（油气井工程专业论文）枯竭油气藏地下储气库密封技术研究.pdf

中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 本课题重点围绕板中北高点枯竭凝析砂岩油气藏地下初气库老井的永久性 密封处理。在结合油气田老井封堵处理经验基础上，首次创造性提出了采用超细 水泥作为储层及射孔孔眼的密封主剂，老井井筒采用常规水泥石多级灰塞的主体 工艺技术。研究过程中，创造性提出了利用岩心流动挤注试验和电镜扫描微观分 析的实验新方法，证明了超细水泥具有比常规油井水泥更易堵塞裂隙、微裂缝以 及孔隙的物理化学特性，而且岩心挤注密封后，正反向渗透率均非常低，堵塞率 达到9 7 。常规水泥石在储气库运行条件下，天然气损失量只有1 4 8 5 3c m 3 年 非常小，足以满足储气库长期安全运行的需要。 该技术先后成功应用于板8 7 6 储气库和板中北高点两座枯竭油气藏地下储气 库共2 3 口老井作业中，其中对板中北高点枯竭油气藏地下储气库1 7 口老井进行 了密封处理。在该储气库老井密封处理中，位于气藏顶部老井密封作业顺利，射 孔层吸收能力较好，作业完成后经清水试压，试压值达到储气库运行最高压力， 稳压3 0 r a i n 压力不降，储气库投入运行2 个周期，压力由1 5 m p a 3 0 m p a 变化时， 密封处理老井没有任何异常情况发生，储气库整体运行良好，达到了密封处理的 效果。板8 7 6 地下储气库运行三个周期后无任何异常，运行安全可靠。 经实践证明，采用超细水泥挤注射孔层段和井筒多级常规水泥灰塞的老井密 封处理技术，能够实现老井永久性密封问题，从而确保了枯竭油气减地下储气库 整体的密封和安全，该技术在国内属于领先水平。 1 i i 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sr e s e a r c ha r t i c l ei sc e n t r eo nt h eu n d e r g r o u n dg a ss t o r a g et h a ti st h es u p p o r t i n ge n g i n e e r i n g o f t h eg a sp i p e l i n eo f s h a n x i - b e i j i n g ，w h i c hi so n eo f i m p o r t a n ta n dn a t i o n a lc o n s t r u c t i o np r o g r a m s w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to f e c o n o m i ci nb e i j i n gc i t ya n dt i a n j i n ，t h ec o n t r a d i c t i o no fs o u r c e s o fe n e r g ys u p p l yi nt h ec i t i e si sh a r d e r f o rb e i j i n gc i t y , t h en e e d si ng a sa r em o r ea n dm o r e a c c o r d i n g t o t h es t a t i s t i c s t h ey e a rg r o w t hs c o p e o f g a sn e e d s i n b e o i n g i s8 0 0 1 0 4 9 0 0 1 0 4 m 3 p e rd a y i no r d e rt oo v e r c o m et h ep r o b l e mi ng a ss u p p l ya n dr e l a xt h ep r e s s u r eo fs u r r o u n d i n g ，h o l d t h e2 0 0 8o l y m p i cg a m e si nb e i j i n g ，t h es u p p l ys a f e t yo fg a si sm o r es i g n i f i c a n t n a t u r a lg a so f b e i j i n gi st r a n s p o r t e db yt h el o n gg a s p i p e l i n ef r o mc h a n g q i n gn a t u r a lg a sf i e l di ns h a n x ip r o v i n c e o f t h en o r t hc h i n a t h es a f e t ys u p p l ya n dp e a l cv a l u ea d j u s t i n gi nt h en a t u r a lg a si sv e r yd i f f i c u l ti f w ed e p e n d e n to n l yo nt h es i n g el o n gg a sp i p e l i n e b u t ，i tw i l lb es o l v es u c c e s s f u l l yb yu s i n gt h e u n d e r g r o u n dg