杜玉潔，康延鵬

（中國石油鹽穴儲氣庫技術研究中心，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

地下儲氣庫是天然氣市場的重要組成部分，在調(diào)峰和應急保供上具有不可替代的作用[1]。鹽穴地下儲氣庫是采用溶鹽采礦的方式在地下較厚鹽層或鹽丘中形成的可以儲存天然氣的洞穴，具有注采氣靈活、吞吐量大等優(yōu)點[2-5]。鹽穴儲氣庫在溶腔結(jié)束后，腔體內(nèi)填充著鹵水，需要通過注氣的方式將鹵水排出來，即首次注氣排鹵。首次注氣排鹵技術是鹽穴儲氣庫的核心技術之一，技術要求高，安全風險大。國外在鹽穴儲氣庫建設中對首次注氣排鹵技術進行了很多研究，研制了一批專用工具，形成了注采完井及注氣排鹵配套技術[6]。

國內(nèi)鹽穴儲氣庫建設起步較晚，金壇儲氣庫作為國內(nèi)首座鹽穴儲氣庫[7]，在建設過程中形成了配套成熟的注氣排鹵技術，即利用雙管：利用環(huán)空注氣，中心管排鹵，注氣完成后必須帶壓起出排鹵管柱。由于兩層管柱位于技術套管內(nèi)，導致注氣排鹵過程中過流面積小，流體與管柱摩阻大，注氣排鹵時間長，管柱承壓高等問題，大大限制了注氣排鹵的效率。加上中心管管徑小，長期浸泡在飽和鹵水中容易發(fā)生堵塞，導致注氣排鹵施工無法持續(xù)進行，排鹵結(jié)束后必須帶壓起出排鹵管，大大增加了注氣排鹵工程的安全風險。

1 常規(guī)首次注氣排鹵技術

1.1 技術簡介

常規(guī)首次注氣排鹵技術（以金壇儲氣庫為例）：首先將注采管柱（177.8 mm）和排鹵管柱（114.3 mm）按設計要求下入井內(nèi)，然后坐封177.8 mm 管柱上的封隔器，封閉177.8 mm×244.475 mm 環(huán)空，安裝井口、地面的排鹵管線和注氣管線，打開注采閥門，通過壓縮機將高壓天然氣注入到177.8 mm 注采管柱和114.3 mm 排鹵管柱的環(huán)形空間，鹵水在高壓天然氣的作用下通過排鹵管柱排出地面，排鹵結(jié)束后，通過不壓井作業(yè)將排鹵管柱（114.3 mm）帶壓起出[6]，最后恢復井口，達到設計生產(chǎn)井井身結(jié)構。常規(guī)技術示意圖（見圖1）。

常規(guī)首次注氣排鹵技術的優(yōu)點是技術比較成熟，在金壇鹽穴儲氣庫的建設過程中形成了完整的技術體系，但在多井次的注氣排鹵應用過程中發(fā)現(xiàn)存在諸多問題：注氣排鹵管柱過流面積小，排鹵流量低，建庫周期長；排鹵完成后，帶壓提出排鹵管柱，風險大，不安全因素多；注氣排鹵階段管柱結(jié)構適應性差，井下故障多發(fā)；建庫工藝復雜，施工難度大，施工成本高等。

1.2 存在問題分析

1.2.1 注氣排鹵管柱過流面積小，排鹵流量低，建庫周期長 注氣排鹵過程中，將177.8 mm 套管與114.3 mm油管環(huán)空作為注氣通道，光管部位橫截面積7 785.68 mm2，接箍部位橫截面積4 346.89 mm2，114.3 mm 油管排鹵通道橫截面積7 442.52 mm2；而鉆完井中的244.475 mm套管與177.8 mm 套管中間的環(huán)空面積被浪費。較小的注氣排鹵過流面積，降低了排鹵流量，延長了建庫周期，目前注氣排鹵最大日排鹵量120 m3/h，最大注氣壓力達到15.8 MPa。并且注氣排鹵管柱的注氣通道面積小于排鹵通道面積，導致氣體對管柱沖刷嚴重，管柱在井底擺動大，井底鹽塊坍塌現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

