趙金洲

（中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101）

天然氣作為一種清潔能源，在能源消費(fèi)中的比例不斷提高。實(shí)踐證明，地下儲(chǔ)氣庫是重要和有效的天然氣調(diào)峰手段[1-3]。國外從1915年開始進(jìn)行地下儲(chǔ)氣庫工程技術(shù)的研究和實(shí)踐，經(jīng)過100多年的發(fā)展，在地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)方面形成了系列特色工程技術(shù)和裝備[4-7]。我國對(duì)儲(chǔ)氣庫的研究起步較晚，直到2000年才建成第一座枯竭油氣藏型調(diào)峰儲(chǔ)氣庫——大張坨儲(chǔ)氣庫。隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和對(duì)清潔能源需求的日益增長，地下儲(chǔ)氣庫將在國內(nèi)的油氣消費(fèi)、油氣安全方面發(fā)揮更加重要的作用，由此可以預(yù)見，我國將迎來儲(chǔ)氣庫建設(shè)的高峰期[8-12]。

中原地區(qū)在區(qū)位、資源和市場等方面優(yōu)勢顯著，儲(chǔ)層地質(zhì)條件也較為有利，有望成為國內(nèi)規(guī)模最大的天然氣儲(chǔ)氣庫群。文23儲(chǔ)氣庫位于中原油田，是我國中東部地區(qū)最大儲(chǔ)氣庫，區(qū)域位置好，地處華北調(diào)峰中心，管網(wǎng)配套，設(shè)計(jì)庫容量104×108m3，可以為多條長輸管道的平穩(wěn)運(yùn)行提供保障，并緩解華北地區(qū)冬季用氣高峰期的用氣緊張和調(diào)峰缺口。2019年3月8日，文23儲(chǔ)氣庫成功注氣，標(biāo)志著“十三五”國家重點(diǎn)工程文23儲(chǔ)氣庫建設(shè)取得重大進(jìn)展。筆者對(duì)文23儲(chǔ)氣庫的建設(shè)和相關(guān)技術(shù)研究情況進(jìn)行了總結(jié)，形成了較完善的枯竭油氣藏型儲(chǔ)氣庫建設(shè)工程技術(shù)鏈，可以為類似儲(chǔ)氣庫建設(shè)提供技術(shù)保障和示范，保障國家能源戰(zhàn)略的實(shí)施。

1 地質(zhì)特征及工程技術(shù)挑戰(zhàn)

中原文23儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)庫容量104×108m3，有效工作氣量44.68×108m3，分兩期建設(shè)。一期動(dòng)用庫容體積84.31×108m3，利用老采氣井6口，需要新鉆井66口，注采總井?dāng)?shù)72口，設(shè)計(jì)井臺(tái)8個(gè)，運(yùn)行壓力20.92～38.62 MPa，運(yùn)行工作氣量32.67×108m3。一期封堵老井46口。文23儲(chǔ)氣庫地質(zhì)條件復(fù)雜，沙三段發(fā)育鹽膏層，儲(chǔ)層埋深2 800.00～3 150.00 m，經(jīng)過多年開采，氣藏地層壓力系數(shù)低（0.1～0.6），動(dòng)態(tài)變化大；地質(zhì)復(fù)雜情況多，儲(chǔ)層虧空嚴(yán)重，鹽膏層不穩(wěn)定，斷層裂縫發(fā)育。

文23儲(chǔ)氣庫的地質(zhì)情況復(fù)雜，給施工帶來了新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1）井漏問題嚴(yán)重，儲(chǔ)層保護(hù)困難；鉆井液固相和液相侵入氣層較深，對(duì)其傷害程度大。

2）固井難度大、固井質(zhì)量不理想。儲(chǔ)氣庫蓋層鹽膏層段、低承壓地層固井難度大；對(duì)井筒完整性要求高，目前對(duì)水泥石長效密封的研究較少，且缺少評(píng)價(jià)手段。

3）對(duì)井筒封閉性要求高，評(píng)價(jià)手段和方法少。蓋層、斷層固井質(zhì)量與設(shè)計(jì)存在差異性和不確定性，易造成單井封閉性失效；缺乏儲(chǔ)氣庫固井質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化刻度規(guī)范以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4）注采管柱長期承受復(fù)雜交變載荷及腐蝕等多重作用，管柱結(jié)構(gòu)功能單一，缺少規(guī)范設(shè)計(jì)方法。