a ss t o r a g e a tp r e s e n lt h e r ea r et h r e eu n d e r g r o u n dg a ss t o r a g eh a v eb e e nc o n s t r u c t e di nd a g a n go i lf i e l d i nt i a n j i no fe a s t e r nc h i n a t h e s eg a ss t o r a g e sa r eb u i l ti nt h ee x h a u s t e do i l g a sd e p o s i t sa n d p r o v i d eg a sm a i n l yf o rb e i j i n g a b o u t1 3 0 0 x1 0 4 m 3n a t u r a lg a sc a nb ee x t r a c t e di nt h e s eg a s s t o r a g e se v e r yd a y n o r m a l l y ，t h e r ea r em a n yo l dw e l l si ne x h a u s t e do i l g a sd e p o s i t so nw h i c hc a nb e r e b u i l t u n d e r g r o u n dg a ss t o r a g e t h e s ew e l l sc a nn o tb eu s e da st h es t o r a g ew e l lf o rt h eb a dc o n d i t i o n so f t h ew e l l q u a l i t y i t i su n f a v o r a b l et ot h eg a ss t o r a g e f o rt h es a f e t ya n de n s e m b l es e a l i n go f u n d e r g r o u n dg a ss t o r a g e ，i ti sn e c e s s a r yt h a tt h eo l dw e l l si nt h es t o r a g eb es e a l e dp e r p e t u a l l y t h ea r t i c l eo r i g i n a t e st h es e a l i n go f t h eo l dw e l l si nt h ee x h a u s t e do i l g a sd e p o s i t su n d e r g r o u n d g a ss t o r a g eo fb a n z h o n gi nd a g a n go i lf i e l do ft i a n j i n g o nt h eb a s i so fs e a l i n gt e c h n o l o g yt ot h e o l dw e l l si no i lf i e l d ，t h i si san e wt e c h n i q u ea n dp u tf o r w a r df i r s t l yt h a tt h er e s e r v o i ra n d p e r f o r a t i o no i l l e ta r ep l u g g e db ys u p e r - m i n u t es l u r r y , a n dt h ew e l lh o l es e a l e db ym u l t i s t a g en o r m a l s l u r r yp l u g s d u r i n gt h er e s e a r c h i n g ，an e wl a bw a yi sp u tf o r w a r dc r e a t i v e l yt h a ti s af l o w i n ge x p e r i m e n t t e c h n i q u ew h i c ha n a l y s e st h ep l u g g e dc o r ea n dan e wm i c r o a n a l y z ew a yw i t he l e c t r o n i c m i r r o r s c a n n i n g w i t ht h en e ww a y s ，i th a sb e e np r o v e nt h a tt h es u p e r m i n u t es l u r r yi s b e t t e rt h a nt h e n o r m a ls l u r r yi n p l u g g i n gt h ec r a c k m i c r o - c r e v i c ea n dp o r e s p a c ei n r e s e r v o i r a f t e rt h ec o r e p l u g g e db ys u p e r - m i n u t es l u r r y , t h ep o s i t i v ea n dn e g a t i v ep