CN110748380B - 盐穴储气库的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盐穴储气库的建造方法，属于石油天然气技术领域。该方法包括：在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞；在桥塞上形成水泥塞；在水泥塞上方预定距离的套管管壁上进行锻铣以截断套管，露出岩层；在截断套管的位置进行扩眼，以在岩层中形成环形槽；在套管中形成水泥封堵；沿套管的轴向在水泥封堵上钻孔并插入新套管；采用水泥密封新套管和水泥封堵之间的间隙；从新套管内钻穿水泥塞和桥塞；在连通通道上方钻设与两个盐穴之间的连通通道连通的新井，从而将连通的盐穴改造为盐穴储气库。在存储天然气时，通过井筒中的新套管向盐穴中注入天然气，使盐穴中的卤水从新井中溢出，从而将天然气储存在形成的盐穴储气库中。

Description

盐穴储气库的建造方法

技术领域

本发明涉及石油天然气技术领域，特别涉及一种盐穴储气库的建造方法。

背景技术

盐穴是指盐矿开采后留下的矿洞，体积巨大且密封良好，通过对盐穴进行改造，可以形成盐穴储气库，用于储存天然气。

在开采盐矿时会设置井筒，使盐穴通过井筒连接到地表，通常一个盐穴只对应设置有一个井筒。在盐矿开采结束后，通过在井筒的旧套管中插入一根新的套管，使新套管的底部位于盐穴中的卤水下，就可以将盐穴改造为盐穴储气库。在进行天然气储存时，可以通过旧套管和新套管之间的环形空间向盐穴中注入天然气，使盐穴内形成的卤水从新套管中排出，直至无卤水排出时可以将井口封闭。

在盐矿开采时有时会将两个盐穴的底部连通，采用一个井口注水另一个井口采卤的方式进行开采，而现有的这种盐穴储气库的建造方法只能针对独立的盐穴，这使得较多的连通的盐穴被闲置，得不到利用。

发明内容

本发明实施例提供了一种盐穴储气库的建造方法，适用于将连通的盐穴改造为盐穴储气库。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种盐穴储气库的建造方法，所述方法包括：

在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞；

在所述桥塞上形成水泥塞；

在所述水泥塞上方预定距离的套管管壁上进行锻铣以截断所述套管，露出岩层；

在截断所述套管的位置进行扩眼，以在所述岩层中形成沿所述套管的径向向外延伸的环形槽；

在所述套管中形成水泥封堵，所述水泥封堵的顶端高于所述环形槽；

沿所述套管的轴向在所述水泥封堵上钻孔并插入新套管；

采用水泥密封所述新套管和所述水泥封堵之间的间隙；

从所述新套管内钻穿所述水泥塞和所述桥塞；

在所述连通通道上方钻设与所述两个盐穴之间的连通通道连通的新井。

可选地，在所述连通通道上方钻设与所述两个盐穴之间的连通通道连通的新井，包括：

根据所述两个盐穴的井轨迹数据确定所述连通通道的位置；

在所述连通通道上确定靶点，向所述靶点钻进，形成所述新井。

可选地，所述方法还包括：

在形成所述新井之后，在所述新井的井底进行水溶造腔作业，以形成连通所述新井和所述连通通道的水溶腔。

可选地，所述在所述新井的井底进行水溶造腔作业，包括：

通过水溶造腔作业在所述新井的井底形成初始水溶腔；

以所述两个盐穴的井筒中的新套管为入口向所述两个盐穴中进行注水作业，当所述新井井口有卤水排出时，停止注水；

当所述新井井口无卤水排出时，重复所述水溶造腔作业和所述注水作业，直至所述新井井口有卤水排出。

可选地，所述方法还包括：

在所述桥塞上形成水泥塞后，对所述水泥塞进行压力测试。

可选地，所述方法还包括：

在采用水泥密封所述新套管和所述水泥封堵之间的间隙之后，对所述新套管进行压力测试。

可选地，所述方法还包括：

在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞之前，对所述两个盐穴的井筒的套管进行预处理，以清除所述两个盐穴的井筒的套管上的附着物。