5）老井井況復(fù)雜，尚未形成重復(fù)利用評(píng)價(jià)技術(shù)。

2 關(guān)鍵工程技術(shù)研究

針對(duì)文23儲(chǔ)氣庫遇到的工程技術(shù)挑戰(zhàn)，開展了鹽膏層固井、超低壓儲(chǔ)層防漏及保護(hù)、井筒封閉性評(píng)價(jià)、注采完井管柱設(shè)計(jì)和老井封堵與評(píng)價(jià)等技術(shù)攻關(guān)，解決了文23儲(chǔ)氣庫建設(shè)中的重大技術(shù)難題，支撐了中原文23儲(chǔ)氣庫示范工程建設(shè)。

2.1 鹽膏層（蓋層）固井技術(shù)

文23儲(chǔ)氣庫沙三段地層發(fā)育鹽膏層，厚度200～500 m不等，是儲(chǔ)氣庫的主要蓋層。根據(jù)文23鹽膏層的組分特征，研發(fā)了新型抗鹽彈韌性水泥漿體系；針對(duì)鹽膏層固井環(huán)空間隙小、井眼不規(guī)則和水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差的特點(diǎn)，制定了技術(shù)套管固井技術(shù)方案。

2.1.1 新型抗鹽微膨脹彈韌性水泥漿

為降低水泥石的彈性模量，在水泥漿中加入新型彈韌劑，形成了新型抗鹽微膨脹彈韌性水泥漿。其中，1.50 kg/L低密度微膨脹彈韌性水泥漿的配方為G級(jí)水泥+分散劑+降濾失劑+減輕劑+早強(qiáng)劑+微硅粉+穩(wěn)定劑+短纖維+緩凝劑+消泡劑，1.90 kg/L高密度微膨脹彈韌性水泥漿的配方為G級(jí)水泥+分散劑+降濾失劑+穩(wěn)定劑+彈性劑+短纖維+增強(qiáng)增韌劑+緩凝劑+消泡劑，其主要性能見表1。

2.1.2 鹽膏層固井工藝優(yōu)化

1）四級(jí)高效沖洗隔離防漏技術(shù)。為了清除環(huán)空濾餅和油膜，提高驅(qū)替效率和防止井漏，采用了平衡壓力固井技術(shù)，并要求鉆井液保持良好的流態(tài)。研發(fā)的四級(jí)沖洗隔離液屬于復(fù)合型隔離液，以清水為基液，摻入適量的驅(qū)油劑、表面活性劑、懸浮劑及防漏材料，輔助添加液體分散劑。該沖洗隔離液集防漏、沖洗和隔離3種功能于一體，與鉆井液、水泥漿均具有良好的相溶性，可分散濾餅和吸附油膜，提高井眼環(huán)空的驅(qū)替效率。

2）頂替效率優(yōu)化。為了提高文23儲(chǔ)氣庫鹽膏層的固井質(zhì)量，研究制定了適合文23儲(chǔ)氣庫特點(diǎn)的技術(shù)套管固井技術(shù)方案：

a.增大環(huán)空間隙。在二開φ 320.0 mm井眼下入φ 273.1 mm+φ 282.6 mm復(fù)合套管，鹽層厚壁套管段環(huán)空間隙僅18.7 mm，固井時(shí)環(huán)空流動(dòng)阻力大，頂替排量為1.8～1.0 m3/min。利用液力擴(kuò)孔器對(duì)二開井段擴(kuò)徑，增大二開井段套管與地層間的環(huán)空間隙，但由于該方法的鉆井周期較長、鉆井風(fēng)險(xiǎn)較大，因此對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果見表2。

表1 新型抗鹽微膨脹彈韌性水泥漿的性能Table 1 Performance of the new salt-resistant minimum inflation elastic toughness cement slurry system