圖1 常規(guī)首次注氣排鹵技術示意圖

1.2.2 注氣排鹵階段管柱結(jié)構適應性差，井下故障多發(fā) 在注氣排鹵過程中，由于排鹵管柱的擺動以及鹽穴腔體的蠕變導致鹽塊掉落砸傷排鹵管柱；排鹵管柱距離腔底過近，導致腔體底部沉積的不溶物在隨鹵水排出的過程中堵塞排鹵管柱[8]；排鹵期間飽和鹵水在排鹵管柱內(nèi)部析出晶體導致排鹵管內(nèi)壁結(jié)晶[9]，造成管柱彎曲、堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，輕者影響排鹵通道，導致截流現(xiàn)象，嚴重時甚至堵塞管柱，使注氣排鹵作業(yè)無法進行。

圖2 新型首次注氣排鹵技術示意圖

1.2.3 建庫工藝復雜，施工難度大，施工成本高 鹽穴儲氣庫腔體造腔完成后，需要通過三次修井施工才能達到設計生產(chǎn)井井身結(jié)構：下入注采管柱完井、下入注氣排鹵管柱進行注氣排鹵和排鹵結(jié)束后利用不壓井設備帶壓提出排鹵管柱。施工工藝復雜，施工控制點多、難度大，修井費用高。

1.2.4 排鹵完成后，帶壓提出排鹵管柱，風險大，不安全因素多 注氣排鹵結(jié)束后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘閥順利開關，實現(xiàn)井下有效控制，確保鹽穴儲氣庫安全運行，需要起出排鹵管柱。注氣排鹵結(jié)束后腔體內(nèi)充滿了高壓天然氣，起排鹵管柱非常困難，必須使用不壓井作業(yè)裝置將排鹵管柱起出[6]。帶壓作業(yè)施工風險大，不安全因素多，并且施工周期長。

2 新型首次注氣排鹵技術

2.1 技術簡介及其優(yōu)勢

為了實現(xiàn)鹽穴儲氣庫建設過程中低投入、保安全、高效率的目標，在現(xiàn)場操作和解決實際問題的過程中，提出了排鹵管柱和注采氣管柱一體化的新型首次注氣排鹵技術，即采用139.7 mm 套管加相關工具管柱，代替原177.8 mm 注采管柱和114.3 mm 排鹵管柱，在注氣排鹵結(jié)束后、通過打壓套管坐封、錨定和底部套管自棄等一系列動作，形成生產(chǎn)井注采管柱的技術方案，新型首次注氣排鹵技術示意圖（見圖2）。

該技術具有以下優(yōu)勢：（1）管柱完整性好，完井管柱可操作性高，井下附加工具少，安全可靠；（2）注氣排鹵與注氣采氣一體化，排鹵周期短；（3）能夠最大減小注氣排鹵期間井下故障的產(chǎn)生；（4）施工工藝簡單可靠，建庫成本低廉。更為重要的是管柱結(jié)構簡單、工具以國產(chǎn)工具為主，安全可靠，形成了一整套具有自主知識產(chǎn)權的新工藝和新技術，對今后國內(nèi)鹽穴儲氣庫的完井設計及注氣排鹵工藝技術跨入國際先進行列具有重要的指導意義。

2.2 新型首次注氣排鹵技術主要入井工具

入井工具是注氣排鹵技術成功的關鍵所在，關乎著鹽穴儲氣庫排鹵過程及后期注采運行的安全，新型首次注氣排鹵技術主要入井工具有：安全閥、封隔器、可丟手泵入塞座等。

2.2.1 安全閥 為了獲得較大的注氣排鹵過流面積，新型首次注氣排鹵管柱所攜帶的井下安全閥外徑應盡可能的縮小，以減小內(nèi)外管環(huán)空節(jié)流影響；內(nèi)徑應盡可能的大，以最大限度的提高排鹵速度。新型技術采用的安全閥主要技術參數(shù)為：外徑184.15 mm，內(nèi)徑115.9 mm，工作壓力24 MPa，耐溫150 ℃。安全閥結(jié)構圖（見圖3）。

