CN103089306A - 利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法。为了实现利用枯竭式油气藏建造地下储气库的目的，本发明利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其步骤为：I钻井；II注采完井联作；III注采井安全控制；IV优化防腐；V地层参数监测；VI老井封堵；VII排水扩容。其有益效果是储层保护效果明显；配套技术安全、环保、节能；井场、井口的分布合理；钻进速度快，防止了钻井复杂事故的发生；能够满足注采井安全生产运行的要求；储存量大、机动性强、调峰范围广。

Description

利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法

技术领域

本发明涉及一种重复利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，属于油气藏开发及再利用范畴，是一种枯竭油气藏再利用及储气运行的方法。

背景技术

地下储气库的类型一般包括岩盐洞穴、枯竭油田、地下含水层、枯竭油气田。

盐穴地下储气库其库容量小；盐层蠕变易造成套管损坏，使得大量容积损失；盐水排放、渗漏可能造成气体损失；建库周期长、投资多，建库中腔体的密封性、稳定性方面存在一定风险。

枯竭油田改建的储气库由于油藏中残存有无法开采的死油，回采出的气体中携带有一定量的原油，需要特殊处理，使得应用时受到限制。

地下含水层储气库由于水层中原来没有气体，所需的垫层气用量较大，而这部分气体是不能采出气，气水界面难以控制，采用“以气驱水”方式容易发生气体锥进，因此建库成本较高、建设周期长。

枯竭式油气藏改建地下储气库，可以重复利用原有的油气藏，由于以前曾含油和气，能够满足储气库所必须的渗透率及孔隙度要求，因此建库周期短、投资少，是最适合建设地下储气库的一种类型。

发明内容

为了实现利用枯竭式油气藏建造地下储气库的目的，本发明提供一种利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其步骤为：I钻井；II注采完井联作；III注采井安全控制；IV优化防腐；V地层参数监测；VI老井封堵；VII排水扩容。

步骤I钻井作业程序为①钻裸眼井筒；②下入表层套管并固结于裸眼井筒；③在表层套管内下入技术套管并固结；④在技术套管下入油层套管并固结。

步骤II注采完井联作是在注采管柱底端连接射孔管柱同时下入井中，射孔后通过丢手工具将射孔管柱丢入井底。

步骤III注采井安全控制为对上述步骤、工具设备安全性能、安全自动控制系统检查；工艺步骤检查，包括各层固井水泥返至地面、回接筒固井、油层套管与生产油管气密封螺纹；工具设备检查，包括井下工具、井口设备金属对金属密封连接的气密封性能；安全自动控制系统检查，包括井下封隔器、井下安全阀、地面压力传感器、易熔塞、单井控制盘、井场控制盘、远程控制台的安全性能。

步骤IV优化防腐包括根据对腐蚀机理分析，选用P110套管、L80油管；利用井下封隔器对生产套管进行保护；套管内壁和油管外壁之间的环空由缓蚀剂和除氧剂组合的保护液保护。

步骤V地层参数监测包括井下部分和地面部分；井下测压点处的压力由毛细钢管或电缆或光纤上传至数据采集器；地面部分数据采集器储存并显示压力数据，记录的井口实测压力数据由计算机回放后处理。

步骤VI老井封堵为封堵与枯竭式油气藏建造地下储气库相通的老井。

步骤VII排水扩容是采用管式泵对侵入储气库内部的水进行排除，加快天然气储气空间的恢复。

本发明的有益效果是，储层保护效果明显；配套技术安全、环保、节能；井场、井口的分布合理；钻进速度快，防止了钻井复杂事故的发生；能够满足注采井安全生产运行的要求；储存量大、机动性强、调峰范围广。

附图说明

图1是本发明中枯竭式油气藏地下储气库注采管柱结构示意图。

图中：1.安全阀，2.表层套管，3.技术套管，4.油层套管，5.伸缩管，6.循环滑套，7.油管，8.封隔器，9.坐落短节，10.射孔枪，11.储气层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明通过解决钻井、注采完井、注采井安全控制、防腐、地层参数监测、废弃井封堵、排水扩容等技术难题，提供一种储存量大、机动性强、调峰范围广、经济合理、见效快、经久耐用、安全的利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法。