表2 優(yōu)化前后的井身結(jié)構(gòu)Table 2 Comparison table of pre/post-adjustment of casing program

b.提高頂替排量。由于施工中存在井漏風(fēng)險(xiǎn)，循環(huán)排量和頂替排量受到了限制，施工頂替排量一般為1.0～1.8 m3/min，上返速度最低0.40 m/s，最高0.67 m/s，導(dǎo)致固井時(shí)環(huán)空頂替效率低，影響了水泥環(huán)界面膠結(jié)質(zhì)量。計(jì)算結(jié)果表明，在居中度為67%的情況下，固井前期頂替排量由1.8 m3/min提高到3.0～3.3 m3/min，水泥漿頂替效率得到大幅提高。

2.2 超低壓儲(chǔ)層防漏及保護(hù)技術(shù)

2.2.1 超低壓儲(chǔ)層防漏技術(shù)

文23氣田為典型的枯竭型砂巖氣田，經(jīng)過多年勘探開發(fā)，部分地層壓力系數(shù)低至0.1～0.3，鉆井過程中井漏風(fēng)險(xiǎn)大。通過調(diào)研分析國內(nèi)外低壓儲(chǔ)層鉆井液應(yīng)用情況，并采取針對(duì)性地優(yōu)化形成了2種儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系。

1）水包油鉆井液。通過優(yōu)選乳化劑、增黏劑、抗高溫穩(wěn)定劑、輔助乳化劑種類并優(yōu)化其加量，確定水包油鉆井液配方為：3.0%～4.0%膨潤土+1.0%～1.5%乳化劑+0.2%～0.5%LV-CMC+1.0%～2.0%SMP+1.0%～2.0%SMC+0.1%～0.3%CPS2000+30.0%～70.0%油。水包油鉆井液具有以下技術(shù)優(yōu)勢：密度低，穩(wěn)定性好，有利于保護(hù)油氣層和提高機(jī)械鉆速；具有較強(qiáng)的抑制性，有利于井壁穩(wěn)定。室內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，抗溫100～150 ℃水包油鉆井液的乳化穩(wěn)定性及潤滑性好（見表3）。

表3 抗溫100～150 ℃水包油鉆井液的性能Table 3 Performance of 100-150 ℃ temperature resistance oil-inwater drilling fluid

巖屑在抗溫100～150 ℃水包油鉆井液中的回收率達(dá)98.4 %，在清水中的回收率僅為1.0%，可見，該鉆井液具有優(yōu)良的抑制性?，F(xiàn)場應(yīng)用效果表明，機(jī)械鉆速明顯提高，井徑擴(kuò)大率顯著降低。

2）微泡鉆井液。針對(duì)文23氣田低壓儲(chǔ)層的特點(diǎn)，研制了微泡鉆井液，其配方為：2.0%～4.0%膨潤土+0.5%～1.5%表面活性劑VES-1+0.2%～0.5%微泡穩(wěn)定劑HXC+0.2%～0.6%聚合物降濾失劑LV-CMC+1.0%～2.0%膠束促進(jìn)劑，其密度為0.85 kg/L，表觀黏度為57.5 mPa·s，塑性黏度為25.0 mPa·s，濾失量為8.0 mL。該鉆井液具有密度低、可重復(fù)使用、不需要特殊充氣設(shè)備和綜合成本低等技術(shù)優(yōu)勢，可解決低壓地層漏失及油氣層保護(hù)問題。

微泡鉆井液密度低，對(duì)微裂縫具有較強(qiáng)的封堵性能，60/90目砂床封堵強(qiáng)度達(dá)10 MPa以上，可滿足文23儲(chǔ)氣庫低壓易漏地層段的鉆井施工要求。通過對(duì)比分析水包油鉆井液和微泡沫鉆井液的技術(shù)優(yōu)勢及其局限性，推薦采用微泡鉆井液。

2.2.2 超低壓儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

文23氣田屬低孔低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層傷害以鉆井液濾液引起的液相傷害為主。儲(chǔ)層接觸鉆井液10 d以上，濾液侵入地層深度約1.00 m，容易引起較為嚴(yán)重的固相污染和液相水鎖傷害。儲(chǔ)層巖性以紫紅色細(xì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，含有泥質(zhì)等敏感性礦物，鉆井液濾液與地層礦物及高礦化度地層水不配伍，會(huì)導(dǎo)致氣層發(fā)生敏感性傷害。

