储气库老井封堵及新钻井固井技术现状

作者:未知

  摘要:地下储气库主要包括枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿坑及岩洞储气库等四种类型。枯竭油气藏储气库具有注采压力高、采出物组分复杂、储层物性差、地层压力系数低、老井井况复杂等特点,目前国内储气库建设在低压易漏长封固段固井、弹性水泥浆、筛管和射孔完井设计、复杂老井封堵方面积累了一定的经验。准备建设的大庆升平储气库是中俄东线天然气管道工程的配套地下储气库,老井封堵和新钻井固井可参照现有的成功经验进行。
  关键词:储气库;老井封堵;新钻井固井
  近年来,美国、土耳其、法国等在储气库建库时开始推广应用丛式井、水平井和多分支井,多选用Φ177.8和Φ244.5mm套管,实现了大吞大吐的功能,生产套管均采用气密封螺纹连接,弹性水泥浆固井,灵活应用预充填防砂筛管、悬挂尾管等砂岩储气库先期防砂完井技术。
  我国地下储气库建设起步较晚,20世纪70年代在大庆油田曾经进行过利用气藏建设地下储气库的尝试。中石油已建成以大张陀、金坛、呼图壁为代表的23座储气库,目前重庆铜锣峡和黄草峡两个天然气储气库目前准备进入初试验阶段,正在加快大庆升平、吉林长春等新规划储气库的工作。
  国内枯竭气藏型储气库具有埋藏深、注采压力高、采出物组分复杂、储层物性差、压力系数低、老井井况复杂等特点。在借鉴国外先进建库经验的基础上,国内储气库在低压易漏长封固段固井、弹性水泥浆、筛管和射孔完井设计、复杂老井封堵方面积累了一定的经验。
   1 储气库老井封堵技术
  老井封堵是保证储气库密封完整性的關键,通常采用特殊堵剂挤入储气层,从源头上切断流体进入井筒和上窜的通道,同时对套管外及盖层段进行密封处理。老井服役时间较长,井况也比较复杂,由于试油、试采、采油等作业及地下流体腐蚀等影响,套管内外均发生腐蚀,套管壁变薄,强度也不同程度降低,同时水泥环质量也遭到不同程度的影响,储气库建成后需要强注强采,压力始终处于交变状态,所以对老井的固井质量及密封性提出较高的要求。
   1.1 新疆呼图壁气田老井封堵
  呼图壁气田位于准格尔盆地南缘,由于老井的存在破坏了储集层圈闭的密封性,所以对老井进行封堵。以呼某井为例,该井是发现呼图壁气田的第一口井,井身结构复杂,井内有落鱼,产层压力系数0.35,?139.7mm油层套管固井质量不合格。
   1.1.1 封堵难点
   1地层压力系数低,储集层水敏性强,压井液易进入地层,污染产层;2 ?139.7mm油层套管与上部?177.8mm油层套管间有1.9m的距离,其固井质量不合格,产层封堵后存在漏气风险。
   1.1.2 封堵技术
   1选用吸水树脂配置密度为1.0g/cm3、黏度大于70s的束缚水压井液压井,该压井液吸水后发生膨胀,在产层周围形成有效的保护层,有效抑制了井漏的发生,保护了产层;2用水泥浆前置液对产层进行吸收性测试;3产层段封堵,下插管桥塞,选用堵剂颗粒粒径小的超细水泥,随后注入气井封窜剂。封堵后对全井试压15MPa,30min压力下降<0.5MPa,满足封堵要求。
   1.2 东濮凹陷文96 枯竭气藏储气库老井封堵
   1.2.1 封堵难点
  文96 气藏处于中央隆起带文留构造东翼,该储层物性为中高孔隙度、中高渗储层,由于地下储气库压力处于不断交变状态,压力波动大,要求堵剂能够进入不同物性的地层,特别是物性较差的储层,能够对各层都能形成较强的封堵,并和地层与套管粘结能力强,具有较强的致密性,不能出现漏气现象。
   1.2.2 封堵技术
