袁光杰 楊長來 王 斌 夏 焱 班凡生 莊曉謙

1．中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院 2．中國石化天然氣川氣東送管道分公司3．中國石油新疆油田公司儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部

根據(jù)國際天然氣聯(lián)盟（IGU）統(tǒng)計(jì)，目前全球共36個(gè)國家和地區(qū)建設(shè)有630座地下儲(chǔ)氣庫，地下儲(chǔ)氣庫總工作氣量為3 530×108m3，約占2010年全球3．1×1012m3天然氣消費(fèi)量的11．14%。共有儲(chǔ)氣庫井2．3×104口。美國、俄羅斯、烏克蘭、德國、意大利、加拿大、法國是傳統(tǒng)的儲(chǔ)氣庫大國，占全球地下氣庫工作氣量的85%；全球地下儲(chǔ)氣庫總工作氣量的78%分布于氣藏型儲(chǔ)氣庫，5%分布于油藏型儲(chǔ)氣庫，12%分布于含水層儲(chǔ)氣庫，5%分布于鹽穴儲(chǔ)氣庫，另有約0．1%分布于廢棄礦坑和巖洞型儲(chǔ)氣庫中［1］。

枯竭油氣藏是世界上最適合建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫的一種類型。1915年在加拿大安大略省Wellland枯竭氣藏建立首個(gè)儲(chǔ)氣庫，到2006年全球利用枯竭油氣藏改造而成的儲(chǔ)氣庫有495座，占當(dāng)年儲(chǔ)氣庫總量的82%。2006年美國365座枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫中的320座為氣藏儲(chǔ)氣庫，10座為凝析氣藏儲(chǔ)氣庫，9座為油藏儲(chǔ)氣庫，26座為油氣藏儲(chǔ)氣庫［1］。國外枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)層深度在500～2 500m，儲(chǔ)層滲透率一般在幾十至上千毫達(dá)西，巖性主要為砂巖和石灰?guī)r，部分氣田含H2S。

1959年前蘇聯(lián)建成第1口鹽穴儲(chǔ)庫井，現(xiàn)在全世界有60多座鹽穴儲(chǔ)氣庫。鹽穴儲(chǔ)庫的類型主要有3種：薄鹽層中的巷道式鹽穴腔體，多夾層巖鹽中的倒梨形腔體和鹽丘中的圓柱形腔體［2－3］。國外鹽穴儲(chǔ)氣庫的目的層一般為鹽丘，厚度高為500～1 000m；巖鹽埋深一般在1 500m以內(nèi)；巖鹽品味好，不溶物含量低、夾層少。

美國于1953—1958年在芝加哥肯塔基建成了世界上第一個(gè)含水層地下儲(chǔ)氣庫；世界上最大的含水巖層地下儲(chǔ)氣庫為俄羅斯的卡西莫夫地下儲(chǔ)氣庫。美國是擁有含水層儲(chǔ)氣庫最多的國家（47座），法國15座儲(chǔ)氣庫中有12座為含水層型儲(chǔ)氣庫，是目前擁有含水層型儲(chǔ)氣庫比例最高的國家。

1 國外儲(chǔ)氣庫鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀分析

1．1 注采井壽命設(shè)計(jì)

國外儲(chǔ)氣庫建設(shè)單位重視巖石力學(xué)、管柱力學(xué)等基礎(chǔ)性研究，重視建井質(zhì)量的管理，氣庫注采井按至少30年不修井的原則進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)。目前比利時(shí)Loenhout儲(chǔ)氣庫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，法國TIGF儲(chǔ)氣庫也已運(yùn)行超過了50年，目前僅1口井有異常套壓（除封堵井外），荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫6口生產(chǎn)井生產(chǎn)14年沒有異常套壓［4－7］。