e r m e a t i o nr a t e i sv e r yl o wa n dt h e s u c c e s sr a t eo fp l u g g i n gi s9 7 t h eg a sl e a k i n gt h r o u g ht h en o r m a lp l u gu n d e rt h ec o n d i t i o n so f i v 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 t h eg a ss t o r a g ei sv e r yl i t t l ea n d1 1 0m o r et h a n1 4 8 5 3c m y , w h i c hc a nm e e tt h en e e d so f r u n n i n gs a f e t yo f t h eu n d e r g r o u n dg a ss t o r a g ei nt h ee x h a u s t e do i l g a sd e p o s i t si nl o n g t i m e t h et e c h n i q u e sh a v eb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nt h ep l u g g i n go f2 3o l dw e l l si nt h eg a ss t o r a g e o fb a n8 7 6a n db a n z h o n gt h o s ea r eb u i l ti nt h ee x h a u s t e dg a sd e p o s h s t h ep l u g g i n gi nt h eo l d w e l l si sv e r ys u c c e s s f u la n dt h ea b s o r b a b i l i t yi np e r f o r a t i o nf o r m a t i o ni sg o o d a f t e rp l u g g e d ，t h e o l dw e l l si st e s t e db yp r e s s u r ew i t hw a t e r t h ep r e s s u r ei si nl i n ew i t ht h eh i g h e s tp r e s s u r eo ft h e s t o r a g ea n dt h eh o l d i n gt i m ei s3 0 m i n t h e r ei sn ol e a ki nt h ea l lp l u g g e do l dw e l l s t h e r ei sa l s on o l e a ka n da b n o r m a ls i t u a t i o ni nt h ep l u g g e dw e l l sd u r i n gt h es t o r a g e sa r ei nr u n n i n gt h r o u g ht h r e e c i r c l e st h a tt h es t o r a g ep r e s s u r eb e c o m e sf r o m l 5 m p a 3 0 m p a i th a sa l s ob e e nt e s t i f i e dt h a tt h e s e a l i n gt e c h n i q u e sa r er e l i a b l ea n df e a s i b l e t h et e c h n o l o g i e st h a tt h er e s e r v o i ri ss e a l e db ys u p e r - m i n u t es l u r r ya n dt h eh o l ep l u g g e db y n o r m a ls l u r r ya r es u c c e s s f u la n dc a ns e a lt h eo l dw e l l sp e r m a n e n t l y i nt h a t ，i tc a ng u a r a n t e et h e s a f e t ya n ds e a l i n gt h a ti so fm o m e n t o u ss i g n i f i c a n c et ot h eg a ss t o r a g ei ne x h a u s t e do i l g a s d e p o s i t st h a th a st ou n d e r g os t r o n gi n j e c t i n ga n de x t r a c t i n g o fn a t u r a lg a s t h e t e c h n o l o g yi si ni e a di nd o m e s t i c v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以注明和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石油勘探开发研究院或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名日期： 关于论文使用授权的说明 lt ，f 刁鼬o ，。