可选地，所述桥塞设置于所述套管的底端以上4～6m处。

可选地，沿所述两个盐穴的井筒的套管的轴线方向，所述环形槽的长度为25～35m。

可选地，在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞之前，所述方法还包括：

根据所述两个盐穴的容积、不溶物残渣所占体积以及盐矿开采时的井下作业记录，反演出盐穴的形状变化过程以及被不溶物残渣所占空间的形状；

根据反演结果建立盐穴的稳定性评价模型，并通过稳定性准则和安全性准则确定盐穴内各部位的结构强度；

根据结构强度确定出在存储天然气时所能保持的最高压力。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过在两个套管中分别设置桥塞，从而可以通过桥塞的支撑，在桥塞上形成水泥塞，通过在水泥塞上方对管壁进行锻铣，以将套管管壁截断露出岩层，通过进行扩眼以在套管被截断的地方形成环形槽，这样在套管中形成水泥封堵时，水泥封堵可以与地下岩层之间形成密封，通过在水泥封堵上钻孔后插入新套管，并采用水泥密封新套管和水泥封堵之间的间隙，对新套管进行固定和密封，通过钻穿水泥塞和桥塞，使新套管连通盐穴和井口，通过在两个盐穴的井筒之间钻设新井，新井与两个盐穴之间的连通通道连通，从而将连通的盐穴改造为盐穴储气库。在存储天然气时，通过两个盐穴的井筒中的新套管向盐穴中注入天然气，使盐穴中的卤水从新井中溢出，从而将天然气储存在形成的盐穴储气库中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种盐穴储气库的建造方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种盐穴储气库的建造方法流程图；

图3～5是本发明实施例提供的盐穴储气库的建造过程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种建造好的盐穴储气库的结构示意图；

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种盐穴储气库的建造方法流程图。如图1所示，该方法包括：

S11：在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞。

S12：在桥塞上形成水泥塞。

S13：在水泥塞上方预定距离的套管管壁上进行锻铣以截断所述套管，露出岩层。

S14：在截断套管的位置进行扩眼，以在所述岩层中形成沿套管的径向向外延伸的环形槽。

S15：在套管中形成水泥封堵，水泥封堵的顶端高于环形槽。

S16：沿套管的轴向在水泥封堵上钻孔并插入新套管。

S17：采用水泥密封新套管和水泥封堵之间的间隙.

S18：从新套管内钻穿水泥塞和桥塞。

S19：在连通通道上方钻设与所述两个盐穴之间的连通通道连通的新井。

通过在两个套管中分别设置桥塞，从而可以通过桥塞的支撑，在桥塞上形成水泥塞，通过在水泥塞上方对管壁进行锻铣，以将套管管壁截断露出岩层，通过进行扩眼以在套管被截断的地方形成环形槽，这样在套管中形成水泥封堵时，水泥封堵可以与地下岩层之间形成密封，通过在水泥封堵上钻孔后插入新套管，并采用水泥密封新套管和水泥封堵之间的间隙，对新套管进行固定和密封，通过钻穿水泥塞和桥塞，使新套管连通盐穴和井口，通过在两个盐穴的井筒之间钻设新井，新井与两个盐穴之间的连通通道连通，从而将连通的盐穴改造为盐穴储气库。在存储天然气时，通过两个盐穴的井筒中的新套管向盐穴中注入天然气，使盐穴中的卤水从新井中溢出，从而将天然气储存在形成的盐穴储气库中。

图2是本发明实施例提供的另一种盐穴储气库的建造方法流程图。以下结合图3～图7对盐穴储气库的建造进行说明。如图2所示，该方法包括：

S21：对两个盐穴的井筒的套管进行预处理。

盐矿开采后，留存的井筒中的套管上会附着较多杂物，例如泥沙、锈迹等，这些附着物会降低后续在套管中设置的桥塞等与套管壁之间的附着力，而且套管也有可能被掉落到井中的杂物堵塞，影响桥塞等的下放。因此，需要通过预处理以清除两个盐穴的井筒的套管中的杂物。

