砂岩枯竭型气藏改建地下储气库方案设计配套技术

我国地下储气库建设尽管发展迅猛,但水平仍处于起步阶段,较为成熟实用的地下储气库设计技术与方法尚不多见。为此,总结了中国石油大港油田公司利用砂岩枯竭型气藏改建6座地下储气库的地质方案设计配套技术。该技术创新了大型地下储气库地质方案设计方案,明确了方案设计应遵循的主要程序及主体内容,创建了7项行之有效的配套设计技术,提出了26项气库评价与运行指标,形成了较为系统的方案设计模式与技术系列,对我国正在火热推进的地下储气库建设工作具有指导和借鉴意义。     

文23储气库封堵井完整性保障技术

文23储气库属于枯竭砂岩气藏型储气库,建设前需要对无法再利用的老井进行封堵。为确保老井的封堵质量,保障储气库的完整性,引入挪威石油工业协会井筒完整性技术标准的井筒完整性设计理念,识别了文23储气库老井封堵前后的窜漏风险状况,设计了井屏障系统,研发了适用于高温气层的耐高温缓膨气密封封堵体系,制定了确保封堵老井井筒完整性的工艺,形成了以井屏障设计、施工和监控为基础的井筒完整性保障技术。文23储气库老井采用该技术进行封堵,现场施工成功率100％,老井封堵后的井筒完整性良好,经受住多轮次注采交变应力的长期作用。研究和现场应用结果表明,根据井筒完整性设计理念进行井筒完整性设计和施工,可以确保老井封堵后井筒长期的完整性,也可为类似储气库设计提供借鉴。      

水淹枯竭气藏型地下储气库盘库方法

地下储气库多周期运行盘库,是研究气库运行规律、分析漏失、进一步提高气库运行效率和降低气库运行成本的关键环节。已建立的未水淹气藏型地下储气库盘库数学模型却并不适用于水淹枯竭气藏型地下储气库,评价结果明显高于实际注采气量。为此,通过深入分析水淹枯竭气藏型地下储气库气驱排水扩容机理、多周期注采运行过程中气水两相宏观与微观运动规律及可能的分布状态,创新性提出了可动用库存量的概念,以注采气量与视地层压力在一个注采周期内满足定容压升降方程为评价准则,建立了水淹枯竭气藏型地下储气库盘库模型。实例验证结果表明,该模型计算的结果与实际吻合,可用于水淹枯竭气藏型地下储气库多周期运行盘库计算和分析。为储气库运行、管理及调整提供了依据。     

低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计

由于枯竭型储气库的产层压力低、运行周期长、注采气量大的特点,给钻井和固井质量提出了更高的要求。针对文23的地质特征和储气库设计要求,考虑储层保护、固井质量及盐层井段,提出三开次井身结构设计,生产套管设计金属气密封、P110钢级177.8 mm套管;技术套管段设计双密度水泥浆体系一次固井,生产套管段设计采用非渗透防窜增韧水泥浆体系,采用尾管悬挂+套管回接方式固井;三开设计使用低密度微泡钻井液体系,配合凝胶暂堵技术减少漏失及储层污染。形成的文23储气库钻井工程方案,为国内低压低渗枯竭型储气库钻井设计提供了技术借鉴。     

枯竭气藏型储气库储层应力敏感性实验研究

枯竭气藏型储气库储层在储气库强注快采、大吞大吐运行时,对储层压力反复升降过程中应力敏感性的认识不清,结合目标储气库地质、开发特征,通过室内实验开展工况条件下多周期注采循环岩石渗透率应力敏感性评价、孔隙度应力敏感性评价,为储气库注采参数优化和库容评价提供依据。实验结果表明,多轮次注采压力升降过程中,气库储层岩石渗透率下降,但随着注采轮次的增加,渗透率下降幅度减小,存在明显的渗透率滞后效应。岩心渗透率、孔隙度和压缩系数的应力敏感性较弱,从应力敏感性角度分析,枯竭气藏适宜选做储气库库址,并能有效运行。     