b 本人完全了解中国石油勘探开发研究院有关保留、使用学位论文的规定，即： 中国石油勘探开发研究院有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅： 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印等其他复制手段保存 论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 签名导师签名： 如同期 獭卜口l 。t i 。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第一章绪论 地下储气库是将从天然气田采出的天然气重新注入可以保存气体的地下空问或 岩层中，从而形成一种人工气田或气藏，需用时再采出供商业、人们生活所用。通常 认为，地下储气库是长输天然气管网下游的重要配套设施之一，是为满足长输管网下 游用户季调峰供气和安全供气的重要设施。地下储气库通常有四种类型的，分别是枯 竭油气藏、含水构造、废弃矿坑以及盐丘或盐层四种类型。 国外在储气库建设方面起步早，技术比较成熟。据统计，世界已有各类地下储气 库6 0 2 座。最主要的是利用枯竭、近枯竭的气( 油) 藏建库，占7 7 1 ：其次是利用 含水构造建库，占1 2 5 ；利用岩盐层建库占9 8 ；利用废弃矿井建库较少，占o 6 。 总有效工作量达3 0 0 3 5 亿方，储气能力相当于总耗气量的1 1 。一般大型输配气系 统都建有一定的储备能力，储备系数为1 1 1 5 。其中美国储存气占年销售气量的 2 0 以上，地下储气库供气量占所有调峰方式供气量8 0 以上。我国在储气库建设方 面刚刚开始，在规模、质量和技术上与发达国家的差距很大，技术难题也很多。 利用枯竭油气藏建库在国外已经相当普遍，占地下储气库总数的8 0 以上。我国 刚刚建成两座凝析气藏地下储气库。利用废弃油臧建地下储气库还没有先例，很多理 论和技术问题还无法解决。 含水层地下储气库在国内尚处于空白，而世界上储气库大国一般将含水层建库作 为主要目标，目前世界上有含水层储气库8 0 多座，而含水层建库在气藏工程研究、 地面工程技术等方面都会更复杂，与油气藏建库有较大的不同之处，含水层建库研究 中的关键技术问题较多。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 盐穴储气库建库技术是所有气库类型钟最为复杂的一种。我国“西气东输”天 然气管线已经将江苏金坛盐矿和安徽定远盐矿作为建设储气库的主要目标，同时还在 考虑利用江苏淮安、河南平顶山地区的盐矿建设地下储气库。 地下储气库通常储气量大，运行压力变化显著，是安全防范的重点，它关系到众 多用户的供应安全和人身安全，事关重大。尤其在我国，天然气主产区分布在西北， 而天然气的大量用户集中在东部，东部地区人口稠密，在东部建设地下储气库，其安 全问题就成为了核心问题。解决好储气库的密封安全，才能够发挥其调峰供应和安全 供应的效率。一旦安全上出现问题，后果将不堪设想。 因此，进行地下储气库安全密封技术研究意义重大，而且责任也重大。 枯竭油气藏地下储气库是在己枯竭或接近枯竭的油气藏中建设而成的一种，大部 分这类油气藏已经历长时间开发，其上老井很多。这些老井均接近报废，不能够满足 作为地下储气库注采井使用，除少量用作观察井和采气井外，其余全部需要处理。这 类储气库的密封安全主要体现在四个方面：即新钻井的密封、废弃老井的密封、观察 井的密封以及注采井的密封。 本文重点围绕废弃老井的科学处理进行桔竭油气藏地下储气库密封技术的攻关 研究，本研究的依托对象为陕京输气管道配套板中北高点地下储气库老井。 1 项目研究的必要性和意义 1 1 必要性 为解决京津地区天然气使用安全和季节性用气调峰，在大张坨储气库建设的基础 上，决定对其进行扩建。目前已改造建成板8 7 6 储气库，为了进一步提高陕京输气管 网配套储气库的调峰能力，于2 0 0 2 2 0 0 3 年决定在大港油田板中北高点气减修建我国 第三座地下储气库即板中北高点储气库。 中国石油勘探开发研究院硕+ 学位论文 板中北高点气藏经过2 0 多年的油田开发，目前大部分生产井接近枯竭。由于使 用时间长、套管腐蚀磨损、试油射孔等因素的影响，套管质量、强度、管外水泥胶结 质量等均有不同程度的下降和损坏；有些四类井，由于管理上的原因，射孔、补孔层 位不确定，井况复杂。这种气藏改作地下储气库后，气减上老井的密封性和安全可靠 性将直接影响到地下储气库的正常运行。为了储气库的安全运行，减少注采气过程中 的能源损失，解决管内漏气、管外跑气、层间窜气等现象，杜绝不安全隐患，实现气 库密封安全，需要对气藏中的老井进行有效的密封处理。 虽然气藏中老井的情况千差万别，但对老井进行密封处理的有效办法就是永久密 封处理( 包括管内、管外、层间) 。密封处理的技术、方法、效果，对地下储气库的 正常运行有直接影响。 为了保证储气库的安全运行，杜绝不安全隐患，有必要对老井密封处理的技术措 施及可行性进行研究。 1 2 研究的意义 由于板中北高点枯竭油气藏地下储气库气藏中老并的并况不同，对老井的处理方 法要从修复利用和永久封井两方面考虑。