1．2 鉆井方式及井型

枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫井在鉆井方式上主要采用叢式井場(chǎng)設(shè)計(jì)，便于集中管理，減少設(shè)備搬遷。比利時(shí)Loenhout儲(chǔ)氣庫用4個(gè)叢式井組完成30口井；荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫采用1個(gè)叢式井組鉆成10口井，井間距為10 m；法國TIGF儲(chǔ)氣庫叢式井組井間距為7m。儲(chǔ)氣庫注采井應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層特征，優(yōu)先采用水平井或采用水平井、定向井組合提高單井注采能力，水平井水平段長度原則上不小于500m。德國Breitbrunn－Eggstatt儲(chǔ)氣庫最近新鉆5口水平井，最大水平位移為1 514m；西班牙Yela儲(chǔ)氣庫10口注采井均采用了叢式水平井或定向井［4，8］。

1．3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)氣庫注采井為滿足季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急供氣的功能，需要滿足大流量注采及長壽命、高安全的要求，應(yīng)盡量采用較大尺寸的井身結(jié)構(gòu)。對(duì)于低壓油氣藏型儲(chǔ)氣庫采用儲(chǔ)層專打，不兼顧其他層位。儲(chǔ)氣庫生產(chǎn)套管及完井管柱在材質(zhì)選擇方面主要根據(jù)注采氣質(zhì)而定，若存在腐蝕因素，應(yīng)采用相應(yīng)的防腐材質(zhì)，材質(zhì)選擇上都比較保守。例如歐洲比利時(shí)的Loenhout儲(chǔ)氣庫、Yela儲(chǔ)氣庫和荷蘭的Norg儲(chǔ)氣庫采氣油管均為177．8mm［4］。

1．4 鉆井工藝技術(shù)

針對(duì)低壓地層，采取欠平衡＋帶壓作業(yè)，儲(chǔ)層壓力過低的采取先注氣提高壓力再鉆井的操作程序，以減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害［5］。如比利時(shí)Loenhout儲(chǔ)氣庫，即采用了帶壓作業(yè)完井的方式進(jìn)行操作；西班牙Serrablo儲(chǔ)氣庫為一個(gè)衰竭型氣藏，為降低鉆井復(fù)雜，進(jìn)行了先注、后鉆注采井的工作［4］。完井管柱上卸扣時(shí)主要采用帶扭矩檢測(cè)，確保上扣扭矩且要求每根套管均進(jìn)行氣密封檢測(cè)，確保入井管柱密封質(zhì)量。國外儲(chǔ)氣庫在下氣密封管柱時(shí)，均要求每根套管均進(jìn)行氣密封檢測(cè)［8］。

1．5 固井技術(shù)

儲(chǔ)氣庫井筒水泥環(huán)在交變應(yīng)力條件下，很容易產(chǎn)生微裂縫、微環(huán)空，產(chǎn)生氣竄和套管帶壓風(fēng)險(xiǎn)。為了提高固井質(zhì)量，主要采取以下措施：①儲(chǔ)氣庫注采井設(shè)計(jì)上要控制單層套管下入深度；②重視每一層套管的固井質(zhì)量，水泥返至地面；③采用韌性膨脹水泥，減少應(yīng)力交變對(duì)水泥環(huán)的影響；④采用自愈合水泥技術(shù)，填充后期產(chǎn)生的微裂縫；⑤固井質(zhì)量檢測(cè)要求高，國外普遍采用超聲波成像測(cè)井方法（如IBC）。通過運(yùn)用上述措施，Total、Shell在建井質(zhì)量控制上取得了很好的效果，法國TIGF儲(chǔ)氣庫目前僅1口井有異常套壓；荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫6口生產(chǎn)井生產(chǎn)14年沒有異常套壓［9－11］。

1．6 完井技術(shù)

針對(duì)枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫注采井出砂問題各公司的認(rèn)識(shí)不同，Geostock、Schlumberger認(rèn)為裸眼或篩管完成更有利于注采，TIGF采用了防砂篩管，Norg初期采用了防砂篩管，鑒于采氣壓差低、出砂量很小的情況，改防砂篩管為普通篩管。根據(jù)儲(chǔ)氣庫完整性要求，原則上不進(jìn)行壓裂改造，若個(gè)別注采井存在堵塞和傷害，可采取酸化解堵措施提高注采量。環(huán)空為保護(hù)液或部分注氮?dú)?，Norg儲(chǔ)氣庫井環(huán)空除壓力監(jiān)測(cè)外，直接與放空系統(tǒng)連在一起［4］。