大庆枯竭气藏改建地下储气库的可行性

地下储气库被许多国家认为是最安全、经济、高效的天然气储存、调峰设施,大庆地区冬夏用气不均衡,需建立地下储气库用于调峰。通过对大庆S储气库群的多种条件分析认为:储层上部发育稳定的巨厚泥岩盖层,对天然气起到了很好的封盖作用,断层整体密封性好,天然气不渗漏,储气库整体封闭性好;储层为单层砂体,分布稳定,储层物性条件非常好;气藏整体连通性也很好,受边底水的影响很小,设计的储气库运行参数合理。大庆S储气库群具备建库的有利条件,改建储气库可行。     

枯竭型油气藏储气库井筒完整性研究综述

文中结合国内枯竭型油气藏储气库建库储层的特点,全面分析了枯竭型油气藏储气库在钻完井、注采等阶段作业中影响储气库井井筒质量的主要危险因素;系统提出了储气库井筒完整性风险的应对措施,以提高储气库建库期井筒质量,确保后期储气库安全有效的运行。     

文96枯竭气藏储气库封堵体系研究与应用

针对文96气藏特点,研究了适应于老井封堵的气层封堵体系。以中原油田常用的普通堵剂为基础,优选了胶凝固化剂、触变调节剂、降失水剂和复合缓凝剂加量,其最佳加量分别为3%、0.3%0.5%、1%和2%3%。该气层封堵剂浆液120 min最终析水量为10 mL,析水速度较慢,悬浮性能较好。其粒度中值一般小于15μm,流动性良好,比普通堵剂更易进入低孔、低渗储层,气密封性能好,可以满足老井封堵需要。通过文96块53井次现场试验,工艺成功率100%,一次封堵合格率96%。文96-2井施工后,30 min压力降小于0.5 MPa,堵剂较好地进入了地层,满足方案要求。图6表5参2     

水驱砂岩气藏型地下储气库长岩心注采实验研究

水驱砂岩气藏型地下储气库通过注气驱水扩容,但是受储层非均质性以及水侵等因素的影响,实际运行过程中的库容量和工作气量大多低于设计值。为进一步优化气库注采效果,开展了多轮次的长岩心注采实验,分析注采过程中压力场分布及库容动用特征,研究影响扩容效果的因素。研究结果表明:随着注采轮次增加,注气排驱难度加大,排驱效果逐渐变差,趋于最大库容量;远井地区储层不能有效参与气库运行,注气后气库平衡压力低于上限压力,采气后气库平衡压力高于下限压力,导致实际库容量和工作气量达不到设计值;受储层孔喉分布非均质性、气驱压力梯度的限制以及采气循环边水的影响,排驱扩容增加的库容有限,注采模拟结束后,库容动用率仅为30%,工作气量占比也仅有21.6%。研究结果为水驱砂岩气藏储气库方案设计提供技术支持。     

枯竭气藏改建储气库需要关注的几个关键问题

到2020年,中国地下储气库的工作气需求量将超过500×10⁸ m³,其中60%～70%的工作气量将通过枯竭型气藏改建地下储气库而获得。为此,分析指出枯竭气藏型地下储气库的建设与气藏开发本身具有较大的差异性,两者在建库与开发条件、开采方式、设计准则、运行过程、工程要求、储层改造及监测7个方面都存在着较大差异。因此,在地下储气库的建设和运行管理过程中,不能照搬气藏开发的模式,必须关注地下储气库建设的5个关键问题：库容参数设计、井网部署、气库安全、气库监测和气库运行优化。做好以上5个方面的工作,将会大大缩短建库周期,提高枯竭气藏改建储气库的运行效率。     