為保護(hù)低孔低滲儲(chǔ)層，優(yōu)化了架橋暫堵劑的材料構(gòu)成，合理匹配纖維狀封堵劑、硬性架橋粒子及充填封堵粒子的用量，整個(gè)三開井段實(shí)施了儲(chǔ)層保護(hù)作業(yè)。儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液配方為：三開鉆井液+3.0%～5.0%架橋暫堵劑+1.0%～2.0%可變形封堵劑+0.5%～1.0%抗水鎖劑。可變形封堵劑通過變形擠入儲(chǔ)層孔隙；對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入儲(chǔ)層的鉆井液液相，應(yīng)提高液相的抑制性，防止儲(chǔ)層敏感礦物引起的敏感性傷害；應(yīng)用抗水鎖劑，既可提高鉆井液的抑制性，又可降低濾液的表面活性，有利于液相在地層中的擴(kuò)散及穩(wěn)定敏感礦物，降低儲(chǔ)層水鎖傷害。

2.3 儲(chǔ)氣庫蓋層井筒封閉性評(píng)價(jià)技術(shù)

儲(chǔ)氣庫建設(shè)過程中，蓋層封閉能力關(guān)系到儲(chǔ)氣庫建設(shè)的成敗，也影響儲(chǔ)氣庫后期使用過程中的安全。針對(duì)文23儲(chǔ)氣庫封閉性評(píng)價(jià)技術(shù)難點(diǎn)，分別從井筒蓋層地質(zhì)狀況、鉆遇斷層的封閉性和井筒固井質(zhì)量等方面入手，根據(jù)測錄井資料與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過研究，初步形成了儲(chǔ)氣庫蓋層井筒封閉性評(píng)價(jià)技術(shù)。

2.3.1 蓋層特征分析與封閉性評(píng)價(jià)

應(yīng)用X射線元素錄井技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)錄井資料，統(tǒng)計(jì)分析了61口新井和53口老井的沙三下亞段—沙四上亞段蓋層的巖性組成和厚度特征，并計(jì)算了區(qū)域范圍內(nèi)蓋層段排替壓力。

研究結(jié)果表明，區(qū)域蓋層厚度大，一般為200～600 m，連續(xù)性好，蓋層厚度的高值區(qū)主要分布在西部文23-側(cè)16井—文23儲(chǔ)5-1井—文23儲(chǔ)5-6井—文23儲(chǔ)7-6井—文22井一線，厚度一般在400～500 m；東側(cè)文61井—文23儲(chǔ)8-5井—文23-34井—文23儲(chǔ)11-8井一線厚度中等，一般在200～300 m；北部受文西斷層影響，厚度較薄，一般在100～200 m，是儲(chǔ)氣庫蓋層封閉性研究的重點(diǎn)區(qū)域。泥巖蓋層排替壓力一般在5～12 MPa，中部主力區(qū)排替壓力高，北部和南部的物性封閉能力較差，北部文23儲(chǔ)3-10井—文23-9井—文古3井一線區(qū)域是蓋層物性封閉重點(diǎn)關(guān)注和監(jiān)測的區(qū)域。

2.3.2 鉆遇斷層封閉性評(píng)價(jià)

分析了29口井過井?dāng)鄬拥膸r性配置關(guān)系，認(rèn)為文23儲(chǔ)氣庫存在4種接觸關(guān)系，分別為氣砂-鹽接觸、氣砂-泥接觸、氣砂-氣砂接觸、氣砂-水砂接觸。實(shí)際分析表明，邊界斷層和分塊斷層封閉性較好；利用泥巖涂抹系數(shù)對(duì)該區(qū)蓋層內(nèi)部的斷層側(cè)向封閉性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，結(jié)果表明其具有良好的對(duì)接幅度，能封閉一定的烴柱高度，封閉性較好，斷層段泥巖涂抹系數(shù)為0.9～3.9。

2.3.3 蓋層段井筒封閉性綜合評(píng)價(jià)

在分析沙三下亞段—沙四上亞段區(qū)域蓋層的巖性、厚度、排替壓力及鉆遇斷層封閉性的基礎(chǔ)上，結(jié)合蓋層段固井質(zhì)量測井資料對(duì)蓋層段井筒封閉性各要素的匹配關(guān)系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，初步建立了井筒封閉性綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表4）。

表4 井筒封閉性綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Comprehensive evaluation criteria for wellbore sealing

