已有采卤溶腔建设储气库评价与改造技术.doc

地下储气（油）库工程技术国际研讨会-北京2008已有采卤溶腔建设储气库评价与改造技术田中兰1,2 路立君2（1.中国石油勘探开发研究院,北京 100083 2.中国石油集团钻井工程技术研究院,北京 100195）摘要：为了加快长江三角洲地区储气库的建设进程，保证西气东输整个长输管道的平稳运行，对储气库选址内的15口已有采卤溶腔的可利用性进行了研究。通过声纳检测及稳定性初步评价，挑选出6个具备可利用条件的已有采卤溶腔。经过对已有采卤溶腔改造方案的分析与比选，提出了最优的施工方案。关键词：盐穴，储气库，已有采卤溶腔，声纳，西气东输一、利用金坛盐矿现有采卤溶腔的必要性西气东输管道东段工程建设已经完工，并于2003年10月1日实现了管道输气，2004年1月1日正式实现商业供气，西气东输工程正按计划如期运行。储气库是西气东输工程最重要的配套工程，它是保证整个长输管道平稳运行的关键手段。实现正式商业供气后，为确保安全供气，必须尽快提供应急供气气源，因此对储气库建设的要求就变得十分急迫。经过长江三角洲地区储气库建设可行性研究认为，建设储气库最有效快捷的方式是首先开发与利用气库选址周围的已有采卤溶腔。气库选址内有一盐矿，已采卤14年，有各类采盐井40多口。尽管盐矿采卤溶腔和相应采卤井在总体上存在单腔库容不大和固井质量欠佳等不足，但从争取时间、节省投资和改善建设环境条件等方面综合考虑，利用金坛储气库选址周围的已有采卤溶腔是十分必要的，表现在：缩短建库时间。盐穴储气库建设周期由钻注采井、造腔和地面工程施工三部分组成，而耗时最多的为造腔阶段。据初步计算，用合理的井身结构、采卤管柱配合和相应措施造腔，建成25104m3溶腔约需要三年多的时间，照此推算，如利用现有总体积约207.05104m3的15个已有采卤溶腔，则可节约的造腔时间相当可观；减少建库投资。根据测算，建造1个体积25104m3的溶腔，其投资约2000万元，如利用现有的总体积约207.05104m3的15个已有采卤溶腔，则可节约投资约3亿元；缓解造腔卤水出路的压力。若建造体积207.05104m3的溶腔，产出卤水1449104m3，生产原盐414万吨。按目前卤水消化能力，可供江苏省制碱工业运行5年。可见，在国内盐产量过剩的情况下，利用现有采卤溶腔将大大缓解建库造腔卤水出路的压力。二、金坛盐矿现有采卤溶腔的现状1现有采卤溶腔的分布在储气库选址区附近，共有采卤井43口，其中茅兴井区11口、茅溪井区4口、直溪桥井区3口、东岗井区5口、陈家庄井区4口、颜家庄井区3口和荣炳井区13口。分布见图1 图1 金坛地区井位图（共计43口井）2. 现有采卤溶腔的筛选从腔体位置、单腔容积、井口间距、腔体连通性等方面，对现有的43个采卤腔体按预选程序进行初步筛选，符合预选条件的腔体有15个：分别是：茅兴井区的M1、M2、M6、M7、M8和M9井；茅溪井区的XI3和XI4井；直溪桥井区的XIY1和XIY2井；东岗井区的D1、D2和G1、G2井。 1）预选采卤溶腔的基本情况（表1）表1 预选采卤溶腔的基本情况表序号井号盐层埋深m盐 层厚 度m套管下入盐层m裸 露盐 层m开采时间年采 出矿 量万吨溶腔折算容 积104m31M1858.01029.97171.95150.3821.571428.3515.102M2866.01041.78175.78167.368.421337.4219.943M6866.51038.65172.10147.4624.641140.8921.794M7860.01028.60168.60141.4127.191134.0818.855M8850.21014.60164.40149.6514.75927.8114.826M9865.31037.00171.7148.8922.81821.9712.157XI3875.61013.25137.65125.1512.50824.4813.048XI4854.01026.50172.5126.1913