1．7 老井封堵技術(shù)

國外枯竭油氣藏型儲(chǔ)氣庫的老井封堵普遍遵循“先難后易”原則，也即首先對(duì)枯竭氣田中的老井進(jìn)行評(píng)價(jià)，將情況最復(fù)雜的老井進(jìn)行首先封堵，然后依次封堵直至全部封堵成功后才開始儲(chǔ)氣庫的建設(shè)，避免出現(xiàn)因1口井未封堵好而影響整個(gè)儲(chǔ)氣庫的建設(shè)。具體的封堵方法是首先檢測(cè)老井固井質(zhì)量，若蓋層封固質(zhì)量差，應(yīng)鍛銑至原地層，鍛銑段長度不少于50m，注水泥封堵；若蓋層封固質(zhì)量好，可先下入橋塞封堵，上面注水泥封堵。若目的層上部仍有氣層，應(yīng)分段注塞，每個(gè)氣層頂部不少于50m水泥塞。老井封堵一年后若無問題，可從地面以下4m 切斷，恢復(fù)地表［4，12］。

1．8 注采技術(shù)

對(duì)于邊底水氣藏儲(chǔ)氣庫或含水層儲(chǔ)氣庫，國外均從氣藏的最頂部開始注氣，而且每年的注入量要大于采氣量，通過逐年下壓氣水界面，把庫容量和儲(chǔ)氣量逐步擴(kuò)大。

1．9 鹽穴儲(chǔ)氣庫鉆完井技術(shù)

國外鹽穴儲(chǔ)氣庫鉆井通常采用直井，井身質(zhì)量要求較高，通常儲(chǔ)氣庫注采井井斜小于1．5°，井身結(jié)構(gòu)通常采用508mm技術(shù)套管×339．7mm生產(chǎn)套管×244．5mm注采氣管的管柱結(jié)構(gòu)，鹽層段鉆井液采用飽和鹽水鉆井液體系，固井采用鹽水水泥漿體系，完井方面主要采用不壓井作業(yè)技術(shù)完成排鹵管的起出。國外雙井鹽穴造腔已在現(xiàn)場(chǎng)取得應(yīng)用，例如美國Avoca鹽穴儲(chǔ)氣庫兩口井水平井連通，花生形狀腔體，溶腔高度30．5m，長度244m，腔頂跨度61m。

2 國內(nèi)儲(chǔ)氣庫鉆完井存在的主要問題

國內(nèi)地下儲(chǔ)氣庫研究和建設(shè)起步較晚，從20世紀(jì)90年代開始地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)，先后針對(duì)大港、華北、金壇、劉莊、云應(yīng)、平頂山、麻丘、王場(chǎng)、上法、安寧、新疆、遼河、川渝氣區(qū)、長慶氣區(qū)等多種儲(chǔ)氣庫建庫技術(shù)進(jìn)行了研究，目前投入運(yùn)行的主要有大港［13］、華北和金壇3座儲(chǔ)氣庫?？偨Y(jié)正在建設(shè)和已投入運(yùn)行的儲(chǔ)氣庫，發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)氣庫鉆完井技術(shù)主要暴露出以下問題：

2．1 環(huán)空帶壓

許多枯竭氣藏或鹽穴儲(chǔ)氣庫注采井存在環(huán)空帶壓?jiǎn)栴}，注采井運(yùn)行1～2年后，套管環(huán)空或套管與油管之間會(huì)產(chǎn)生高壓，并可檢驗(yàn)出主要成分為天然氣。

2．2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏小

國內(nèi)儲(chǔ)氣庫的井身結(jié)構(gòu)普遍偏小，部分氣藏儲(chǔ)氣庫未采用儲(chǔ)層專打，鹽穴儲(chǔ)氣庫目前采用339．7mm技術(shù)套管×244．5mm生產(chǎn)套管×177．8mm注采氣管的井身結(jié)構(gòu)，氣庫的建造速度和應(yīng)急能力受到限制［14］。