依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)61口完鉆井的井筒封閉性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，60口井的蓋層段井筒封閉性達(dá)到合格以上標(biāo)準(zhǔn)，僅文23儲(chǔ)7-6井井筒封閉性評(píng)價(jià)不合格。這表明文23儲(chǔ)氣庫整體固井質(zhì)量與蓋層段匹配良好，可以起到良好的封閉天然氣的作用。對(duì)于評(píng)價(jià)不合格的井，建議射孔后進(jìn)行儲(chǔ)層試壓，以確定其封閉性。

2.4 注采完井管柱設(shè)計(jì)技術(shù)

2.4.1 多功能注采工藝管柱

根據(jù)枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫的地質(zhì)特征、儲(chǔ)層流體物性、氣井產(chǎn)能，以及注采具有“強(qiáng)度高、安全等級(jí)要求高、壽命要求高、多輪次反復(fù)性”的特點(diǎn)，通過評(píng)估國內(nèi)外的注采工藝管柱結(jié)構(gòu)，針對(duì)文23儲(chǔ)氣庫的井身結(jié)構(gòu)和注采要求，研發(fā)了滿足建庫運(yùn)行的多功能注采完井管柱（見圖1）。

2.4.2 注采完井用井下工具

1）多功能插管封隔器。為了滿足儲(chǔ)氣庫多輪次反復(fù)注采、后期作業(yè)保護(hù)儲(chǔ)氣層及安全井控的要求，降低完井成本，研制了多功能插管封隔器（見圖2）。該封隔器可滿足長壽命、多輪次強(qiáng)注強(qiáng)采要求，具有多次插入功能，插管撥出后可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣層與上部井筒隔絕。插管內(nèi)通徑≥76.0 mm，工具整體耐壓達(dá)70 MPa，耐溫150 ℃。

圖1 注采工藝管柱結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of the injection/production pipe string

2）無圍壓防炸裂射孔槍。文23儲(chǔ)氣庫為枯竭氣藏改建儲(chǔ)氣庫，地下儲(chǔ)層經(jīng)過多年的生產(chǎn)開發(fā)，地層壓力極低，平均壓力系數(shù)約為0.3～0.4，為了最大限度地保護(hù)儲(chǔ)層，射孔過程液面很低，射孔槍基本處于無圍壓狀態(tài)，而儲(chǔ)氣庫氣井投產(chǎn)射孔井段較長，一般為100～200 m，為保證射孔安全，防止在無圍壓條件下射孔槍出現(xiàn)炸裂等意外情況，設(shè)計(jì)了無圍壓射孔槍，采用內(nèi)盲孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了彈架與槍身機(jī)構(gòu)，大大降低了槍身炸裂及“卡槍”風(fēng)險(xiǎn)；射孔穿深大于1.00 m，滿足儲(chǔ)氣庫投產(chǎn)要求。

2.4.3 注采完井管柱優(yōu)化分析

圖2 多功能插管封隔器結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of the multi-function intubation packer

結(jié)合文23儲(chǔ)氣庫的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)，充分考慮注采管柱受高壓注氣、注采周期頻繁交替的影響，以及井內(nèi)壓力、溫度隨之變化的情況，分析了在整個(gè)儲(chǔ)氣庫壽命周期內(nèi)作用于管柱的內(nèi)壓力、外擠壓力以及軸向力的變化，結(jié)合文23儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)層特點(diǎn)、工況環(huán)境及系統(tǒng)試井分析資料，優(yōu)選了流入、流出模型，分類建立了高產(chǎn)、中產(chǎn)和低產(chǎn)井的注氣、采氣系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模型，分別進(jìn)行了注氣、采氣期流入流出動(dòng)態(tài)模擬，確定了影響注采產(chǎn)能的敏感性因素；分析儲(chǔ)氣庫氣井注采能力、沖蝕能力和攜液能力，為選擇油管提供依據(jù)。根據(jù)氣藏工程單井注采指標(biāo)，結(jié)合注采系統(tǒng)油管尺寸敏感性、抗沖蝕能力和攜液能力分析結(jié)果，在保證氣井滿足配產(chǎn)的基礎(chǔ)上，能夠穩(wěn)定攜液生產(chǎn)，且生產(chǎn)過程中不存在沖蝕。根據(jù)模型計(jì)算分析結(jié)果，推薦高產(chǎn)新井采用內(nèi)徑76.0 mm油管，中產(chǎn)、低產(chǎn)新井和老井采用內(nèi)徑62.0 mm油管。