考虑安全稳定运行的大型枯竭气藏储气库注采优化

大型枯竭气藏储气库通常含有多个注采区块,区块间地层压差过高会破坏储层的稳定性。为实现注采过程中地层压力均衡变化,以各周期区块间地层压力方差值最小化为目标函数建立优化模型。该模型将数学优化技术与储气库安全稳定性问题进行了结合,并以各区块开井数和单井注采气量为决策变量,以储气库注采气总量、最大单井注采气量、最大区块地层压力等为约束条件。将所建立的优化模型应用于文23大型枯竭气藏储气库,成功求解了该储气库在年工作气量为30×10⁸m³/a条件下的优化注采方案。研究结果表明,所获得的优化注采方案在满足储气库注采气量要求的前提下,不仅能够降低各区块间地层压差,实现储气库整体地层压力的均衡变化,还能有效避免极端高压区块的出现,进一步保障了储气库的安全稳定运行。该研究成果对储气库注采运行方案的设计具有一定的指导意义。     

水驱砂岩气藏型地下储气库气水二相渗流机理

水驱砂岩气藏型地下储气库的渗流机理具有特殊性及复杂性,并客观上决定了地下储气库多周期运行的注采效果。为此,针对其储层特征,开展了多轮次气、水互驱物理模拟实验,研究了储气库储层气、水二相渗流特征,分析了储气库储层孔隙空间可利用率的变化规律,并揭示了该类储气库建设及运行的主要影响因素。研究表明：①该类储气库经长期注采运行,水相渗流能力相应增强,导致边水运移越发活跃,储层孔隙空间出现大量残余气、束缚水,气相渗流阻力相应增加,气库扩容及注采效果受到影响;②储气库运行中边水往复运移造成储层空间形成大量死气区,导致储层孔隙空间利用效果变差,库容可利用率降低,储层孔隙空间可利用率介于40%～70%;③该类储气库建设及运行过程中应重视储层含水量的变化,并采取相应措施以降低水侵对储气库运行效果的影响。     

相国寺地下储气库钻井难点及技术对策

相国寺储气库是我国西南地区第一个开建的储气库, 是典型的枯竭型碳酸盐岩油气藏。储气库具有运行周期长, 注采井要求强注强采, 周期循环等特殊要求, 因此对注采井井筒完整性要求非常高。相国寺储气库除对注采井井筒完整性要求高外, 其构造本身目前有多个产层压力系数低于１  ０ ; 出露地层老, 极易井漏; 属典型的高陡构造, 自然井斜规律性强; 井漏与垮塌并存; 构造内煤矿、 石膏矿多, 属风景区和自然保护区, 对安全钻井带来极大难度。文章针对相国寺储气库钻井难点, 提出了优化井身结构设计、 优选气体钻井方式、 合理部署丛式井组和优化井眼轨迹、 采用管外封隔器和柔性水泥浆体系、 采用防砂筛管完井等技术对策。该储气库的建成, 将为西南地区储气库建设起到非常重要的示范作用, 并提供很好的技术支撑。     

文23储气库井筒压降模型分析与优选

针对文23储气库高产、高气液比工况,在确定井筒流动型态的基础上,采用井下实测数据对6种常用模型进行综合评价及修正,优选了无滑脱压降模型,预测结果与实际数据符合率达到98%,为储气库气井采气能力的准确预测及合理配产奠定了基础。     

中石化地下储气库建库关键技术研究进展

随着天然气需求量的增加和天然气对外依存度的上升,为了保障安全、平稳、连续、可靠的天然气供应,我国加大了地下储气库(以下简称储气库)的建设力度及相关技术攻关。为此,梳理了中国石油化工集团有限公司(以下简称中石化)储气库建设现状,分析了面临的机遇与挑战,总结了中石化储气库建库关键技术的研究进展。研究结果表明:①中石化储气库建设起步较晚,但发展潜力大;②中石化建库地质条件复杂,相对较差,但库址资源靠近消费区;③初步形成了包括库址筛选与评价、储气库动态密封性评价、地质重构、有效库容评价、库容参数与建库方案优化设计、全生命周期完整性评价等一系列复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术;④同时开展了含水圈闭资源筛选、含水圈闭改建储气库地质评价、有效气顶形成机理、关键库容参数优化等关键技术研究,探索了含水层储气库建库关键技术;⑤攻关了盐穴储气库腔体设计与稳定性评价、多夹层垮塌与腔体形态控制等关键技术,厚夹层盐穴储气库建库技术取得突破性进展。结论认为,一系列建库关键技术有力地支撑了中石化储气库的建设和发展,助推了中石化天然气业务的快速有效发展。     

