CN107939444A - 一种用于盐穴储气库造腔的井身结构及安装使用方法 - Google Patents

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马旭强
徐孜俊
管国兴
陈留平
赵云松
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    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/16—Modification of mine passages or chambers for storage purposes, especially for liquids or gases

Abstract

本发明涉及一种用于盐穴储气库造腔的井身结构及安装使用方法，该井身结构是由表层套管、生产套管、中心管、内外水泥环和裸眼构成，其中生产套管下到盐层底部附近兼作造腔外管。同时还提出了该井身结构的安装使用方法，主要包括下套管、注水泥固井、生产套管切割等。本发明井身结构中生产套管的深度可以上调，注油和退油均可实现，故而满足造腔要求，并且从多个方面降低了盐穴储气库的建造成本，如所需井眼较小，钻井费用降低；井身结构简单，管材、水泥和柴油的用量减少；由于生产套管与中心管之间的环空相对较大，在相同排量下，水流速度较低，管道阻力较低，注水能耗减少。

Description

一种用于盐穴储气库造腔的井身结构及安装使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于盐穴储气库造腔的井身结构及安装使用方法。
背景技术
在盐层中水溶开采形成的地下溶腔用于储存天然气时，称为盐穴储气库。具体的造腔过程如下。利用钻井建立地面与盐层之间的通道，通过井下管柱向盐层注水，使盐类溶解，产生的卤水随管柱采出，逐渐形成一定体积和形状的盐穴。其中，井身结构主要是由一系列轴线重合，直径、深度和作用等不同的套管组成，且套管外侧注水泥封固。
早先，盐矿以采盐为主要目的，采取了较为简单的井身结构。在盐层中只有生产套管和中心管。生产套管下到盐层顶部，外侧注水泥固井，之后不再移动。中心管在生产套管内，其上端悬挂于井口，可以任意起下，但一般下到盐层底部。当盐层较厚如一百米以上时，该井身结构中心管伸出生产套管的长度过大，在水流作用下易振动而发生疲劳破坏，并且也更易受到冒落岩块撞击。另外，由于自然对流作用，盐穴内浓度高、密度大的卤水向下流动，浓度低、密度小的卤水向上流动。因此，高效的开采方式是由生产套管与中心管之间的环空注入淡水，由中心管采出下部高浓度的卤水。由于盐岩溶解速率与卤水浓度成反比，此时盐层顶部溶解很快，下方大部分盐层溶解较少，形成一种倒圆锥形盐穴，其问题较多，如盐矿资源利用率低、盐穴体积偏小、该形状盐穴的力学稳定性低等。由于以上原因，这种井身结构不适合用于盐穴储气库造腔。
目前，实际造腔时采用一种较复杂的井身结构。在盐层中有生产套管、中间管和中心管。生产套管仍下到盐层顶部，外侧注水泥固井，之后不再移动。中间管在生产套管内，中心管在中间管内，中间管与中心管的上端均悬挂于井口，均可以任意起下。中心管的下深大于中间管，造腔过程中一般从中间管与中心管之间的环空注入淡水，由中心管采出卤水。因此，中间管外侧的盐岩溶解较快。另外，从生产套管与中间管之间的环空注入柴油，在盐穴顶部扩散成油垫。其优点是可以通过逐步提升油垫和中间管，向上分段溶腔，得到梨形或者圆柱形的盐穴，且盐矿资源利用率高，盐穴体积较大。不过，由于容纳的套管层数增多，井径变大，钻井费用增大。若是生产套管的直径不变，在排量相同情况下，由中间管与中心管之间的环空注水同直接由生产套管与中心管的环空注水相比，过流断面减小，流速变大，注水能耗增大，故造腔成本升高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种用于盐穴储气库造腔的井身结构及安装使用方法，以解决现有盐穴储气库建造成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于盐穴储气库造腔的井身结构，包括表层套管、生产套管、中心管和裸眼，所述的生产套管设在表层套管内且生产套管下端接近盐层近底部处，生产套管下端和盐层底板之间形成所述的裸眼，中心管设在生产套管内且中心管下端接近裸眼底部，位于表层套管外周环绕有外水泥环，生产套管外周环绕有内水泥环。
优选地，所述的生产套管下端与盐层底板之间的间距为30～60m且不高于盐层顶板；所述裸眼的高度为20～40m，裸眼下方具有的盐岩厚度不小于10m。
一种用于上述井身结构的安装使用方法，具有以下步骤：
a、钻井，下表层套管，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
b、在表层套管内继续钻井至盐层中，下生产套管，下入时对各套管连接处进行气密性检测，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
c、生产套管固井完成后，进行井筒气密性检测；
d、中心管下到裸眼底部，开始注水采卤；
e、向上逐步造腔，上调造腔管柱的深度，中心管直接上提，生产套管通过切割方式改变深度；
f、控制盐穴高度和扩大横向尺寸，采取油水并进的方式向井下注油，在盐穴顶部形成油垫，后期切割生产套管时，使切割位置在盐穴顶部上方则可以借助浮力退油。
特别地，上述步骤e中上调造腔管柱深度的操作过程为：起出中心管，在中心管下端连接割管器，重新下入中心管，向中心管内注水，通过高压水驱动割管器切断生产套管及外侧水泥环，起出中心管，卸掉割管器，再下入中心管。
本发明的有益效果是：
1.所需井眼较小，钻井费用降低。
