盐穴储气库老腔利用改造技术

盐穴储气库老腔利用改造技术中国石油天然气集团公司钻井工程技术研究院钻井完井所盐穴储气库老腔利用改造技术申瑞臣田中岚盐穴储气库老腔利用改造技术一、背景与概况二、面临的挑战与难题三、储气库老腔利用改造技术系列四、应用效果及经济评价主要内容盐穴储气库老腔利用改造技术•盐穴储气库–利用水溶的方式，在盐丘/盐层内形成巨大的溶洞，并将之做为储气空间而形成的人工气库，用以保证管道平衡安全地供气。一、背景与概况鸭梨状腔体盐穴储气库老腔利用改造技术“盐穴储气库老腔利用与改造技术”是以国家重点工程西气东输管道工程配套地下储气库项目为依托，以储气库研究、设计、施工为基础而开展的金坛盐穴储气库是保证整个长输管道平稳运行的关键手段，西气东输管道于2004年1月1日正式实现了商业供气后，对储气库建设的要求就变得十分急迫盐穴储气库老腔利用改造技术为了尽快建成储气库，最有效快捷的方式是开发与利用金坛盐矿已形成的采卤老溶腔。老腔利用不但可以缩短建库时间，尽早为输气管道提供应急供气，而且还可以减少盐穴储气库建设成本。盐穴储气库老腔利用改造技术金坛盐矿是一个采卤14年的老盐矿金坛盐矿目前有各类采盐井40多口，已形成一定数量的采卤溶腔。本技术研究的目的就是如何改造与利用这些老溶腔，使之转化为储气库。0120603090阜阳商丘徐州南通南京镇江芜湖杭州无锡合肥安庆黄山上海地华北南部盆地苏北盆泰兴盆地句容南陵盆地常州宣盆地长江平湖盆地吴江盆地金坛盐矿盐穴储气库老腔利用改造技术二、面临的困难与挑战盐穴储气库老腔利用改造技术困难1：国内首次，技术手段匮乏盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国是一个崭新的课题，有很多技术问题需要探索、研究和实践国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次，没有相关经验和资料可以借鉴。技术手段严重缺乏盐穴储气库老腔利用改造技术困难2：已有采卤老腔情况复杂•套管腐蚀严重，固井质量差，老井井筒和环空密封存在严重问题，处理非常困难•采卤过程中，复杂与事故多，腔体状态不明盐穴储气库老腔利用改造技术困难3：国际上无此类工程先例•国外文献调研表明，没有发现在层状盐岩中将已有溶腔改造方面的实例•从国外获得指导性或经验性的资料几乎不可能，这在一定程度上增加了老井老腔修复与利用技术的研究难度。盐穴储气库老腔利用改造技术困难4：安全性要求高地下腔体无阻力，如出现密封问题，会在短期内出现大量溢漏，且无法压井地面经济发达，人口密集一旦出现事故，后果不堪设想美国发生的由于气体渗漏而引起爆炸盐穴储气库老腔利用改造技术金坛储气库已有盐腔改造工程技术难度高、风险大、不确定因素多，需要多专业协作，是一项的复杂的系统工程盐穴储气库老腔利用改造技术三、储气库老腔利用改造技术系列盐穴储气库老腔利用改造技术老腔筛选程序―以影响程度、权重系数为序建立了筛选程序1、定量评价老井腔可利用的筛选标准建立了老腔预选标准----腔体经济性、密封性及稳定性为基础根据储气库特点，建立了腔体筛选程序老腔预选标准单腔容积----经济性–容积8万方以上腔体是否连通----密封性–独立腔体–如连通，则考虑井口间距井口间距----稳定性–独立腔体，井距应尽量大腔体形成过程中无重大事故盐穴储气库老腔利用改造技术经研究与分析，从43口已有采卤溶腔中筛选出15口井腔茅兴井区8口–茅1、茅2、茅6、茅7、茅8、茅9、溪3、溪4直溪桥井区2口–西1、西2东岗井区4口–岗1、岗2、东1、东2荣炳井区1口–荣1盐穴储气库老腔利用改造技术施工时间：2003年7月13日至8月10日荣1井因无法提起采卤管柱放弃对预选出的15口井腔进行了声纳检测工程施工----通井与声纳测腔盐穴储气库老腔利用改造技术茅兴井区东岗井区直溪桥井区声纳检测结果盐穴储气库老腔利用改造技术地质力学稳定性性评价技术2、已有老溶腔可利用性评价技术GANG132.4m18m29.8m59.5mDONG1DONG2GANG2CavernSaltMudstoneDP0.120.12DP0.130.13DP0.140.14DP0.150.15DP0.160.16DP0.170.17DP0.180.18DP6.4MPa5.4MPa•地质力学稳定性的研究认为，作为储气腔体必须满足：–盐穴具有极为有限的膨胀性–具有足够高的安全系数–非盐层及盐层不存在张性破裂–可接受的闭合率。