对于井况清楚、地理位置优越、地质条件好 的老井可以考虑修复利用，但需要进行认真、详细的检测和改造。对于大部分老井由 于各井的损坏程度、射孔情况、固井胶结质量不同，以及储气库一、二期工程注采目 的层位的不同( 一期工程的注采目的层为s 1 的板1 1 1 2 小层，二期工程的注采目的层 为s l 。的板i i3 _ 4 小层) ，进行密封处理。但密封处理前提必须是工艺技术可行、施工 难度低、风险系数小、经济指标高、作业成本低；密封处理后储气库在压力上限运行 时( 3 0 5 m p a ) 无管内漏气，管外不跑气以及层间不形成窜气。 储气库注采井在运行过程中，其工作状况与常规油气田的开发井有着很大的差别。地 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 下储气库注采并不同于油田的普通油气井，储气库注采井既要满足大排量的注 入，又要满足大流量的采出。因此，在储气库投入运行后，储层压力呈交替变化状态， 因而对地层、套管产生交变载荷。老井的密封性对枯竭油气藏地下储气库整体密封、 运行安全以及减少天然气损失至关重要。因此，开展老井密封处理工艺技术的研究对 大港板中北高点地下储气库的密封和安全具有十分重要的现实意义，也对远景其他类 似地下储气库的建设具有指导意义。 2 主要研究内容 1 ) 资料调研 ( 1 ) 老井井身结构、固井质量、射孔及试油等资料收集 ( 2 ) 分析不同老井井况下密封处理的主要难点 2 ) 密封处理工艺研究 ( 1 ) 管内密封处理工艺技术研究 管内水泥塞位置 管内水泥塞用浆的性能 管内密封处理的可行性 管内水泥塞施工方案 ( 2 ) 管外密封处理技术研究 挤注水泥性能及水泥浆配方研究 挤水泥旋工参数 射开层挤水泥密封处理工艺技术研究 依据老井的已有固井质量情况分析 ( 3 ) 防止层间窜气的密封处理技术研究 4 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 封隔器辅助层问挤水泥 低压层间气窜分析及天然气损失评估 3 ) 提出老井密封处理技术措施 4 ) 不同老井的密封处理实施方案 3 项目研究取得的成果和创新性 本课题通过水泥对岩心的流动试验，水泥胶结试验的研究，在借鉴和分析国内外 关于水泥封窜封井技术的基础上，提出了板中北高点储气库老井密封处理创新技术， 即套管内采用常规水泥多级狄塞，环空、射孔段及主储气层均采用挤注超细水泥的综 合密封处理技术。经实践认为，板中北高点储气库提出老井密封处理采用超细水泥挤 注和多级常规水泥灰塞的密封处理方案是可行的，采用该套方案成功进行了2 3 口老 井( 板中北高点地下储气库1 7 口，板8 7 6 储气库6 口) 的密封处理作业。其中板中 北高点地下储气库密封处理老井经清水试压3 0 m p a ，稳压3 0 m i n 压力不降，密封处 理质量全部合格。而且该储气库投入运行2 年来，经过两个循环周期，运行最高压力 达到3 0 m p a ，最低压力降至1 5 m p a ，无任何异常情况发生，老井以及地下储气库整 体密封良好。 在砂岩地下储气库老井密封研究方面，首次提出了以超细水泥为主的一套行之有 效的储气库老井密封技术，并获得成功，该技术在国内处于领先。 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 第二章地下储气库老井基本情况及密封处理难点 1 基本情况 1 1 储气库基本情况 为解决北京天然气调峰供应和应急供应的双重矛盾，已在天津大港建设成我国真 正商业意义上的三座地下储气库，分别是大张坨、板8 7 6 、板中北高点地下储气库， 这些地下储气库全部建在凝析枯竭砂岩气藏中。其中大张坨储气库工程规模为新钻井 1 5 口，板8 7 6 储气库新钻井5 口，利用老井3 口，板中北高点新钻井1 2 口；三座储 气库共处理和利用各类老井4 3 口，其中作废弃处理1 7 口。目前己形成有效工作气量 3 0 亿方，调峰能力达到1 9 0 0 万方日。 板中北高点地下储气库位于天津大港区独流碱河泄洪区以北，距天津市约 4 5 k m ，大张坨储气库东北方4 k m ，构造上位于大港板桥凝析油气田板中断块中部， 板桥断层的上升盘。板中北高点气库是在大港板桥枯竭凝析气藏上建设而成的一座地 下储气库，是大张坨地下储气库的扩建。 板中北高点储气库运行参数为：采气期1 2 0 天，注气期2 2 0 天，停气期2 5 天。 运行方式采用先注气，使地层压力恢复到一定水平，然后采气。运行上限压力为 3 0 5 m p a ，运行下限压力为1 5 m p a 。若选用8 8 9 m m 油管，用1 、2 小层采气，地层压 力分别为2 7 0 9 m p a 、2 4 2 7 m p a 、2 0 6 2 m p a 、1 4 1 8 m p a 时，单井产气量分别达到6 7 万方天、5 7 万方天、5 6 万方天、2 9 万方天；在地层压力分别为1 4 m p a 、2 4 m p a 、 2 7 m p a 、2 9 m p a 时，选用8 8 9 m m 油管注气，单井日注气量分别为7 5 万方天、6 0 儿 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 方天、9 5 万方天、9 5 万方天。 