2.5 老井封堵與評(píng)價(jià)技術(shù)

2.5.1 老井封堵主要原則及工藝

在國內(nèi)外老井封堵研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)枯竭砂巖氣藏儲(chǔ)氣庫建庫的需要，結(jié)合文23區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，研發(fā)形成了枯竭氣藏老井封堵配套技術(shù)。采取“產(chǎn)層+井筒+管外”并重的封井思路，即對(duì)產(chǎn)層段實(shí)施擠堵，對(duì)井筒注連續(xù)水泥塞并上覆防腐重漿封堵，對(duì)管外可能引發(fā)氣體竄漏的位置實(shí)施二次封固，從而徹底切斷流體泄漏通道?；谏鲜鏊悸罚Y(jié)合文23儲(chǔ)氣庫廢棄井的井況特征，確立了“強(qiáng)化地層封堵、兼顧井筒封竄和實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控”的整體封堵原則，制定了相應(yīng)的擠堵方案。

1）合層擠堵。套管出現(xiàn)的問題主要包括套管變形、錯(cuò)斷和刺漏等。其中，套管變形對(duì)擠堵方式?jīng)]有影響，只需采取修套作業(yè)打通通道即可。對(duì)于存在套管錯(cuò)斷和刺漏的廢棄井，由于涉及的井段較短，通常采用與產(chǎn)層合擠的方式處理。對(duì)于無井況問題的廢棄井，若產(chǎn)層段較短，也采用合層擠堵。

2）分層擠堵。若產(chǎn)層段較長，考慮地層壓力低且層間差異大，擠注過程中各層壓力難以控制，進(jìn)而影響擠堵效果，因此需實(shí)施分層擠注（見圖3）。

3）固井質(zhì)量較差井段的處理。文23儲(chǔ)氣庫廢棄井普遍采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，若技術(shù)套管下至射孔段頂界、且連續(xù)優(yōu)質(zhì)膠結(jié)段不足25.00 m，或油層套管連續(xù)優(yōu)質(zhì)膠結(jié)段不足25.00 m，需對(duì)其補(bǔ)射工程孔或段銑套管后擠堵，以防氣體沿套管外發(fā)生竄漏。

圖3 承留器分層擠堵工藝示意Fig.3 Schematic diagram of zonal squeezing/plugging with retainer

2.5.2 耐高溫緩膨氣密封封堵劑

為了使封堵劑充分進(jìn)入封堵的儲(chǔ)氣層，并達(dá)到較好的氣密封效果，滿足封堵工藝的要求，研發(fā)了枯竭氣藏封堵用堵劑，其配方為：主劑+2.0%固化劑+2.0%調(diào)節(jié)劑+5.0%復(fù)合結(jié)網(wǎng)劑+2.0%微膨劑+0.2%高溫懸浮劑。與普通堵劑相比，其粒徑更細(xì)，粒度范圍更加集中（見表5），堵劑更容易進(jìn)入地層。

表5 封堵用堵劑粒度指標(biāo)對(duì)比Table 5 Comparison of the particle size indicators of plugging agent system

為了解決堵劑在近井地帶和高滲條帶中難以駐留、不能形成致密有效的封堵結(jié)構(gòu)的問題，優(yōu)選了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形成劑（簡稱結(jié)網(wǎng)劑），通過測試堵劑滯留面積，確定最佳加量為3.0%～5.0%，添加結(jié)網(wǎng)劑后堵劑的滯留面積擴(kuò)大90.2%。

為了提高堵劑在井筒內(nèi)凝固后與套管內(nèi)壁的膠結(jié)強(qiáng)度，室內(nèi)優(yōu)選鈍化金屬粉作為高溫氣井水泥漿體系的微膨脹劑，使堵劑固結(jié)體具有自愈功能，同時(shí)增強(qiáng)各膠結(jié)面強(qiáng)度，堵劑固化后氣體突破壓力顯著提高，最優(yōu)加量為3.0%。形成的堵劑耐溫120 ℃，稠化時(shí)間4～9 h可控，初始稠度小于30 Bc，氣密封強(qiáng)度大于15 MPa。