.31715.898.479G1947.941082.28134.34101.8332.51818.299.7510G2937.001071.65134.65103.6731.29818.299.7511XIY1927.501071.96144.6112.0032.46918.679.9512XIY2920.311069.19144.88114.0034.88918.679.9513D1942.801091.34148.5298.6749.871023.7612.6614D2934.551083.00148.45114.1634.291023.7612.6615R1932.01064.21132.2184.9147.301335.2618.79茅兴地区最大溶腔是采卤11年的M6井，采矿量约40.89万吨，折算溶腔体积21.79104m3；最小溶腔的是XI4井，采出盐约15.89万吨，折算溶腔体积8.47104m3。根据盐矿采卤量计算，15个溶腔的总体积大约为：207.91104m3。 2）预选采卤溶腔的相应采卤井基本情况（表2）拟选用的15个溶腔，其井身结构均采用244.5 mm+139.7mm的套管结构，244.5 mm表层套管封固表层，下入深度30-50m左右；139.7 mm生产套管进入岩盐层80160m，深度在940-1040m之间。采卤中心管一般下入盐层中下部，深度在960-1060m之间。表2 预选采卤溶腔的相应采卤井基本情况表序号井号表 层 套 管生 产 套 管中心管外径mm壁厚mm下 深m外径mm壁厚mm下深m下深m中心管mm外径壁厚1M124410.0350.64139.77.721008.401019.60735.512M224410.0329.35139.77.721003.361036.50735.513M627310.0329.74139.77.721014.001035.50735.514M727310.0329.80139.77.721001.411014.75735.515M827310.0329.90139.77.72999.851010.90735.516M927310.0330.15139.77.721014.191026.80735.517XI327310.0327.64139.77.721000.751011.205735.518XI427310.0330.00139.77.721013.191024.60735.519G127310.0330.00139.77.721049.771058.51735.5110G227310.0330.00139.77.721040.671050.77735.5111XIY127310.0322.20139.77.721039.501044.70735.5112XIY227310.0323.50139.77.721034.311041.31735.5113D127310.0327.64139.77.721041.471053.47735.5114D227310.0330.00139.77.721048.711050.79735.5115R12449.6551.30139.77.72/9.21016.9735.51 三、预选的采卤溶腔声纳测量为了确定每个腔体的形状及确切体积，利用特殊的检测设备-声纳测量仪对15个已有采卤溶腔进行了检测。1、声纳检测声纳检测前需要进行通井和测井，为声纳检测作好资料准备。声纳测量综合数据结果见表3，声纳检测图见图2、图3和图4。