趙云松，陳 峰

(1.中鹽金壇鹽化有限責任公司，江蘇 金壇 213200；2.江蘇煤炭地質(zhì)勘探三隊，江蘇 常州 213022)

1 前言

鹽穴地下儲氣庫是利用地下較厚的鹽層或鹽丘，采用人工方式在鹽層或鹽丘中制造儲存空間來存儲天然氣。它具有注采率高、短期吞吐量大、墊層氣量低并可完全回收等特點。目前，我國建設最好的是金壇鹽穴儲氣庫，在保證管道季節(jié)調(diào)峰、事故應急、管道計劃內(nèi)維護和維修、合理儲備、用戶外提等方面將發(fā)揮重要作用。針對金壇地區(qū)人口稠密、河網(wǎng)密布的特點，中鹽金壇公司在金壇施工叢式儲氣庫井，即在一個井場通過大口徑定向技術在地下不同位置建腔，達到充分利用地下巖鹽資源，增加區(qū)塊內(nèi)鹽穴數(shù)量的目的。同時節(jié)約地面道路、場地、管網(wǎng)投資，也便于后期儲氣庫運行統(tǒng)一管理。

成功建設鹽穴儲氣庫，除了在前期對建庫區(qū)基本地質(zhì)條件進行科學評價以外，對鉆井成井的地質(zhì)因素分析尤為重要。在金壇施工“S”型鹽穴儲氣庫井將會面臨大口徑玄武巖鉆進難、井身軌跡控制難、井壁穩(wěn)定難、固井質(zhì)量保證難等多項問題，而井身質(zhì)量的好壞直接影響到后期儲氣是否安全、可靠，且單井井身結構設計等是否合理對后期建庫的經(jīng)濟性具有重要影響，這些關鍵問題都與建庫區(qū)地質(zhì)因素息息相關，對單井鉆井地質(zhì)因素的分析，提高儲氣庫井單井建設質(zhì)量，對推進鹽穴儲氣庫建設具有深遠意義。

2 金壇鹽礦區(qū)域地質(zhì)基本情況

金壇凹陷為新生代凹陷盆地，是早白堊世基礎上發(fā)展起來的斷陷盆地，晚白堊世末期儀征運動后，整個金壇盆地開始解體，西部形成了分割性很強的直溪橋洼陷，這時受西側的茅山和東南的大華～上黃高山屏障阻隔，形成了一個與廣湖分割的半封閉～封閉箕狀凹陷，具良好的成鹽環(huán)境。

研究區(qū)直溪橋洼陷新生界地層經(jīng)鉆井揭露地層基本齊全，與區(qū)域地層相同，新生界地層從下到上分別為下第三系阜寧組、戴南組、三垛組、第四系東臺組，普遍缺失上第三系鹽城組地層(表1)。

表1 金壇地區(qū)新生界地層簡表Tab.1 Cenozoic strata in Jintan area

金壇鹽礦鹽巖層主要發(fā)育于阜寧組四段地層，巖鹽體在平面上和縱向上都比較穩(wěn)定，呈北東向展布，厚度67.85 m～230.95 m。由于區(qū)域構造穩(wěn)定、鹽巖沉積范圍大、鹽層埋深適中、厚度大、品位高及不溶物少等特點，金壇鹽礦地區(qū)屬鹽穴儲氣庫建設的有利目標區(qū)。

3 “S”型儲氣庫井技術要求及鉆探地質(zhì)風險分析

3.1 主要技術要求

(1)井身質(zhì)量要求?？傮w控制目標采用SY/T 5088-2008推薦的探井井身質(zhì)量要求，結合儲氣庫井特殊性，單井井身質(zhì)量要求見表2。

表2 金壇大口徑“S”型鹽穴儲氣庫井井身質(zhì)量要求Tab.2 Quality requirements for well bore of large-diameter“s”-type salt cavern gas storage wells in Jintan

(2)完鉆原則。阜寧組四段(E1f4)巖鹽層底預留5 m完鉆。

(3)各層套管固井水泥漿返至地面，生產(chǎn)套管固井質(zhì)量膠結合格段長度不小于70%，蓋層段固井質(zhì)量連續(xù)優(yōu)質(zhì)水泥段不小于25 m。

3.2 鉆探地質(zhì)風險分析

單井采用定向井鉆井，需鉆穿造漿超強的第四系上部松軟弱固結地層、大厚度超硬玄武巖段、蠕變性很強的膏泥巖地層以及厚層的鹽膏層段，主要存在以下地質(zhì)風險：

(1)巖鹽層頂?shù)捉绱嬖谝欢ㄉ疃茸兓?，致使鉆進中對鹽底的把控難度巨大，一旦鉆穿鹽層，完井氣密封試壓將會出現(xiàn)泄漏，無法檢測井筒的密封性。

(2)需鉆穿蠕變性很強的膏泥巖地層以及厚層的鹽膏層段，鹽巖的塑性變形易引起井徑縮小。夾在鹽巖層間的薄層泥巖夾層等不溶物，將會在鹽溶后失去承托，在機械碰撞作用下掉塊、坍塌。