可选地，预处理可以包括通井、刮削，通过通井确保套管通畅，通过刮削套管壁，可以去除套管壁上的泥沙、锈迹等。

S22：在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞。

下面以在一个套管中设置桥塞为例进行说明。如图3所示，在套管11中设置有桥塞21。实现时，桥塞可以设置于套管的底端以上4～6m处。示例性地，如图3所示，桥塞与套管的底端的距离h＝5m，将桥塞设置到套管中可以作为支撑，便于在套管中设置水泥塞。可选地，桥塞为可钻式桥塞。

S23：在桥塞上形成水泥塞。

实现时，可以向套管中浇灌水泥形成长12～18m的水泥塞。示例性地，水泥塞的长度H可以为15m。如图3所示，在桥塞21上形成有水泥塞22。由于桥塞所能提供的支撑力有限，通过设置水泥塞可以为后续设置的结构提供较大的支撑力。

S24：对水泥塞进行压力测试。

可选地，可以采用注水测压或是注气测压。

注水测试即向套管中注水形成预定高度的水柱，观察在预定时间内水柱下降的高度，若水柱下降的高度在预定范围内，则表示水泥塞的设置合格，若超过预定范围，则表示水泥塞的设置不合格，需要拆除水泥塞和桥塞后重新设置桥塞和水泥塞。

注气测压即向套管中注入预定压力的气体，再将套管封闭，观察在预定时间内气体的压力降低的数值，若压力降低的数值在预定范围内，则表示水泥塞的设置合格，若超过预定范围，则表示水泥塞的设置不合格，需要拆除水泥塞和桥塞后重新设置桥塞和水泥塞。

S25：在水泥塞上方预定距离的管壁上进行锻铣以截断套管，露出岩层。

S26：在截断套管的位置进行扩眼，以在岩层中形成沿套管的径向向外延伸的环形槽。

锻铣露出地下岩层后，通过扩眼，从而在岩层中形成环形槽。预定距离可以为15～20m。

可选地，沿两个盐穴的井筒的套管的轴线方向，环形槽的长度d可以为25～35m。示例性地，环形槽的长度可以为30m。如图4所示，在岩层10中形成有环形槽23。由于后续过程还需要设置水泥封堵，设置环形槽后，水泥封堵上可以形成一段沿径向向外延伸的外凸缘，外凸缘与岩层之间形成支撑和密封，可以使水泥封堵更加稳定。

S27：在套管中浇筑超细水泥后憋压候凝，以形成水泥封堵。

实现时，水泥封堵的顶端应高于环形槽，使得形成的水泥封堵上具有一段外凸缘(即水泥封堵的位于环形槽的部分)。如图4所示，水泥封堵24的顶端高于环形槽23，位于环形槽23上方的水泥封堵24的长度D可以为15～20m。

在本实施例中，超细水泥的粒径可以为0.2～20μm，超细水泥具有良好的防水堵漏作用，采用超细水泥制作水泥封堵可以提高密封性。

在浇筑超细水泥之前，还可以对套管内进行清洗，以去除掉落到水泥塞上的泥沙、碎石等杂物。

在形成水泥封堵后还可以对水泥封堵进行压力测试，测试时，可以采用注水测压或是注气测压，测试方法可以与对水泥塞进行压力测试时的测试方向相同。若测试不合格则需要拆除水泥封堵后重新浇筑。

S28：沿套管的轴向在水泥封堵上钻孔并插入新套管。

实现时，可以采用钻头沿套管的轴向钻至桥塞上方1.5～2m处(如图4中的虚线m处)。钻孔后将新套管25(参见图5)的一端插入到钻出的孔中，新套管25的另一端可以伸出井筒。新套管25的直径小于套管11的内径，使得新套管25和套管11之间形成有环形腔。