腔体稳定性评价模型盐穴储气库老腔利用改造技术井号腔体形态符合性茅1井双锥体（尖）╳茅2井倒陀螺（尖）∨茅6井倒陀螺（遍）∨茅7井锥体箱体组合∨茅8井倒陀螺（尖）∨茅9井锥体箱体组合∨溪3井倒陀螺（尖）∨溪4井未知？西1井上锥体下圆柱∨西2井倒陀螺∨东1井倒陀螺（遍）∨东2井上锥体下圆柱∨岗1井上锥体下圆柱∨岗2井上锥体下圆台∨井号盐层底界m沉砂厚度m人工井底符合性茅1井1029.29未知有∨茅2井1041．7831.8有∨茅6井1038.6522.44有∨茅7井1028．638.19有∨茅8井1014．612.21有∨茅9井103717.83有∨溪3井1013．258.16有∨溪4井1026．54.36有∨西1井1071．9689.22有∨西2井1065．19未知有∨东1井1091．34未知有∨东2井108333.64有∨岗1井1082．28未知有∨岗2井1071．65未知有∨井号盐顶-腔顶厚度m（实测）盐顶-腔顶厚度m（处理）符合性茅1井-2-20╳茅2井26.926.9∨茅6井55.753.7∨茅7井43．642．6∨茅8井28．225．2∨茅9井60．158．6∨溪3井12．36．3？溪4井60．856．8∨西1井26．524．5∨西2井11．98．9？东1井5．90．9？东2井19．916．9∨岗1井15．48．4？岗2井13．311．3∨腔体形态腔体底板情况盐顶剩余厚度腔群间距形态符合几何稳定形态（梨形）顶部应有合适的剩余厚度，利于密封与腔体稳定底板剩余厚度不小于10米，密封良好腔体间有合适的矿柱距离直观的已有溶腔评价技术盐穴储气库老腔利用改造技术茅兴井区观察井1观察井2茅兴茅溪腔群（8个腔体）不能改作储气溶腔直溪桥腔群（2个腔体）可改作储气溶腔，需降低运行压力腔体可利用筛选结果东岗腔群（4个腔体）可改作储气溶腔，需降低运行压力盐穴储气库老腔利用改造技术已有采卤溶腔存在套管变形及腐蚀严重、固井质量差、密封条件差、井筒注采吞吐量小等问题因此，现有采卤井不具备直接转为注采气井的条件，老井筒必须进行改造3、提出一套成熟的已有溶腔修复改造技术盐穴储气库老腔利用改造技术根据储气库的要求和老井腔的特点,提出了三种可能的改造技术方案:方案1、直接将老井眼封堵(或环空挤水泥后)，再打大直径新井方案2、锻铣部分下部套管和水泥，封堵后再打大直径新眼方案3、全井套铣，扩眼后下入大直径套管盐穴储气库老腔利用改造技术10-20m方案1：直接封堵+新井测井试压(管内、环空水试、气试)射孔挤水泥管内封堵移位钻新井通井•技术难度低,施工工艺简单•密封存在隐患，不能保证老井筒环空的封固质量，一腔多眼，腔体稳定性有隐患施工工序盐穴储气库老腔利用改造技术30-40m10-20m方案2、锻铣封堵后+新井测井下部套管锻铣30-50m打塞，注水泥封堵其它部位锻铣注水泥移位钻新井通井扩铣水泥环至新地层施工工序•施工工艺简单，作业风险相对小•后期作业困难，一腔多眼，安全隐患多盐穴储气库老腔利用改造技术水泥面方案3：套铣测井下桥塞，堵套管套铣生产套管无井底固井井腔连通通井套铣表层套管并固井•安全隐患少，后期作业容易•施工工序多，作业风险相对大施工工序盐穴储气库老腔利用改造技术•套铣钻进–工具组合：75/8”铣鞋（外径81/2”）+75/8”无接箍套铣管+变径接头+5”加重钻杆+5”钻杆•切割：–用套管内（外）铣刀切割套管•起出套管套铣工艺过程盐穴储气库老腔利用改造技术长裸眼段套铣