板中北高点地下储气库工程规模为一期工程新钻井6 口，密封处理老井1 7 口。 新钻井分布在一个平台，呈南北一字排列，井间距3 0 m ，全部为定向井，最大位移 8 0 0 m 。井身结构为二开结构，即下2 7 3 m m 表层套管7 0 0 m ，1 7 7 8 m m 生产套管完井， 采用常规扣光油管射孔联作一次完井。 1 7 口老井中大多是四类井，井况复杂，废弃密封处理难度很大。 1 2 老井的井数 位于板中凝析气藏区域及周围的老井总共3 4 口，其中：位于气区的老井有1 6 1 3 ，位于油区的井数有5 口，位于水区的井数为1 3 口，这些老井均构成建成气库后 运行安全的潜在隐患。经综合分析，认为位于气区的1 6 口老井和位于油环区的11 3 老井需要永久性密封处理，其他作排水井和观察井用。 1 3 钻井情况 老井钻井主要特点有 1 ) 使用年限长 该区老井完井时间多数在7 4 7 8 年，使用年限己达到2 4 2 8 年。 2 ) 井身结构多数为二丌井 多数老井钻井完井的井身结构为：表层套管1 2 3 4 i n 或1 3 - 3 8 i n ，下入深度 5 0 1 0 0 m ；油层套管为5 - 1 2 i n ，深度为2 8 0 0 m 3 3 0 0 m 。 己掌握的2 9 口井中，二开井2 31 3 ，三开井61 3 。 3 ) 固井水泥未上返到地面 调查资料显示，老井的生产套管固井水泥均没有上返到地面，大多数井水泥返高 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 距离已射开油层顶部为2 0 0 3 0 0 m ，其中距离最短的是板8 1 7 井，仅3 2 4 m 。 4 ) 老井封固质量基本台格 鉴于当时的测井条件和水平，所有老井只进行了c b l 测井，解释结论为合 格。 1 4 试油射子l 层位 3 41 ：3 老井已基本掌握情况的有2 9v i ，其余需进一步调查。在这2 9 口老井中， 大部分井是板i i 油组1 、4 小层，2 、4 小层，2 、3 小层和1 、2 、3 、4 小层合采，有 关老井射孔层位的情况见表1 1 和1 2 所示。按射孔层段分四类：过路井，即不生产 板i i 油组的老井，共4 口井；射开1 、2 小层的老井共有1 2 口；射开3 、4 小层的老 井只有1 口井，即板8 0 4 井( 3 、4 小层射开) ；射开板1 1 1 、2 、3 、4 、5 等小层的老 井共1 2 口井。 由于在采油采气过程中，个别主业井或四类井进行了补孔或补层措施，目前这些 资料不清，收集难度较大。 表1板中北高点凝析气藏老井射孔总体情况表 序号射孔层位井数 l 板i i 油组1 、2 小层 1 3 2 板i i 油组3 、4 小层 l 3 板i i 油组1 、2 、3 、4 小层l3 4 过路井( 板i i 油组朱射孔) 5 5 无套管 2 表2板中北高点凝析油气藏老井试油射孔层位统计表 射孔层位 序号井号备注 扳1 1 l 板1 12板i i3板1 14 1 阪8 1 7 叫娄儿 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2皈深1 9 叫类j i ： 3 扳8 9 l 叫类爿： 4 扳8 4 0 四类井 5 扳8 6 0 四类井 6板8 9 0 7 板3叫类j l ： 8 扳8 四类，p 9扳4 0旧类儿 1 0 扳新8 0 7 1 1 板8 0 7凹类井 1 2 扳8 0 4 四类h ： 1 3中l5 1 u u 类 1 4中1 4p u 类j 卜 1 5扳8 9 3 四类井 1 6皈8 6 2四类井 1 7 扳深4 8叫类井 1 8板8 1 0 1 9扳8 4 1 吣类j ： 2 0 板8 9 2 叫类扑 2 l 扳8 5 9 蛐类井 2 2 皈8 1 3 叫类j | ： 2 3扳8 0 2 2 4扳2 2 叫类j l ： 2 5新板2 2p u 类儿 2 6扳8 9 8 眦类仆 2 7 板8 9 7 未身j 孔 2 8扳8 9 6 2 9 扳8 4 8 3 0 板8 0 3 尤食管 3 l新板8 0 3 3 2板l l 尤套管 3 3 板8 5 8 3 4扳8 1 0 2 8 9 中国石油勘探开发研究院硕+ 学位论文 1 5 井口目前状况 板中北高点老井井数多，分布范围大，使用时间长，管理混乱，因此造成井 口条件不理想。分单井的井口情况为： 1 ) 作业条件受到一定限制的老井( 共9 口) ( 1 ) 板8 0 4 井：有井1 3 ，但距离老乡房屋仅5 m ，且在路边，作业条件受到 限制。 ( 2 ) 板8 井：无井口，且被埋在地下，距老乡房子仅3 m ，作业条件受到限 制。 ( 3 ) 板4 0 井：无井口，且归地方所有、上部已射开水层，为热水井：井简 2 2 0 0 m 生产套管已被取出。 ( 4 ) 板8 1 0 井：无井口，需重新填井场，作业条件受限制。 ( 5 ) 板8 1 7 井：有井口和抽油机，但井内有5 根油管被水泥固结。 ( 6 ) 板8 0 7 井：无井口，井口上部约2 0 m 有高压线。 ( 7 ) 板8 5 9 井：无井口，井内有油管。 ( 8 ) 板8 6 2 井：无井口，井内有封隔器。 ( 9 ) 板8 9 0 井：无井口，曾出水，上部有水泥封井。 