本发明利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其步骤为：I钻井；II注采完井联作；III注采井安全控制；IV优化防腐；V地层参数监测；VI老井封堵；VII排水扩容。

步骤I钻井作业程序为①钻裸眼井筒；②下入表层套管并固结于裸眼井筒；③在表层套管内下入技术套管并固结；④在技术套管下入油层套管并固结。但对于利用枯竭式油气藏建造地下储气库的注采气井钻井工艺，应充分考虑地下储气库的注气与采气运行以一年为一个周期，地层压力从低到高、再从高到低交替变化的特点，采用固井水泥返至地面、微膨胀或弹性水泥浆、气密封螺纹套管、氮气检测气密封性等措施，确保注采气井的井筒密封性。

步骤II注采完井联作是在注采管柱底端连接射孔管柱同时下入井中，射孔后通过丢手工具将射孔管柱丢入井底。本专利申请人就相关技术“枯竭式油气藏地下储气库注采管柱及其作业方法”同时申请了专利。

参见附图1。枯竭式油气藏地下储气库注采管柱，地下有枯竭式油气藏，井筒内由外至内依次固结有表层套管2、技术套管3、油层套管4，油层套管4从井口至储气层11下方，注采管柱位于油层套管4内。

注采管柱包括油管7、安全阀1、伸缩管5、循环滑套6、封隔器8、坐落短节9，且安全阀1、伸缩管5、循环滑套6、封隔器8、坐落短节9由上至下并通过油管7依次连接，注采管柱的下端安装有射孔枪10；射孔枪10位于储气层11。

为确保注采井的安全以及注采气过程中生产测试和相关作业安全，防止环境污染，在注采管柱上安装安全阀1。根据储气库实际需要，确定选用油管柱起下地面液压控制的安全阀1，安全阀1采用自平衡式，当采气树被毁坏或地面出现火灾、压力异常等情况时可实现自动关闭。

由于储气库注采井具有注气和采气双重功能，并且注采管柱下部已采用封隔器8固定，注气和采气时井筒内温度场和压力场的变化会引起管柱的附加应力。使用膨胀伸缩管5，使该管柱能够伸缩3米左右，可抵消“注气”和“采气”时的应力交变，增加了管柱的安全性，并延长了管柱的使用寿命。

循环滑套6是注采管柱的重要部件之一。在注采井生产过程中若要进行洗井、保护液的替换、气举掏空等，都是通过循环滑套6来实现的。循环滑套6选用液压开关式或钢丝开关式。

封隔器8选用可取式或永久式。对于储气库注采气井，为了延长使用寿命，需要保护套管免受高温高压影响，以及腐蚀性气体的腐蚀。

在注采管柱的设计中，坐落短节9的数量为2个，上坐落短节9用于坐封封隔器8，并可密封隔绝两端的压力；下坐落短节9用于悬挂生产测试中的仪表，达到测压、测温的目的，以判断储气库的运行状况。

应用上述枯竭式油气藏地下储气库注采管柱的作业方法，其作业步骤为：

1、在井口坐油管四通，安装防喷器，并试压合格。试压压力为防喷器设计压力值，通常为21～35MPa，稳压时间≥10min，压降≤0.7MPa，密封部位无渗漏为合格。

2、通井、刮削、洗井。

3、正替射孔液，测短套管位置，用于射孔校深。

4、下入注采管柱，注采管柱的循环滑套6处于关闭状态，伸缩管5处于全开状态；安全阀1距井口95～105m，将液压控制管线与井下安全阀连接打压使安全阀1处于完全打开状态；电测校对油管深度，射孔枪10对准储气层11。液压控制管线上安装有耐压70MPa的井下安全阀。