2.井身结构简单，管材、固井水泥和柴油的用量减少。
3.由于生产套管与中心管之间的环空相对较大，在相同排量下，水流速度较低，管道阻力也较低，注水能耗减少。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中切割生产套管的状态示意图。
图中：1.表层套管 2.生产套管 3.中心管 4.裸眼 5.盐层 6.外水泥环 7.内水泥环 8.割管器 9.盐穴 10.油垫
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种用于盐穴储气库造腔的井身结构，包括表层套管1、生产套管2、中心管3和裸眼4，所述的生产套管2设在表层套管5内且生产套管2下端接近盐层5底部处，生产套管2下端和盐层5底板之间形成所述的裸眼4，中心管3设在生产套管2内且中心管3下端接近裸眼4底部，位于表层套管1外周环绕有外水泥环6，生产套管2外周环绕有内水泥环7。
其中生产套管2下端与盐层5底板之间的间距为30～60m且不高于盐层5顶板；所述裸眼4的高度为20～40m，且裸眼4下方具有的盐岩5厚度不小于10m。
本发明中，将生产套管2兼作造腔外管，省去了现有技术中的中间管，因此井眼和套管的直径减小，而且现有技术中生产套管2下到盐层5顶部，而本发明中生产套管2下到盐层5底部，生产套管2下深距离也不同，因此可利用生产套管2在盐层5中的部分作为造腔外管，免除了中间管的使用，并且由于生产套管2与中心管3之间的环空相对较大，有利于降低注水能耗，后期可采用割管方式上调生产套管2深度，以及采取油水并进的方式注油，若割管位置在盐穴顶部上方可以借助浮力自动退油，所以该井身结构同样满足了造腔要求。
以某深度800～1000m的盐层为例，比较现有技术的井身结构与本发明的井身结构如表1、2所示。
表1：现有技术的井身结构
表2：本发明的井身结构
套管外径(mm) 套管下深(m) 钻头尺寸(mm) 水泥返深(m)
表层套管 273.1 500 374.7 地面
生产套管 193.7 950 241.3 地面
中心管 114.3 980 \ \
一种用于上述盐穴储气库造腔的井身结构的安装使用方法，具有以下步骤：
a、钻井，下表层套管1，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
b、在表层套管1内继续钻井至盐层5中，下生产套管2，下入时对各套管连接处进行气密性检测，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
c、生产套管2固井完成后，进行井筒气密性检测；
d、将中心管3下到裸眼4底部，开始注水采卤；
e、向上逐步造腔，上调造腔管柱的深度，中心管3直接上提，生产套管2通过切割方式改变深度，其操作过程为：先起出中心管3，在中心管3下端连接割管器8，重新下入中心管3，向中心管3内注水，通过高压水驱动割管器8切断生产套管2及内水泥环7，起出中心管3，卸掉割管器8，再下入中心管3；
f、控制盐穴9高度和扩大横向尺寸，采取油水并进的方式向井下注油，在盐穴9顶部形成油垫10，后期切割生产套管2时，使切割位置在盐穴9顶部上方则可以借助浮力退油。
根据表1、2中各尺寸，计算盐穴储气库建造成本降低情况如表3所示
表3：盐穴储气库建造成本降低情况
经比较，本发明提供的井身结构有力地降低了盐穴储气库建造成本。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种用于盐穴储气库造腔的井身结构，包括表层套管(1)、生产套管(2)、中心管(3)和裸眼(4)，其特征是：所述的生产套管(2)设在表层套管(5)内且生产套管(2)下端接近盐层(5)底部处，生产套管(2)下端和盐层(5)底板之间形成所述的裸眼(4)，中心管(3)设在生产套管(2)内且中心管(3)下端接近裸眼(4)底部，位于表层套管(1)外周环绕有外水泥环(6)，生产套管(2)外周环绕有内水泥环(7)。
2.如权利要求1所述的用于盐穴储气库造腔的井身结构，其特征是：所述的生产套管(2)下端与盐层(5)底板之间的间距为30～60m且不高于盐层(5)顶板。
3.如权利要求1所述的用于盐穴储气库造腔的井身结构，其特征是：所述裸眼(4)的高度为20～40m，裸眼(4)下方具有的盐岩(5)厚度不小于10m。
4.一种用于权利要求1所述井身结构的安装使用方法，其特征是，具有以下步骤：
a、钻井，下表层套管(1)，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
b、在表层套管(1)内继续钻井至盐层(5)中，下生产套管(2)，下入时对各套管连接处进行气密性检测，注水泥固井，水泥浆返回地面，之后采用声幅测井检查固井质量；
c、生产套管(2)固井完成后，进行井筒气密性检测；
d、将中心管(3)下到裸眼(4)底部，开始注水采卤；
e、向上逐步造腔，上调造腔管柱的深度，中心管(3)直接上提，生产套管(2)通过切割方式改变深度；
f、控制盐穴(9)高度和扩大横向尺寸，采取油水并进的方式向井下注油，在盐穴(9)顶部形成油垫(10)，后期切割生产套管(2)时，使切割位置在盐穴(9)顶部上方可以借助浮力退油。
5.如权利要求4所述的井身结构的安装使用方法，其特征是：所述步骤e中上调造腔管柱深度的过程为：先起出中心管(3)，在中心管(3)下端连接割管器(8)，重新下入中心管(3)，向中心管(3)内注水，通过高压水驱动割管器(8)切断生产套管(2)及内水泥环(7)，起出中心管(3)，卸掉割管器(8)，再下入中心管(3)。
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