于用段銑代替射孔。工藝流程是：通井f測井f下部套管鍛銑f擴銑水泥環(huán)至新地層f打水泥塞，注水泥封堵f其它部位鍛銑注水泥f打塞f套管環(huán)形空間試壓f移井位鉆新井f完成采鹵溶腔利用。套管段銑后封堵水泥是處理生產(chǎn)套管外環(huán)形空間封固質(zhì)量差的新技術(shù)。這種方案改善了原套管與環(huán)形空間的通道，大幅度降低了其流動阻力，從而提高了水泥封固效果，腔體密封得到改善，但一腔多眼造成的腔體后期穩(wěn)定性問題依然存在。方案3：全井套銑，擴眼后下入大直徑套管該方案是用全井套銑的方法將原采鹵井的生產(chǎn)套管全部取出，用擴眼鉆頭擴眼后，重新下入新的生產(chǎn)套管。該方案施工工藝雖然較方案1、2復(fù)雜，但技術(shù)也比較成熟。如施工完成，可以避免方案1、2存在的問題。上述三種方案都各具優(yōu)缺點（表4），但從技術(shù)、經(jīng)濟、密封性和可靠性等各方面綜合考慮，方案3更具優(yōu)勢。經(jīng)過國內(nèi)專家和多家油田施工單位的論證，最終確定了6口已有采鹵溶腔的改造方案采用方案3,目前以此方案進行的老井改造工程已在現(xiàn)場