5、下通管规至坐落短节9；下入堵塞器坐落于循环滑套6；对油管试压。试压压力通常为21～35MPa，稳压10min，压力无变化为合格。试压合格后起出堵塞器。

6、安装油管挂，将堵塞器下入到坐落短节9，打压坐封封隔器8，坐油管挂，反试压，验证封隔器密封性。

7、拆下井口防喷器，安装采气树并试压合格；试压到额定工作压力，通常为35MPa，稳压时间≥10min，密封部位无渗漏为合格。

8、安装防喷管，下入滑套移位工具，打开循环滑套6，替入油套环空保护液。

9、从油管气举液氮，反替液氮。注采管柱的油管7与油层套管4之间的环空内有20～50m液氮。

10、关闭循环滑套，氮气反试压，反试压压力为10MPa，稳压10min。套压保持在5MPa。

11、投入点火棒点火，放喷、丢枪；

12、按地质测试要求录取相关资料。

采用上述枯竭式油气藏地下储气库注采管柱及其作业方法，实施注采完井联作工艺技术，将完井管柱底端连接射孔管柱同时下入井中，射孔后通过丢手将射孔管柱丢入井底，即可进行测试和生产，避免了起下两趟管柱时压井液对已射开油气层的污染，简化了作业步骤。

该管柱能够将射孔、测试、完井、注采气一次完成，有效保护了储层；采用封隔器，保护了套管；配套测试短节，可满足监测要求；膨胀伸缩管可消除注气、采气工况转换时对管柱产生的交变应力；配套安全阀在紧急状况时可以实现井下自动关井；可满足后期不压井修井要求。

步骤III注采井安全控制为对上述步骤、工具设备安全性能、安全自动控制系统检查，具体为：工艺步骤检查，包括各层固井水泥返至地面、回接筒固井、油层套管与生产油管气密封螺纹；工具设备检查，包括井下工具、井口设备金属对金属密封连接的气密封性能；安全自动控制系统检查，包括井下封隔器、井下安全阀、地面压力传感器、易熔塞、单井控制盘、井场控制盘、远程控制台的安全性能。

步骤IV优化防腐，由于地下储气库注采气井的腐蚀工况随着天然气的注入、采出而变化，应根据对腐蚀机理分析，腐蚀介质、腐蚀条件的变化决定具体的防腐蚀措施：优选套管、油管材质，通常选用P110套管、L80油管；利用井下封隔器对生产套管进行保护；套管内壁和油管外壁之间的环空由缓蚀剂和除氧剂组合的保护液保护。

步骤V地层参数监测，地下储气库作为一种天然气地下储存的容器，需要随时掌握地层参数，以判断储气库的运行状况、是否泄漏和安全状态等。主要包括井下部分和地面部分；井下测压点处的压力由毛细钢管或电缆或光纤上传至数据采集器；地面部分数据采集器储存并显示压力数据，记录的井口实测压力数据由计算机回放后处理。

步骤VI老井封堵，利用枯竭的油气藏建造地下储气库，油气藏上分布的原先的采油井必然对地下储气库的安全运行带来影响。老井封堵即封堵与枯竭式油气藏建造地下储气库相通的老井。本专利申请人同时就“枯竭式油气藏建造地下储气库老井封堵方法”另申请了专利。

枯竭式油气藏建造地下储气库老井封堵方法，采用高压挤堵工艺封堵储气层位，在井筒内打多级水泥塞封堵井筒；储气层顶界以上连续水泥灰塞长度≥300m；若储气层顶界以上水泥返高＞200m，且储气层顶界盖层以下连续水泥胶结段＞25m，可直接分段注入连续水泥灰塞；若储气层顶界以上水泥返高＜200m，且储气层顶界盖层以下连续水泥胶结段＜25m，对储气层顶界以上盖层段进行套管锻铣，锻铣长度≥30m，锻铣后分段注入连续水泥灰塞。储气目的层以上的水泥灰塞长度≥50m，挤堵施工压力≤20MPa，封堵半径0.5m。封堵储气层位，当储气层跨度≤100m时，采用循环挤注工艺；当储气层跨度＞100m时，采用下插管挤灰桥塞高压挤注工艺。循环挤注工艺步骤为将油管下到封堵层位的底界；将堵剂循环到设计位置，上提管柱；洗井后，施加液体压力将水泥浆挤注进目的层。下插管挤灰桥塞高压挤注工艺步骤为，将插管式封隔器坐封在封堵层位的上部；然后下带插管的油管，插管插入封隔器打开循环阀；对目的层进行挤注堵剂；挤注后从封隔器中提出插管，封隔器的单流阀自动关闭，进行反循环洗井。