  采用气层封堵剂体系进行封堵,主要性能及现场应用情况如下:1气层封堵剂粒径为13.849μm,比普通堵剂粒径小近7μm,更容易进入地层深部;2普通封堵剂形成的固化体内部成块状,而气层封堵剂形成的固化体是丝状体,纵横生长,呈网状结构。堵剂进入地层后,可迅速吸附在岩石表面,形成三维网架结构,将其他组分聚凝在一起。经后续堵剂的不断相互叠加,网架结构度逐渐增大,从而实现对地层的有效封堵;3经实验气层封堵剂固体可承受15MPa压力,表明堵剂本身对气体的密封性良好。
   1.3 华北油田京58 储气库老井封堵
   1.3.1 封堵难点
  一般的超细水泥浆在现场应用中存在以下2个问题:一是由于超细水泥颗粒很细,不易分散,容易黏结在一起形成大小不一的小圆球,影响水泥浆混配的质量;二是超细水泥浆的初凝时间短,易出现工程事故。
   1.3.2 超细水泥性能
  超细水泥平均粒径只有普通水泥的十分之一,其表面积是G级油井水泥的4倍。在压力为0.63MPa,缝宽为0.25mm,25°C下,超细水泥通过0.25mm窄缝的体积为95%左右,而普通G级水泥通过的体积只有17%左右。
   1.3.3 超细水泥选择
  京58 储气库目的层储层孔喉半径最大为13.65μm,最小仅为0.89μm,平均为4.38μm,其中孔道半径1-4μm的占46.4%,4-7μm的占39.3%。为了提高封堵的气密性,经过大量室内实验研究,最终选择了粒径为15μm的超细水泥作为现场封堵的基本材料,配浆后经过粒径分析,粒径小于5μm的占总量的40%以上,粒径小于14μm的占96%以上,完全满足京58区块封堵的要求。
   1.3.4 现场应用
  超细水泥在京58区块的33口老井封堵中,效果良好,封堵均一次成功,同时该体系在新疆、辽河也进行了应用,都取得了良好的封堵效果。
   2 储气库新钻井固井技术
   2.1 国外
   1重视每一层套管的固井质量,水泥返至地面;2采用韧性膨胀水泥,减少应力交变对水泥环的影响;3采用自愈合水泥,填充后期产生的微裂缝;4固井质量检测普遍采用超声波成像测井方法(如IBC)。法国TIGF储气库目前仅1口井有异常套压;荷兰Norg储气库6口生产井生产14年没有异常套压。    2.2 国内
   2.2.1 相国寺注采井固井技术
  相国寺储气库设计运行压力为11.7~28MPa,周期性强注强采,井筒附近压力、温度交替变化,井筒水泥环极易出现微裂纹,从而破坏井筒完整性,影响安全生产,缩短井筒寿命,另外由于井漏等复杂情况也将影响固井质量。以相储某井为例全井采用四开三完的方案,最后一开采用筛管完井。
   2.2.1.1 固井工艺技术
   1对于地层破裂压力低,易漏失井固井前做地层承压试验,如地层不能满足要求,堵漏提高承压能力;2技术套管和油层套管均采用管外封隔器固井,做到层层封隔,确保全井筒环空的密封效果;3技术套管固井采用正反注水泥工艺,确保水泥浆返至地面;4储气库井水泥环受到交变应力影响,水泥石应具有长期的强度稳定性。
  技术套管采用增韧防漏多功能纤维水泥浆体系,其力学性能优于常规水泥石;油层套管采用斯伦贝谢弹性水泥浆,提高水泥石抗冲击性能、降低动态弹性模量、增加泊松比和破碎吸收能、改善动态断裂韧性等力学性。
   2.2.1.2 现场应用
  经过对相国寺储气库4口井的固井质量统计,结果表明水泥胶结合格率93.1%,固井后未发生井口带压或气窜现象。
   2.2.2 文96 注采井固井技术
   2.2.2.1 固井难点
   1地层压力系数低,仅为0.2-0.35,易发生漏失、污染储层;2盐层作为气库盖层,固井质量要求严格,易发生盐溶,污染水泥浆,影响界面胶结;3运行周期长,应力变化更频繁,对水泥环的力学性能和长期完整性要求更高。