2.2.2 封隔器 新型首次注氣排鹵技術中封隔器的坐封發(fā)生在注氣排鹵結(jié)束后，在注氣排鹵過程中封隔器要經(jīng)受高壓天然氣的沖蝕以及飽和鹵水的侵蝕。國內(nèi)應用于鹽穴儲氣庫注氣排鹵井管內(nèi)密封的封隔器一般為液壓坐封K341 封隔器，采用油管內(nèi)打壓的方式坐封，存在導壓孔易被析鹽堵塞的問題。針對這一問題，新型技術中采用了導壓孔具有自我保護功能的封隔器，在入井后注氣排鹵階段封隔器導壓孔封閉，注氣排鹵結(jié)束封隔器坐封時打開。封隔器主體結(jié)構圖（見圖4）。

2.2.3 可丟手泵入塞座 可丟手泵入塞座連接在139.7 mm 套管管串中，與泵入塞配合使用。當泵入塞坐封在塞座時，通過加壓的方式可實現(xiàn)封隔器的坐封，進一步加壓使得剪切銷剪切，下接頭的卡爪結(jié)構向內(nèi)收縮，使得下部管柱自行脫落，實現(xiàn)封隔器以下套管的?丟棄，形成生產(chǎn)井注采管柱?？蓙G手泵入塞座結(jié)構圖（見圖5）。

圖3 井下安全閥結(jié)構圖

圖4 封隔器主體結(jié)構圖

表1 常規(guī)與新型技術對比表

表2 管柱有效通道截面積對比

圖5 可丟手泵入塞座結(jié)構圖

2.3 常規(guī)技術與新型技術對比

常規(guī)首次注氣排鹵技術與新型首次注氣排鹵技術的主要區(qū)別以及有效通道截面積對比（見表1，表2）。

從表2 可以看出，新型技術的注氣通道主體最大截面積、最小處截面積分別是常規(guī)技術管柱注氣通道主體最大截面積、最小處截面積的2.67 倍和1.60 倍；排鹵通道主體截面積、最小處截面積分別是常規(guī)技術管柱注氣通道主體截面積、最小處截面積的1.46 倍和1.36 倍。根據(jù)垂直管流相關計算，常規(guī)技術排鹵管柱經(jīng)濟流速為1.5 m/s，新型技術因管徑增大經(jīng)濟流速可提高到1.8 m/s，流速可提高1.13 倍。在其他條件不變的情況下，預計新型技術排鹵速度可達常規(guī)技術的1.64倍。

3 新型技術應用實例

2018 年11 月在金壇儲氣庫某井進行了試驗，采用新型首次注氣排鹵技術，下入139.7 mm 套管以及相關井下工具，在注氣壓力為13 MPa（正常注氣壓力）時，鹵水排量達到165 m3/h，是常規(guī)技術的兩倍左右，比常規(guī)技術作業(yè)一口井節(jié)約了近一半的排鹵時間，并且省去了不壓井作業(yè)工序。排鹵結(jié)束后，對封隔器進行坐封，成功進行丟手作業(yè)，丟手坐封段以下套管，達到了設計井身結(jié)構。

4 結(jié)論

（1）常規(guī)首次注氣排鹵技術存在建庫周期長、帶壓提管柱風險大、井下故障多發(fā)、施工難度大、施工成本高等問題。

（2）新型首次注氣排鹵技術工藝簡單，管柱完整性好，安全可靠，降低了建庫成本。

（3）新型首次注氣排鹵技術采用排鹵和注采氣一體化管柱，不需要不壓井作業(yè)起出排鹵管柱，正常注氣壓力下鹵水排量是常規(guī)技術的兩倍左右，節(jié)約了排鹵和起管柱作業(yè)時間，避免了起排鹵管柱作業(yè)的風險。