步骤VII排水扩容是地下储气库中特有的工艺，是采用管式泵对侵入储气库内部的水进行排除，加快天然气储气空间的恢复。

实施例：

首先，钻井眼完成后下入Φ508mm表层套管，按标准要求将表层套管固结于井眼；固结后在表层套管中下入Φ273mm技术套管，按标准要求将技术套管固结于表层套管及井眼中；固结后在技术套管中下入Φ177.8mm油层套管，按标准要求将油层套管固结于技术套管及钻孔中。

然后，在钻井过程中实施了保护储气层的钻井液技术、钻井技术、固井技术、完井技术。通过预测孔隙压力、坍塌压力、破裂压力，对于大张坨储气库初期目的层压力系数较高的储气库，依据上部地层坍塌压力确定钻井液密度，确保井壁稳定；采用优质屏蔽暂堵钻井液体系，对储层的孔喉直径选择屏蔽暂堵剂的粒径，用屏蔽暂堵技术保护油气层。

对于板876储气库，建库时压力系数为0.36，采用合理的井身结构实现近平衡钻井钻开目的层。技术套管下在油气层顶部，将上部较高压力地层和低压油气层封隔开，并用快速钻井方法打开储层，减少了储层的浸泡时间，并用屏蔽暂堵技术保护油气层。

固井时采用两级固井方法将水泥返至地面，既保证了固井时不压漏储层，又将水泥浆返至地面，确保了注采井的使用安全。

使用屏蔽暂堵技术，在近井壁地带形成了渗透率近似为零的屏蔽暂堵带，有效防止了水泥浆固相颗粒和滤液进入目的层，不但在钻井过程中保护了油气层，而且实现了低压油气层固井过程中的油层保护。

应用射孔、测试、完井、注采气管柱一次完成四联座技术，负压射孔采用无固相清洁盐水射孔液，避免了多次起下管柱时压井液对已射开油气层的污染。

通过产能分析及注采井温度、压力参数预测系统，分析注采井的单井注采气能力，确定注采井井数、Φ114.3mm油管、Φ177.8mm生产套管的尺寸；为地面注气压缩机的选型、功率等级的选择及地面集输系统的高效平稳运行提供了重要的基础数据；通过对井口压力、温度的计算，预测是否有水化物生成，为投产初期制定防冻措施提供依据。

采用多功能完井管柱工艺技术，将完井管柱底端接射孔管柱同时下入井中，射孔后通过丢手将射孔管柱丢入井底，即可进行测试和生产，避免了起下两趟管柱时压井液对已射开油气层的污染，简化了作业步骤。

该工艺射孔、测试、完井、注采气管柱一次完成，有效保护了储层；采用封隔器保护套管；配套测试短节，可满足监测要求；膨胀伸缩管可消除注、采气工况转换时对管柱产生的交变应力；配套安全阀，在紧急状况时可以实现井下自动关井；可满足后期不压井修井要求。

注采井安全控制技术使地下储气库注采井具有3道安全防线：

第一道，油层套管外固井水泥全部返到地面，防止储层气通过水泥环发生气窜；

第二道，油层套管与生产油管全部采用气密封螺纹，井下工具和井口设备主要连接均为金属对金属密封，确保了生产过程中管柱的气密性；

第三道，井下安全控制系统，在紧急事故情况下，管线运行压力异常时，可以实现井下自动关井，避免发生天然气泄漏、井喷事故，避免环境污染。

优化防腐技术根据井流物腐蚀机理分析，优选油管材质；井下封隔器对套管进行了保护，免受交变应力和井流物的冲蚀和腐蚀；套管内壁和油管外壁由环空保护液保护。

大港储气库油管材质采用L80；环空保护液对N80试片腐蚀速率为0.0035mm/a，P110试片腐蚀速率为0.0007mm/a。

地层参数监测技术由地面部分和井下部分组成。井下测压点处的压力作用在传压筒内的气柱上，由气体传递压力至井口，由压力变送器测得地面一端毛细钢管内的氮气压力后，将信号传送到数据采集器，数据采集器将压力数据显示并储存起来。记录下来的井口实测压力数据由计算机回放后处理，根据测压深度和井筒温度完成由井口压力向井下压力的计算。

大港储气库地层参数监测技术，其井下的传压筒串接在生产管柱上，毛细钢管绑缚在油管外侧，井下部件结构简单，无易损件，将电子元件置于地面，不但便于检测和维修，而且避免了井下高温高压的影响，从而提高了工作稳定性和使用寿命。