气藏型地下储气库的库存量曲线特征与达容规律

中国石油天然气集团公司2010年启动的第二批地下储气库正在陆续建成投产,地下储气库开始进入达容阶段,需要提前了解和掌握地下储气库库容量的达容规律和达容特征。为此,论述了气库达容物质平衡原理、气库达容库存量曲线特征和气库达容的普遍性规律,以气藏物质平衡理论为基础,阐述了地下储气库的库容参数与压力的对应逻辑关系,建立了库容量计算方程,定义了库容参数,以国内第一批地下储气库即大港储气库群的扩容达容生产实践为依据,建立了地下储气库逐步扩容达容的库存量曲线的基本模式,从技术上论述了库存量曲线的物理意义、曲线特征、关键点参数,并介绍了应用地下储气库生产动态资料绘制库存量曲线的方法,以气库物质平衡理论结合地下储气库扩容达容的库存量曲线特征,系统总结了地下储气库由开始扩容到多周期达容的普遍规律,为指导和掌握地下储气库的扩容达容规律提供了理论知识与技术方法。     

枯竭气藏型地下储气库的注采动态数值模拟

建立地下储气库是缓解国内天然气供需矛盾的一种较为安全、有效、持久的方法。以天然气的连续性方程为基础,采用隐式有限差分方法,研究枯竭气藏地下储气库的运行情况,用追赶法求出定产量生产方式下天然气流动方程的数值解,给出改建为储气库气藏的优选方法,以此确定循环注采的设计思路。     

枯竭油藏改建储气库注采运行机理研究

采用先进的可视化气驱物理模拟研究手段,设计出直径为6 cm,长度为60 cm的高温、高压钢管填砂模型,模拟地层条件下枯竭油藏改建储气库注采运行;分析了储层物性对储气库库容的影响;测定多次注采后油气水饱和度的变化,研究多次循环注气、采气过程中的气液渗流特征及对注采气能力的影响.研究结果表明:枯竭油藏改建储气库多次注采,既能提高原油采收率,又能增加储气库库容.     

枯竭油气藏型地下储气库事故分析及风险识别

目前世界上76.2%的地下储气库是利用枯竭油气藏改建而成的,影响该类储气库安全问题的风险因素很多,机理复杂。为此,在储气库事故资料统计分析的基础上,借鉴输气管道风险评价方法,归纳总结出了枯竭油气藏型地下储气库存在注采井或套管损坏、注气过程中气体迁移和储气库地面设施失效的三类主要事故类型,对储气库系统中的潜在风险因素进行12大类、33小类的初步分类,并根据风险因素与时间的关系将风险分为依赖时间、稳定不变以及随机出现三种类型,进而采用事故树分析的风险评价方法,排查并分析了造成主要事故类型失效的风险因素,对主要事故风险因素进行了识别,提出了相应的风险评价程序,为制订枯竭油气藏型地下储气库事故防范措施和安全管理决策提供了依据。     

永安油田永21块地下储气库气井产能的确定

为保证山东大中城市安全平稳供气,胜利油气区拟利用永21块废弃气藏建设地下储气库。由于该气藏已经水淹,注气过程中很难将含水饱和度降低到原始状态,因此气库运行过程中,必然存在气水两相渗流,并且随着运行周期的变化,含水饱和度不断变化,气井的产能也不断变化。利用已投产井的试气资料,建立了永21块无水条件下的气井产能方程,借鉴室内气驱水物模实验,建立了永21块气相相对渗透率与注采倍数的关系方程,通过修正产能方程中的相对渗透率值,建立了永21块不同运行周期的产能方程,解决了储气库带水气井产能的计算难题。