(3)鉆進膏泥巖或石膏層時，若井內(nèi)鉆井液液柱壓力不能平衡地層本身的橫向應力，將會向井內(nèi)運移垮塌。

(4)新生界地層中實施大口徑定向鉆井，面臨造斜段短、位移大，要求造斜精度高。

(5)鹽膏層非均勻載荷將會引起套管擠毀變形，鹽膏層在構造應力、上覆巖石壓力、溫度、傾角、厚度等因素作用下，會發(fā)生溶解、蠕變、滑移或塑性流動，因此，套管必須擁有較強的承擔外擠載荷的能力，保證其不會被擠扁、彎曲甚至錯斷。

4 “S”型儲氣庫井鉆井關鍵技術措施

4.1 井身結構設計

單井設計為二級井身結構，先下入導管，封堵東臺組未成巖的流砂和軟泥層，一開鉆至三垛組玄武巖底部80 m以下的穩(wěn)定泥巖段后結束，下入表管固井，以防止玄武巖層和三垛組地層的漏失。二開開始降斜，鹽頂以上預留50 m垂直段，之后垂直鉆至巖鹽層底界以上5 m完鉆，套管下入距井底30 m左右位置。金壇“S”型鹽穴儲氣庫如圖1。

圖1 金壇某大口徑“S”型鹽穴儲氣庫井井身結構圖Fig.1 Well bore structure of a large-diameter "S" type salt cavern gas storage well in Jintan

4.2 鉆具組合使用

對該地區(qū)全井段地層進行分析，導管段主要鉆遇第四系東臺組表土層、粘土、亞粘土、砂礫層，施工使用Φ660.4 mm三翼鉆頭直接成孔；一開井段井身軌跡為直—增—穩(wěn)，井徑為Φ444.5 mm，主要鉆遇表層第四系東臺組及古近系三垛組地層，第四系堆積物結構疏松，夾含砂層、砂礫層，井壁易垮塌，古近系三垛組二段主要為泥質(zhì)粉砂巖，但泥質(zhì)含量高，成巖時間短，固結弱。施工中直井段采用塔式鉆具組合防斜，增斜段采用5翼PDC鉆頭，配合1.25°Φ244.5 mm螺桿進行增斜，采用有線隨鉆測斜儀對井身軌跡進行跟蹤和調(diào)整，確保軌跡圓滑。此外，弱固結地層采用大排量鉆進，在保證巖屑及時返出的同時，加強水力破巖效果；三垛組一段為玄武巖段，巖性硬度較大，一般采用6翼PDC鉆頭加強機械破巖效果，此外，玄武巖段具地層自然增斜的特點，施工中充分考慮地層因素合理優(yōu)化軌跡；二開井段井身軌跡為降斜段及垂直段，井徑為Φ311.2 mm，鉆遇地層為戴南組、阜寧組，鉆遇巖性有泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、膏鹽巖及鹽巖，局部夾硬脆性泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。巖性硬度相對不大，可鉆性較強，采用1°Φ197 mm螺桿進行降斜，配合MWD無線隨鉆測斜儀對軌跡進行監(jiān)測。此外，同樣的鉆井參數(shù)情況下，PDC鉆頭對于泥巖和鹽巖破巖效果相差明顯，鹽巖段機械鉆速明顯大于泥巖，鉆進過程中根據(jù)鉆時及巖屑錄井情況，判斷出鹽頂及夾層位置，推算出鹽底位置，確定完鉆深度。

4.3 鉆井液體系的使用與維護

二開主要鉆遇戴南組泥巖、阜寧組四段鹽巖地層，且井眼軌跡進入降斜段及垂直段。調(diào)配飽和鹽水鉆井液，為解決含鹽地層中鉆井液易水土分離、失水量大的問題，鉆井液采用抗鹽粘土+LV-PAC+0.7%改性淀粉+RHPT-1+井壁穩(wěn)定劑來護膠、提粘切，提高鉆井液降失水能力，改善泥餅質(zhì)量。鉆進過程中需加強對鉆井液性能的監(jiān)測，及時補充抗鹽的聚合物膠液，保證鉆井液對巖屑具有良好的抑制包被能力。及時清除井內(nèi)巖屑，防止巖屑分散形成虛泥餅。加強對鉆井液氯根監(jiān)測，保證鉆井液中Cl-濃度符合要求，防止鹽巖溶蝕。為防止井眼坍塌，鉆井液比重需要保持在1.30 g/cm3以上以平衡地層壓力，保證井壁穩(wěn)定，同時最大限度利用好固控設備，控制泥漿中的劣質(zhì)固相含量。

5 結論

1)金壇鹽穴儲氣庫井的井身結構設計與區(qū)域地層特征相關，所采用的井身結構能夠科學、經(jīng)濟地實現(xiàn)儲庫建設，能夠在井深1 000 m左右的情況下實現(xiàn)200 m以上水平位移；

2)通過對地層的特征、硬度、成分等因素進行詳細分析，可以更科學地使用鉆具組合，實現(xiàn)鉆井液體系優(yōu)化，對“S”型鹽穴儲氣庫井鉆井技術措施的研究具有重要意義。