老井封堵技术，对于油气藏开发时期留下的废弃井，为保证地下储气库的密封性，建库时必须对废弃井进行有效封堵。在储气层以下打悬空水泥塞分隔非储气层，采用专用堵剂封堵储气层，然后采用普通水泥浆注灰到水泥返高附近，井口安装简易井口；为有效封堵储气层，防止水泥浆返吐。

老井封堵技术针对油气藏开发时期留下的废弃井，为保证地下储气库的密封性，建库时必须对废弃老井进行有效封堵。经过对大港储气库百余口井、刘庄储气库十余口井、华北储气库废弃老井的封堵实践，形成了以超细水泥封堵液体系为核心的封堵工艺技术。

在目的层以下打悬空水泥塞分隔非目的层，采用超细悬浮水泥浆挤注目的层，最后采用普通水泥浆注水泥灰浆到水泥返高附近，井口安装简易井口；为有效封堵储气层，防止水泥浆返吐，对目的层浆挤超细水泥浆采用插入式可钻桥塞施工工艺，确保施工质量，

排水扩容技术是利用老井下入管式泵排水，加快了库容恢复速度。

本发明利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特点在于：

1、储层保护效果明显：即采用钻采一体化工程设计思想，在钻井、固井、完井射孔等工序过程中采取的油气层保护措施效果是理想的。

2、配套技术体现了安全、环保、节能：

(1)设计的井场、井口的分布合理，减少了钻井平台，节约了建设资金，满足了储气库安全快速建设的要求，避免了破坏生态环境的不良现象。

(2)钻进速度快，钻井周期短，防止了钻井复杂事故的发生。

(3)各层套管的固井水泥浆安全返到地面，能够满足注采井安全生产运行的要求。

(4)采用一次注采管柱，不仅能够在射孔后立即进行求产测试，以获得最真实的地层资料，而且在合理的负压作用下可以清除孔道残留物和孔眼周围的压实带，从而获得理想的流量和比较完善的打开程度。有效避免因压井起下管柱可能造成的二次污染。

(5)废弃井封堵安全、有效。

(6)通过枯竭式油气藏地下储气库进行季节调峰，即夏季市场用气量低于管道输气能力时，将富余气量存入地下储气库，在冬季用户用气量大于管道输气能力时，从地下储气库中采出天然气向用户供气，其储存量大、机动性强、调峰范围广。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其步骤为：I钻井；II注采完井联作；III注采井安全控制；IV优化防腐；V地层参数监测；VI老井封堵；VII排水扩容。

2.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤I钻井作业程序为①钻裸眼井筒；②下入表层套管并固结于裸眼井筒；③在表层套管内下入技术套管并固结；④在技术套管下入油层套管并固结。

3.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤II注采完井联作是在注采管柱底端连接射孔管柱同时下入井中，射孔后通过丢手工具将射孔管柱丢入井底。

4.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤III注采井安全控制为对上述步骤、工具设备安全性能、安全自动控制系统检查；

工艺步骤检查，包括各层固井水泥返至地面、回接筒固井、油层套管与生产油管气密封螺纹；

工具设备检查，包括井下工具、井口设备金属对金属密封连接的气密封性能；

安全自动控制系统检查，包括井下封隔器、井下安全阀、地面压力传感器、易熔塞、单井控制盘、井场控制盘、远程控制台的安全性能。

5.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤IV优化防腐包括根据对腐蚀机理分析，选用P110套管、L80油管；利用井下封隔器对生产套管进行保护；套管内壁和油管外壁之间的环空由缓蚀剂和除氧剂组合的保护液保护。

6.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤V地层参数监测包括井下部分和地面部分；井下测压点处的压力由毛细钢管或电缆或光纤上传至数据采集器；地面部分数据采集器储存并显示压力数据，记录的井口实测压力数据由计算机回放后处理。

7.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤VI老井封堵为封堵与枯竭式油气藏建造地下储气库相通的老井。

8.根据权利要求1所述利用枯竭式油气藏建造地下储气库的方法，其特征是：所述步骤VII排水扩容是采用管式泵对侵入储气库内部的水进行排除，加快天然气储气空间的恢复。

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