技术套铣其实是一种事故处理技术，易发生井下事故与复杂，对工具及施工技术要求高套管套铣技术是已有采卤溶腔改建成储气库的一项关键技术在储气库老腔改造方面的应用使该技术上了一个新的台阶盐穴储气库老腔利用改造技术经综合比选，确定了方案3，即全井套铣扩眼下大尺寸套管固井，为老腔改造方案根据上述方案，完成了6口老井改造的现场施工，实践证明该方案是老腔改造的最优方案利用套铣技术将老井腔转化为储气溶腔的老腔改造方案，整合了套管套铣工艺、饱和盐水泥浆、无井底盐水水泥浆固井等技术，在世界盐穴储气库建设史上尚属首次，是一个创举。盐穴储气库老腔利用改造技术4、腔体密封性试压与评价技术腔体密封性试压是评定腔体能否使用的在研究和借鉴国外腔体试压方法的基础上，结合国内盐层及井腔的实际情况及特点，提出了适合于我国的盐穴腔体密封测试方法核心是以空气（或氮气）为介质，以界面检测仪为手段，定量评价气体泄露速率。关键手段盐穴储气库老腔利用改造技术•测试介质：空气•向套管和测试管柱环空注入空气，使气水界面深度达到生产套管鞋以下5~10m的位置•通过界面测井仪持续地记录气水界面的深度，找出液面深度随时间的变化曲线。•根据腔体泄漏率随时间的变化趋势和泄漏率的绝对数值对腔体密封性作出评价。空气测试原理盐穴储气库老腔利用改造技术081624324048566472结果评价准则试压井口装置示意图闸阀1闸阀2闸阀3悬挂心轴压力表1压力表2变径法兰四通上法兰为试压设计的井口泄漏率计算公式如下：4*)(2sin21gcawelliiCSDDHHVStdCSStdCSCSStdPTTPVViStdTVQ泄漏盐穴储气库老腔利用改造技术•盐穴腔体密封性试压技术填补了国内空白，为储气库建设做好了技术储备•该技术不但综合了国外两种测试方法的优点，还具有可操作性强、工艺简单、评价结果准确、成本低等特点•为世界各国盐穴储气库建设，提供了一种可资借鉴的腔体密封性检测方法•该项技术已申请了发明专利：–专利申请号200510075290.7盐穴储气库老腔利用改造技术5、安全高效地现场施工工艺为了安全高效地进行老腔改造现场实施，提出了系统的现场施工工艺，主要包括：饱和盐水钻井液套铣钻头选型及改进套铣工艺参数优化提高半饱和盐水水泥浆固井质量措施人工井底建立技术腔体连通技术试压设备选型与施工每项技术都包含了丰富的内容盐穴储气库老腔利用改造技术饱和盐水钻井液技术配方：4-6%钠膨润土+0.5%K-PAM+0.5-1.0%NH4PAN+0.1-0.2%Hv-CMC+0.2%RH-3+0.1-0.2%RH-4图表22Ca2+侵污聚合物钻井液的性能010203040506000.20.40.60.811.21.41.61.8CaCl2的加量(%)滤失量粘度滤失量(ml)塑性粘度(MPaS)表观粘度(MPaS)漏斗粘度(S)钻井液冲洗液领浆尾浆牛顿流体宾汉流体塑性流体牛顿流体隔离液宾汉流体固井模拟套铣钻头优化套铣工具优选密封性试压盐穴储气库老腔利用改造技术四、应用效果及经济评价盐穴储气库老腔利用改造技术利用该项目研究成果，在40多口各类采盐井中最后挑选出具备可利用条件的采卤盐腔6个，目前已全程改造修复完成，较好地解决了实际施工中的种种难题，取得了巨大的成功。预计在2006年初，可完成利用腔体的总体积约98.55×104m3，储气库容可达1.4×108m3，调峰工作气约0.78×108m31、现场应用效果盐穴储气库老腔利用改造技术2、效益评价该项技术具有巨大的社会与经济效益：①缩短2-3年的建库时间，加快了储气库建设进程--利用现有溶腔中的6个老溶腔，至少可节约3年的造腔时间，可实现尽早为输气管道提供应急供气。②减少了建库投资-根据初设测算，建造1个体积约25×104m3的溶腔，其投资约需3000多万元左右，利用现有体积约120×104m3的储气溶腔，可节约投资1.6亿多元。③缓解了卤水出路的压力，为新腔建造创造了条件–在国内工业盐市场饱和的情况下，利用现有采