S29：采用水泥密封新套管和水泥封堵之间的间隙。

水泥封堵在钻孔后形成了一段水泥环，为了方便新套管的插入，水泥环的内径(即水泥封堵上钻的孔的直径)会比新套管的直径大，这样新套管与水泥环之间会存在间隙，将新套管插入到孔中之后，可以采用水泥对间隙进行密封。

S30：对新套管进行压力测试。

实现时，也可以采用前述的注水测试或注气测试方法对新套管进行压力测试，由于新套管在下放之前可以进行检查，确保新套管结构完好无破损、裂纹等瑕疵，因此若压力测试不合格，则表明新套管和水泥封堵之间的间隙密封不严，需要再次进行水泥浇筑密封。

S31：从新套管内钻穿水泥塞和桥塞。

如图5所示，通过钻穿桥塞使得新套管连通盐穴和外界。

S32：根据两个盐穴的井轨迹数据确定靶点。

两个盐穴之间的连通通道通常是盐矿开采过程中采用水平钻形成的，通常保留有井轨迹数据，根据井轨迹数据可以确定出连通通道的位置。

S33：在连通通道上确定靶点，向靶点钻进，形成新井。

可以选择连通通道上的一点作为靶点，设置靶点后，通过向靶点钻进，可以使新井能够在靶点处与连通通道连通。如图6所示，新井44与连通通道43连通。

由于卤水在连通通道内的冲刷作用，使得连通通道的直径相比盐矿开采过程中采用水平钻刚刚形成时有一定程度的变大，但是连通通道的直径远小于盐穴的主体部分的直径，一般地球物理测井方法无法准确测量出连通通道的形状，根据盐穴的体积、不溶物含量以及井下作业记录，可以反演出盐腔的形状变化，并预测出连通通道的形状，结合连通通道的形状可以便于确定靶点。

若新井已经钻设到了预定的深度，以两个盐穴的井筒中的新套管为入口向两个盐穴中进行注水作业，新井中无卤水排出时，该盐穴储气库的建造方法还可以包括以下步骤：

S34：在形成新井之后，在新井的井底进行水溶造腔作业，以形成连通新井和连通通道的水溶腔。

如图6所示，新井44通过水溶腔45与连通通道43连通。由于地层倾角以及岩性变化，在钻设新井44的过程中通常会与靶点存在5～10m的误差(如图7所示)，使得新井44与连通通道43之间没有相连，因此在形成新井44后，通过水溶造腔作业，可以形成水溶腔45，使水溶腔45与连通通道43连通，从而使新井44可以与连通通道43相连。需要说明的是，在新井44中设置有套管，以支撑井壁，便于生产。

在进行水溶造腔时，具体可以采用以下方法：

通过水溶造腔作业在新井的井底形成初始水溶腔。以两个盐穴的井筒中的新套管为入口向两个盐穴中进行注水作业，当新井井口有卤水排出时，停止注水。当新井井口无卤水排出时，重复水溶造腔作业和注水作业，直至新井井口有卤水排出。例如图7所示，最初形成的新井44与连通通道43并没有连通，此时新井44井口不会有卤水排出，通过水溶造腔作业，新井44的底部会形成一个腔体45a，腔体45a仍然未与连通通道43连通，通过进一步的水溶造腔作业，腔体45a增大到腔体45b，此时腔体45b与连通通道43连通，从而使新井44与连通通道43连通，就会有卤水从新井44中排出。水溶造腔作业是指通过管柱往盐岩层中注入淡水溶解盐岩形成卤水后排出，使地下盐岩层中形成洞穴的作业过程。

通过多次进行水溶造腔作业，逐渐扩大形成的初始水溶腔的直径，在每次进行水溶造腔作业后，通过安装到两个井筒中的新套管向盐穴中注水，水进入到盐穴中后会形成卤水，如果有卤水从新井井口溢出，则表明新井已经与连通通道连通，如果没有卤水从新井井口溢出，则表面新井与连通通道还没有连通，还需要继续扩大水溶腔的直径，直至水溶腔与连通通道连通。