表3 14个采卤溶腔声纳测量数据井号管鞋位置m盐层顶深m测 腔最低点M最低水平测量m最高水平测量m腔体最大半径m测量体积m3腔体形状腔顶盐层余厚mM1井985863.2988.9978.6861.232.2119545双梨形-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锥体+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图2 茅溪腔群8口井三维图 图3 直溪桥腔群4口井腔三维图 图4东岗腔群2口井腔三维图对声纳测量资料解释认为，茅兴和茅溪腔群中的M2、M6、M7和M9井腔体在俯视图上重叠，而M7与M9井大面积相通，在腔间承压密封上存在问题（图2）；直溪桥腔群的腔体间仍有较大的距离，XIY1与XIY2腔体矿柱大于20m（图3）；东岗腔群的腔体间也有较大的距离，D1与D2腔体矿柱30 m、D2与G2腔体矿柱20 m、G2与G1腔体矿柱也是20 m（图4）。2、腔体可利用性初步评价严格意义上讲，大部分盐腔的可利用条件都不是很好。但如果将每一腔群做为一个整体考虑，在气库运行时，降低最高运行压力，缩小运行压力范围，且各腔体以同一压力同注同采，则直溪桥腔群的XIY1与XIY2，及东岗腔群的D1、D2、G1、G2共6个腔体的可利用条件相对较好。最终能否利用尚需做力学稳定性评价。6个可利用采卤溶腔储气库容14114.25104m3，在给定的工作压力范围内，调峰工作气可达7826.35104m3。四、可利用采卤溶腔的改造从储气库运行及安全角度考虑，不能直接利用现有老井，必须对其进行改造，其主要原因是：（1）采卤井的生产套管直径较小，注采天然气的吞吐能力不够理想。现有采卤井大多数采用139.70mm生产套管的井身结构，当下89mm油管改为储气库注采井后，最大采气能力不具备应急供气的要求。（2）采卤井的质量差，服役时间长，剩余寿命短。在6个可利用溶腔的相应采卤井中，固井水泥质量差，部分井生产套管固井时采用砂浆固井，且水泥未返到井口；由于采卤井使用时间较长，盐水腐蚀生产套管及水泥环，套管质量状态差，水泥环剩余寿命短，很容易造成密封失效，达不到注采气井安全要求。因此，利用已有采卤溶腔不能简单地对井眼进行修复，只能“弃井用腔”，并对原有井身结构进行改造。1已有采卤井改造的原则利用已有的采卤溶腔的改造方案应遵循以下原则：（1）安全第一，确保腔体、井筒、地层三者间的有效密封；（2）改造后的生产套管直径要足够大，可满足储气库运行时强注强采的要求；（3）满足注采管柱结构与防腐的要求；（4）改造后井筒可承受交变应力和温度的剧烈变化；（5）改造技术措施可靠。2 可利用采卤溶腔的改造方案比选从施工工艺上考虑，最有可能的改造方案有以下三种：方案1、直接将老井眼封堵(或环空挤水泥) 后，再打大直径新井其工艺流程是：通井测井射孔挤水泥钻水泥塞套管环形空间试压打水泥塞封井移井位，钻新井完成采卤溶腔利用。由于套管射孔挤水泥是处理生产套管外环形空间封固质量差的传统技术，因而该方案技术难度低，施工工艺简单；但密封存在隐患，不能保证老井筒环空的封固质量，且一腔多眼，腔体后期稳定性存在问题。方案2、锻铣部分下部套管和水泥，封堵后再打大直径新眼此方案的工艺流程与方案1的工艺流程基本相同，其差别仅仅在于用段铣代替射孔。工艺流程是：通井测井下部套管锻铣扩铣水泥环至新地层打水泥塞，注水泥封堵其它部位锻铣注水泥打塞套管环形空间试压移井位钻新井完成采卤溶腔利用。套管段铣后封堵水泥是处理生产套管外环形空间封固质量差的新技术。这种方案改善了原套管与环形空间的通道，大幅度降低了其流动阻力，从而提高了水泥封固效果，腔体密封得到改善，但一腔多眼造成的腔体后期稳定性问题依然存在。方案3、全井套铣，扩眼后下入大直径套管该方案是用全井套铣的方法将原采卤井的生产套管全部取出，用扩眼钻头扩眼后，重新下入新的生产套管。该方案施工工艺虽然较方案1、2复杂，但技术也比较成熟。如施工完成，可以避免方案1、2存在的问题。表4 三个修复方案优缺点对比方 案密封可靠性调峰能力施工工艺投资方案1差优容易相对小方案2良优中等中等方案3优优复杂中等上述三种方案都各具优缺点（表4），但从技术、经济、密封性和可靠性等各方面综合考虑，方案3更具优势。经过国内专家和多家油田施工单位的论证，最终确定了6口已有采卤溶腔的改造方案采用方案3，目前以此方案进行的XIY1井改造工程正在进行现场施工。五、结论1、为保证西气东输工程整个