2.5.3 老井封堵質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

為了對(duì)封堵井的質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)比分析國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制訂了《文23儲(chǔ)氣庫老井封堵質(zhì)量評(píng)價(jià)規(guī)范》，根據(jù)封堵井的設(shè)計(jì)與施工、封堵用材料與封堵檢驗(yàn)等情況綜合分析，從封堵工藝的選擇、封堵用的施工材料、封堵后的檢驗(yàn)和完井交井等幾個(gè)方面對(duì)封堵井進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終形成了封堵井的封堵質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，保證了老井封堵質(zhì)量滿足儲(chǔ)氣庫的運(yùn)行要求。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

文23儲(chǔ)氣庫鉆井過程中,采用研發(fā)的新型抗鹽彈韌性水泥漿及新的技術(shù)套管固井技術(shù)方案后, 二開井眼滿足了下入φ 330.0 mm大尺寸剛性扶正器的要求，提高了二開套管居中度，避免了斜井段套管靠近底邊而影響固井質(zhì)量的問題; 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，文23儲(chǔ)氣庫氣井蓋層段固井質(zhì)量大幅度提高，優(yōu)良率由5.9%提高到42.8%。針對(duì)低壓儲(chǔ)層防漏與儲(chǔ)層保護(hù)，應(yīng)用微泡鉆井液鉆進(jìn)并采取隨鉆封堵措施，文23儲(chǔ)氣庫的第三、第四輪鉆井周期與前兩輪相比，鉆井液漏失量減小52.3%，井漏損失時(shí)間縮短55.2%。

利用蓋層井筒封閉性評(píng)價(jià)技術(shù)及時(shí)評(píng)價(jià)二開固井后的井筒封閉性，提高了施工決策效率，同時(shí)制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)了文23地下儲(chǔ)氣庫二期建設(shè)，對(duì)國內(nèi)同類儲(chǔ)氣庫建設(shè)具有一定的借鑒意義。

多功能注采管柱能夠滿足氣庫多頻次注氣、關(guān)井、采氣及修井維護(hù)的要求，也可以滿足儲(chǔ)層清潔與改造、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、緊急關(guān)斷異常控制、油套管防腐和多級(jí)氣舉等工藝的要求。無圍壓防炸裂射孔槍現(xiàn)場應(yīng)用10余口井，射孔一次成功率達(dá)100%。

在44口老井實(shí)施了封堵，其中的32口采用合層擠堵封堵方式，12口采用分層擠堵封堵方式，均取得了較好的封堵效果。依據(jù)《文23儲(chǔ)氣庫老井封堵質(zhì)量評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)實(shí)施封堵的44口老井的封堵質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并根據(jù)其的封堵評(píng)價(jià)等級(jí)分別制定了風(fēng)險(xiǎn)管控措施。

4 結(jié)論與建議

1）通過文23儲(chǔ)氣庫的工程建設(shè)及相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，形成了適合枯竭油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫的系列配套技術(shù)，較好地解決了儲(chǔ)氣庫建設(shè)過程中出現(xiàn)的工程難題，保障了我國東部地區(qū)目前最大容量地下儲(chǔ)氣庫的順利建成并進(jìn)行了注氣試驗(yàn)。

2）文23儲(chǔ)氣庫建設(shè)中遇到的最大工程技術(shù)挑戰(zhàn)是鹽膏層（蓋層），這是與國內(nèi)其他枯竭砂巖儲(chǔ)氣庫最大的不同，仍需繼續(xù)開展針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān)。

3）國內(nèi)儲(chǔ)氣庫技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有一定的差距，建議在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過不斷優(yōu)化提升、配套完善與研究攻關(guān)，形成從優(yōu)質(zhì)庫址篩選、地質(zhì)油藏研究到鉆采工程、老井處理、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等儲(chǔ)氣庫產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)降恼紫冗M(jìn)成熟技術(shù)，服務(wù)于國家能源戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)。

致謝：在本文撰寫過程中，得到了中國石化石油工程技術(shù)研究院牛新明、李大奇、常連玉、李凡、伊偉鍇等同志的幫助，在此一并表示感謝。