在新井与连通通道连通之后，盐穴储气库已经建造完成，建成的盐穴储气库可以参照图6所示，可以通过两个盐穴41的井筒向盐穴41中注入天然气，使盐穴41内的卤水从新井44中排出，从而将天然气存储到盐穴储气库中。由于连通通道43位于盐穴41的底部，在排卤时，卤水相当于是从盐穴41的底部被排出的，这样可以尽量排出盐穴41中的卤水，增大可用于存储天然气的空间。

可选地，在步骤S21之前，还可以采用声呐测量两个盐穴41的容积(不包括盐穴41内不溶物残渣42所占的体积)，以确定出所建立的盐穴储气库的容积。同时还可以根据盐穴的容积、不溶物残渣42所占体积以及盐矿开采时的井下作业记录，反演出盐穴的形状变化过程以及盐穴的下部被不溶物残渣所占空间的形状，根据反演结果建立盐穴的稳定性评价模型，通过稳定性准则和安全性准则确定盐穴内各部位的结构强度，根据结构强度可以确定出在存储天然气时所能保持的最高压力，确保生产安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述方法包括：

在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞；

在所述桥塞上形成水泥塞；

在所述水泥塞上方预定距离的套管管壁上进行锻铣以截断所述套管，露出岩层；

在截断所述套管的位置进行扩眼，以在所述岩层中形成沿所述套管的径向向外延伸的环形槽；

在所述套管中形成水泥封堵，所述水泥封堵的顶端高于所述环形槽；

沿所述套管的轴向在所述水泥封堵上钻孔并插入新套管；

采用水泥密封所述新套管和所述水泥封堵之间的间隙；

从所述新套管内钻穿所述水泥塞和所述桥塞；

在所述两个盐穴之间的连通通道上方钻设与所述两个盐穴之间的连通通道连通的新井。

2.根据权利要求1所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，在所述连通通道上方钻设与所述两个盐穴之间的连通通道连通的新井，包括：

根据所述两个盐穴的井轨迹数据确定所述连通通道的位置；

在所述连通通道上确定靶点，向所述靶点钻进，形成所述新井。

3.根据权利要求2所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述方法还包括：

在形成所述新井之后，在所述新井的井底进行水溶造腔作业，以形成连通所述新井和所述连通通道的水溶腔。

4.根据权利要求3所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，在所述新井的井底进行水溶造腔作业，包括：

通过水溶造腔作业在所述新井的井底形成初始水溶腔；

以所述两个盐穴的井筒中的新套管为入口向所述两个盐穴中进行注水作业，当所述新井井口有卤水排出时，停止注水；

当所述新井井口无卤水排出时，重复所述水溶造腔作业和所述注水作业，直至所述新井井口有卤水排出。

5.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述桥塞上形成水泥塞后，对所述水泥塞进行压力测试。

6.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述方法还包括：

在采用水泥密封所述新套管和所述水泥封堵之间的间隙之后，对所述新套管进行压力测试。

7.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述方法还包括：

在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞之前，对所述两个盐穴的井筒的套管进行预处理，以清除所述两个盐穴的井筒的套管中的杂物。

8.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，所述桥塞设置于所述套管的底端以上4~6m处。

9.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，沿所述两个盐穴的井筒的套管的轴线方向，所述环形槽的长度为25~35m。

10.根据权利要求1~4任一项所述的盐穴储气库的建造方法，其特征在于，在相互连通的两个盐穴的井筒的套管中分别设置桥塞之前，所述方法还包括：

根据所述两个盐穴的容积、不溶物残渣所占体积以及盐矿开采时的井下作业记录，反演出盐穴的形状变化过程以及被不溶物残渣所占空间的形状；

根据反演结果建立盐穴的稳定性评价模型，并通过稳定性准则和安全性准则确定盐穴内各部位的结构强度；

根据结构强度确定出在存储天然气时所能保持的最高压力。

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