2 ) 具备作业条件的老井( 有1 3 口) 即板3 井、板8 0 2 井、板8 9 6 井、板深4 8 井、板新8 0 7 井、板2 2 井、中1 5 - 1 井、板8 4 1 井、板8 4 0 井、板8 6 0 井、中1 4 井、板8 9 3 井、板8 4 8 井。 3 ) 情况不清的老井( 有7 口) 分别为：板8 1 3 、新板2 2 、板深1 9 、板8 9 2 、板8 9 8 、板8 9 1 、板8 9 7 井。 o 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2 老井处理难点分析 2 1 主要难点 由于老井管理混乱，尤其四类井盲目开采和射孔，而且服役时间过长，导致老井 目前井况复杂，主要表现在： 1 ) 射孔层位多，具体射孔层位不清，有的老井已射开所有可能的砂岩储层； 2 ) 井口己破坏，有的井位只能靠以往大体的回忆，建立井口有一定难度； 3 ) 井筒条件差，有的老井一部分生产套管被截取，有的井筒内油管被水泥圃结， 有的井筒有落物等等。 2 2 不同老井井况下密封处理难点分析 1 ) 同时射开板i i 油组1 、2 小层和3 、4 小层的老井， 主要难点是如何实现板i i 油组1 、2 小层与3 、4 小层的有效封隔，防止储气库一 期工程注气过程中，天然气通过l 、2 小层进入3 、4 小层，而且l 、2 小层和3 、4 小层间隔短，有的只有1 0 m ，施工难度大，采用封隔器挤注3 、4 小层，有水泥经l 、 2 小层返出的风险。 2 ) 射开板i i 油组l 、2 、3 、4 和下部储层以及上部水层 主要难点同1 。 3 ) 地面条件受限制的井 如板8 0 7 井，该井为四类井，无井口，只有套管头，井口正上方约2 0 m 有高压 输电线，作业风险大。 4 ) 环空无水泥 由于环空无水泥，井壁坍塌造成环空封闭，因此环空挤补水泥有一定难度。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 5 ) 套管变形的井 主要解决的问题是如何恢复套管变形，如变形小，油管可以通过，但仍然存在下 入工具遇阻卡的可能。 6 ) 井简有落物的老井 如板8 1 7 井，井内有5 根油管被水泥固结，需要套铣打捞，套铣打捞如何保护套 管，如何一次打捞成功，都需要考虑。 综上所述，由于老井服役时间长以及老井管理和使用的混乱，给老井密封处理带 来比较大的难度。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第三章板中北高点储气库老井密封处理的原则和主要技术路线 1 老井封井的原则 1 1 安全的原则 ( 1 ) 、板i i 油组1 # 4 拌层合层挤封，不与其它油层之间窜气的原则 采用超细水泥合层挤注板i i 油组1 # 4 # 小层，确保板i i 油组1 # 4 # 不与其它油 层窜通，并在井筒内流塞，要求塞面底界在板i i 油组4 群层以下2 0 m 左右，塞面顶界 在板i i 油组1 # 层顶界以上5 0 m 左右，井口加压侯凝，确保封层的效果。 ( 2 ) 、防止井筒内窜气的原则 在井筒内注水泥塞密封处理储气库目的层板i i 油组l # 4 # 小层的顶界和底界， 作为第二道安全保障，确保储气库目的层不会通过井筒向其下地层和地面窜气。 1 2 经济的原则 ( 1 ) 对于油水区的井，密封处理方案要力求简单。 ( 2 ) 对于水区的边缘井，没有作业条件的可以不封。 1 3 确保储气库有效运行的原则 ( 1 ) 因为板中北高点是带油环、弱边水的凝析油气藏，为确保储气库安全有效 的运行，储气库内的老井的密封处理要分批进行，先期处理的井包括：板2 2 、板中 1 4 、板中1 5 1 、板8 9 7 、板8 9 2 、板8 0 4 、板3 、板8 、板8 1 3 、板深4 8 、板深1 9 、板 新8 0 7 、板8 1 7 、板8 0 7 、板4 0 、板8 5 8 ；油水区的一部分老井在储气库运行期划将 作为监测井，用于监测储气库运行期间油环和边水的动态，这些井包括：板引0 、板 1 0 - 2 8 、板8 5 9 、板8 4 8 和板8 9 8 。 中国石油勘探开发研究院硕+ 学位论文 ( 2 ) 油水区的一部分老井在气库运行初期要作为排水井排水，在气库库容量达 到地质设计要求后，再将这些排水井封掉，这些井包括：板8 0 2 、板8 4 0 、板8 4 1 、 板8 6 0 、板8 6 2 、板8 9 0 、板8 9 3 、板8 9 6 和板8 9 1 。 2 主要技术路线 板中北高点储气库老井密封处理应在技术上可行，施工结果可靠，并满足储气库 运行特点的要求。在室内试验与现场结合的基础上，提出以下措施作为板中北高点地 下储气库老井密封处理的主体技术： 1 、井简采用常规水泥多级灰塞，并带丢手封隔器扶助密封的技术措施： 2 、射开层和主力储层采用超细水泥挤注密封处理的技术措施； 3 、特殊井况应进行必要的套管锻铣再挤注水泥； 4 、井口安装采油树并配检测压力表。 4 中国石油勘探开发研究院硕十学位论文 第四章老井密封技术研究 1 套管内密封处理技术研究 1 1 天然气窜向井口过程分析 内 如图1 所示，储气库天然气经老井井筒窜向地面，需经历以下几个环节： 1 ) 首先，储存于储层中的天然气从储层经炮眼窜向井筒地层与套管的环形空问； 2 ) 接着，环空天然气可通过环空水泥与地层间隙上窜，或经射孔炮眼窜到井筒 3 ) 然后，由井筒上窜或窜入低压吸收层。 4 ) 最后，上窜天然气经井口窜出地面。