   2.2.2.2 固井技术措施
  针对储层压力低的特点,文96井优化水泥浆体系,研究出非渗透高强度低密度领浆用于二开上部环空封固及承压能力过低的尾管上部封固;非渗透无氯弹性尾浆用于二开下部、三开尾管固井。三开采用尾管回接至井口的固井方式,降低施工压力,避免压漏地层;悬挂器位置进入技术套管250m以上,保证重叠段的质量。高压层顶部或技术套管内加1~2只管外封隔器,形成永久性封隔,防止后期气窜。
   2.2.2.3 现场应用
  文96储气库共14口井,经测井显示,固井质量合格率100%,固井质量优质率92.9%。
   2.2.3 大张陀储气库注采井固井技术
   2.2.3.1 固井难点
   1地层破裂压力低,易发生漏失;2地层压力系数低,产层易伤害;3水泥浆封固段长,地温梯度高达3.4°C/100m,上部水泥浆凝固时间长,影响水泥浆胶结质量。
   2.2.3.2 固井技术措施
   1采用屏蔽暂堵技术,提高地层承压能力;2采用非连续式双级注水泥浆工艺,一级固井用常规水泥浆密度,二级固井采用低密度水泥浆;3水泥浆采用漂珠与微硅共同配制,抗压强度高、浆体稳定、不分层,密度易于调节。
   2.2.3.3 现场应用
  从2000年以来,渤海钻探钻井工艺研究院在大张陀储气库应用上述工艺进行了10口井的施工作业,固井优质率达到90%,取得了较好的效果。
   2.3 大庆升平储气库固井建议
   2.3.1 老井封堵
  目前大庆升平储气库的封堵应用了超细水泥、水泥承流器,积累了储气库老井封堵经验,但是由于大庆储气库老井存在的自有的技术难点,如升深某井1995年固井时盖层段固井质量就不合格,2004年井口漏气后进行了注水泥塞封堵,但是未达到储气库封堵标准,此次封堵重新钻塞,然后再进行固井,封堵难度较大,结果不是很理想,在借鉴其他储气库老井封堵成功经验的基础上,对今后升平储气库老井封堵提出以下建议:
   1对地层孔隙度、孔喉半径进行统计分析,对超细水泥的粒径进行优选;2对超细水泥通过窄缝的能力进行评价;3注入超细水泥后再注入凝胶或气井封窜剂封堵效果更好。
   2.3.2 新钻井固井
   1全井封固,应用尾管及回接固井工艺;2技术套管固井应用纤维类水泥浆提高防漏能力,油层固井考虑引进或者研究应用弹性水泥浆或柔性水泥浆,提高水泥石的致密性、抗渗性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力,解决储气库不断注气采气对水泥环的破坏难题。
   3 结论
   1储气库老井封堵时先进行吸水性测试,对产层吸收性进行评价,储气库老井封堵时应用桥塞;2储气库老井封堵时大多应用超细水泥进行封堵,根据地层的孔喉半径和超细水泥通过窄缝能力的评价对超细水泥的粒径进行优选,配制出的超细水泥封堵效果更好;3注入超细水泥后再注入气井封窜剂或者凝胶效果更好;4弹性水泥浆和柔性水泥浆具有提高水泥石抗冲击性能、降低动态弹性模量、增加泊松比和破碎吸收能、改善动态断裂韧性等优点,应用在储气库新钻注采井固井中效果较好。
  參考文献:
   [1]钱福海等.大张陀地下储气库注采井固井实践[J].石油钻采工艺,2000(6).
   [2]王超等.超细水泥在储气库老井封堵中研究与应用[J].钻井液与完井液,2001(5).
   [3]黎洪珍等.老井封堵技术在川东储气库建设中的应用[J].开发工程,2013(7).
   [4]丁国生等.中国地下储气库现状及发展方向[J].安全与管理,2015(11).
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