2．3 鉆井施工難度大

國內(nèi)枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫目的層普遍埋深超過2 500 m，縱向上存在多套壓力系統(tǒng)，地層承壓堵漏難度大，水平井安全鉆井問題突出，需要探索合適的鉆井工藝進(jìn)行施工。例如華北待建的古潛山裂縫型儲(chǔ)氣庫，目的層深度更是超過4 000m，施工過程中霸33平3等井出現(xiàn)嚴(yán)重漏失，并影響到固井質(zhì)量。

2．4 固井難度大

大井眼、易漏失層及儲(chǔ)層壓力低和氣庫固井要求高對(duì)固井工藝和水泥漿體系帶來挑戰(zhàn)，生產(chǎn)套管和其上一層技術(shù)套管固井是各儲(chǔ)氣庫鉆完井面臨的主要難題，在彈性微膨脹水泥漿體系的優(yōu)選、儲(chǔ)氣庫固井質(zhì)量評(píng)價(jià)方面則缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

2．5 老井多，處理難度大，缺乏規(guī)范和規(guī)程

老井井況千差萬別，檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法不統(tǒng)一，技術(shù)難度大；老井井下復(fù)雜多，封堵困難；井身質(zhì)量檢測(cè)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)等沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，部分已封堵的儲(chǔ)氣庫老井在氣庫運(yùn)行一段時(shí)間，井口出現(xiàn)帶壓現(xiàn)象。

2．6 關(guān)鍵工具和裝備缺乏

國內(nèi)缺乏具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)氣庫建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備和工具。例如在油套管氦氣密封檢測(cè)、多傳感器油水界面檢測(cè)、鹽穴聲吶測(cè)腔方面還完全依賴國外的設(shè)備和技術(shù)。

2．7 缺乏標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)

國內(nèi)儲(chǔ)氣庫鉆完井技術(shù)和老井封堵規(guī)范尚未建立，各儲(chǔ)氣庫鉆完井中出現(xiàn)的新問題在解決時(shí)尚無據(jù)可依。

3 認(rèn)識(shí)及建議

1）國內(nèi)通過近20年的儲(chǔ)氣庫研究和建設(shè)，在儲(chǔ)氣庫建設(shè)質(zhì)量和要求的認(rèn)識(shí)上有很大提高，大尺寸井眼、儲(chǔ)層專打、水平井、套管絲扣氣密封檢測(cè)、彈性水泥漿、IBC測(cè)井等先進(jìn)技術(shù)和理念開始逐漸被儲(chǔ)氣庫建設(shè)各方所接受，對(duì)儲(chǔ)氣庫的建設(shè)起到了很好的推動(dòng)作用。

2）國外在儲(chǔ)氣庫建設(shè)上起步較早，已經(jīng)擁有相對(duì)完善的鉆完井技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在充分結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況上借鑒使用，并盡快建立適合國內(nèi)地質(zhì)特點(diǎn)的儲(chǔ)氣庫鉆完井設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范，使設(shè)計(jì)和施工有據(jù)可依［15］。

3）儲(chǔ)氣庫的鉆完井施工應(yīng)以固井為核心，要高度重視儲(chǔ)氣庫注采井和老井的井筒完整性管理，尤其是生產(chǎn)尾管及蓋層段固井的質(zhì)量必須保證。

4）在儲(chǔ)氣庫的建設(shè)和管理上，應(yīng)建立一個(gè)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方協(xié)調(diào)工作機(jī)制，統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)施工過程管理，保證施工質(zhì)量。

5）應(yīng)積極開展低壓儲(chǔ)氣庫鉆井防漏堵漏及儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)、儲(chǔ)氣庫固井工藝和水泥漿體系、鹽穴氣庫雙井建腔鉆采工程技術(shù)、含水層儲(chǔ)氣庫鉆完井技術(shù)、儲(chǔ)氣庫井筒完整性檢測(cè)技術(shù)、油套管氦氣氣密封檢測(cè)裝備研制等的專項(xiàng)研究，為國內(nèi)儲(chǔ)氣庫的建設(shè)提供技術(shù)支撐。

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