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 井壁 1 趋 | 蕊 套管 - x , f f 陬习 、 j l 天然气窜出 一 凰 ， 、。 储层 图1气体窜出过程示意图 由图1 可以看出，储层天然气窜至地面需经历四个环节。只要采取有效密封处理 措施，搞好这四个环节的控制，就能够阻止天然气的上窜，同时也能够减少天然气损 失，达到储气库密封的效果。 1 2 常规水泥石抗气渗能力分析 老井密封处理时，井筒水泥塞采用常规油井g 级水泥，水泥浆密度为1 7 5 1 8 5 9 c m 3 。 1 ) 试验过程： 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 ( 1 ) 水泥芯的制备：在地层温度下将水泥浆放置在水中，等到水泥固化后，取 出用2 5 c m 钻头取芯。每种水泥取芯两块。 ( 2 ) 取出的岩心中一块进行水测渗透率，一块进行烘干，准备进行气体渗透率 测量。 ( 3 ) 水相渗透率测量： a 、将岩心放入实验流程当中( 流程图参见图2 ) b 、将环压加到3 0 m p a 。 c 、用水将岩心夹持器前边的水排空。 d 、在2 0 m p a 压力下水驱岩心，计量压力和流量。 e 、计算岩心水测渗透率。 ( 4 ) 气体渗透率测量 a 、将岩心放入实验流程当中( 流程图参见图3 ) 。 b 、将环压加到5 m p a 。 c 、用氮气在一定压力下驱替岩心，计量压力和流量。 d 、改变驱替压力后，再次计量压力和流量。 e 、计算岩，t l , 各次气测渗透率并求平均值。 2 ) 测量结果 常规g 级水泥抗气渗和水渗试验结果见表4 所示。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 表4常规g 级水泥抗气渗、水渗能力试验数据 水泥 长度直径气体渗透率水相渗透率 岩心描述 芯c mc m1 0 3u m 21 0 。3 u m 2 a 常规水泥，密度1 7 5 9 c m 3 3 c m2 50 3 0 70 0 2 7 l b 常规水泥，密度1 8 0 9 c m 3 3 c m25o 2 1 20 ，0 1 4 5 c 常规水泥，密度1 8 5g e m 3 3 c m2 50 0 8 4 8 0 0 0 5 6 d 常规水泥，密度1 9 0g c m 3 3 c m2 50 0 4 6 400 0 3 2 由表4 看出，常规g 级水泥石抗气渗和水渗能力较强，在水泥浆密度为1 8 5 9 e r a 3 时，测得水泥石的气体绝对渗透率为0 0 8 4 8 1 0 3um 2 ，在密度为1 9 0 9 c m 3 时，测 得水泥石的气体绝对渗透率为o 0 4 6 4 1 0 3um 2 。实际经验证明，在井筒条件下，即 有水存在时，其渗透率会更低：实验数据同时说明，随着水泥浆密度增加，其气体渗 透率呈下降趋势。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 q u z i x 泵；2 、采集控制计算机：3 、7 、六通阀；4 、水：5 、压力传感器；6 、岩心夹持器 环压表；9 、环压泵；1 0 、试管。 图2水测渗透率实验装置示意图 图3 气测渗透率装置示意图 9 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 1 3 水泥石的气体损失分析 储气库运行最高压力通常接近原始地层压力，板中北高点储气库运行上限压力为 3 0 5 m p a ，储层埋藏深度2 7 0 0 m ，第一个水泥塞所在井深为2 6 0 0 m 左右( 各井具体位 置不同) ，水泥塞长度1 0 0 m ，天然气通过该水泥塞的情况分析如下： 按照达西公式，则： q b = k g a ( p i p 。) 2 ( p p b l 1 0 5 ) 其中： q b 气体损失速度，m 3 s ； k g 气体渗透率，1 tm 2 ； a 水泥石截面积，c f 2 ： l 水泥塞长度，c m ； p j p 。压差，k p a ； u 气体粘度，p a s ； p b 室内大气压，k p a 。 水泥石的气体渗透率为0 0 8 4 8 0 8 1 0 3 = o 0 6 7 8 1 0 。um 2 ( 井筒条件下的气体真 实渗透率) ，井眼尺寸为2 1 5 9 m m ，水泥石截面积为2 7 0 9 7 c m 2 ( 生产套管为1 3 9 7 m m ， 壁厚9 1 9 m m ) ，储层部位水泥塞长度耿1 0 0 m ，压差为4 5 0 0 k p a ，气体粘度取o8p a - s 。 经计算得知，天然气通过储层部位水泥塞的损失量q b = 1 4 8 5 3 c m 3 年，非常小。 1 4 常规水泥石强度分析 常规g 级水泥抗压强度测定结果见表5 。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 表5常规水泥石抗压强度 水泥浆密度( g e m 3 ) 1 天2 天3 天 1 7 51 1 2 24 2 36 1 8 0 1 4 72 6 2 7 9 1 8 51 6 22 7 - 32 8 4 由表5 可以看出，当水泥浆密度为1 8 0 9 c m 3 时，常规g 级油井水泥的抗压强度 在l 天内达到1 4 7 m p