我国地下储气库钻井完井技术现状与发展建议

地下储气库是目前世界上最主要的天然气储存方式和调峰手段,具有存储量大、储气成本低、安全系数大等优点,而钻井完井工程是地下储气库建设中耗资最大、历时最长的环节,且井筒完整性直接影响地下储气库长期运营的安全性和可靠性。目前,我国已建成枯竭气藏储气库和盐穴储气库共32座,初步形成了我国储气库特色钻井完井技术体系,包括枯竭气藏储气库的井型优化设计、超低压地层防漏堵漏与储层保护、韧性水泥浆固井、大流量注采完井和老井评价及再利用,盐穴储气库钻井完井、建腔及腔体形态控制、老腔改造利用技术和注采井筒完整性等特色技术,但与国外相比,在井眼尺寸、井型设计、工艺技术水平等方面均存在较大的差距,需要开展枯竭气藏储气库大井眼水平井钻井完井、盐穴储气库丛式定向井钻井、含水层储气库钻井完井和注采井筒完整性等技术攻关,形成完善的地下储气库钻井完井技术体系,以满足我国储气库高质量发展及国家能源战略的需求。      

我国地下储气库钻井完井技术现状与发展建议

地下储气库是目前世界上最主要的天然气储存方式和调峰手段,具有存储量大、储气成本低、安全系数大等优点,而钻井完井工程是地下储气库建设中耗资最大、历时最长的环节,且井筒完整性直接影响地下储气库长期运营的安全性和可靠性。目前,我国已建成枯竭气藏储气库和盐穴储气库共32座,初步形成了我国储气库特色钻井完井技术体系,包括枯竭气藏储气库的井型优化设计、超低压地层防漏堵漏与储层保护、韧性水泥浆固井、大流量注采完井和老井评价及再利用,盐穴储气库钻井完井、建腔及腔体形态控制、老腔改造利用技术和注采井筒完整性等特色技术,但与国外相比,在井眼尺寸、井型设计、工艺技术水平等方面均存在较大的差距,需要开展枯竭气藏储气库大井眼水平井钻井完井、盐穴储气库丛式定向井钻井、含水层储气库钻井完井和注采井筒完整性等技术攻关,形成完善的地下储气库钻井完井技术体系,以满足我国储气库高质量发展及国家能源战略的需求。     

文23地下储气库关键工程技术

文23储气库是我国中东部地区最大储气库,工程建设过程中遇到固井难度大、井漏严重、井筒封闭性评价困难、注采管柱要求高和老井井况复杂等技术挑战,为此开展了盐膏层固井、超低压储层防漏及保护、盖层段井筒封闭性评价、注采完井管柱设计和老井封堵与评价等技术攻关,形成了文23储气库关键工程技术,解决了文23储气库建设中的技术难题。文23储气库关键技术在现场应用后,固井质量显著提高,钻井液漏失量降低52.3%,井筒封闭性评价提高了施工决策效率,保障了储气库工程建设的顺利施工。文23储气库示范工程的建设,为类似储气库建设提供了技术保障和示范。      

盐穴地下储气库气密封检测技术

建设盐穴地下储气库是一项高风险的复杂工程,对盐穴的气密封性有着很高的要求,其密封性检测技术就成为评价建库工程成败的关键。为此,分析了中国建设盐穴地下储气库的特殊性（盐穴储气库的盐层具有矿层层数多、单层厚度小、夹层多、含盐品位低、共生组分多和相变大等特点）,指出了建设盐穴地下储气库工程发生天然气泄漏的主要影响因素（井筒工程因素、地质因素和地面设备因素）,重点论述了建设盐穴储气库钻完井井筒密封性检测技术、水溶造腔过程中腔体的检测技术、首次注气排卤前盐穴完整性气密封检测技术和盐穴地下储气库运行后的评估检测技术。以上技术具有气密封性检测精度高、工期短、能耗低、工序简化及节省投资等特点,对我国正在建设和今后准备建设的盐穴储气库工程具有参考和借鉴作用。     

华北地区含硫化氢地下储气库脱硫运行技术

为了进一步推动国内含H_2S地下储气库的优化运行,以华北地区X地下储气库为例,为防止其运行过程中采出的天然气因含H_2S引发的安全问题,提出了有针对性的脱硫运行技术对策。主要包括:井筒抗硫技术、含硫气井井口失控远程点火技术和地面H_2S处理技术。地下选用国产宝钢生产的D114.3 mm BGT1气密封型防硫化氢螺纹油管及耐压强度达34.5 MPa的井下安全阀。对含硫井口配备失控远程点火系统。在地面主要采用"活性炭+脱硫剂"分层装填脱硫塔的方式实现采出混合气体脱硫,并结合储气库井受双向压力及井底热传导效应促进硫溶解。通过摸索并实施一系列针对性的技术对策,X储气库完全自主实现零事故安全运行,为类似地下储气库的建设及运行提供了一定的参考。     

地下储气库建设技术研究现状及建议

为了及时把握地下储气库建设技术研究现状,系统地梳理了枯竭油气藏储气库、盐穴储气库、含水层构造储气库的建设及垫底气的设计、提高地下储气库有效储量和生产能力的相关技术、地面系统自动化控制等地下储气库通用技术研究现状及其应用情况。结论认为,我国地下储气库建设技术的研究现状可概括为：国内枯竭气藏建库技术基本成熟;枯竭油藏建库技术尚在摸索之中;盐穴储气库建库技术取得了长足的进步;含水层构造储气库的研究才刚起步。进而提出了我国今后一段时期地下储气库建设的相关建议：①枯竭油气藏仍是我国地下储气库建设的主要类型,应关注相关技术的发展;②盐穴储气库的相关技术需要持续关注,但应当将主要研究力量放在相对薄弱的技术环节上;③我国含水层构造储气库的建设应学习、消化国外相关技术,针对具体的地质条件,加快对注排机理、渗透机理、建库方式、建库周期、井网部署、方案设计和施工技术等的研究;④应高度重视地下储气库建设相关标准、规范的建立;⑤应高度重视地下储气库运行的风险管理。     

长庆地下储气库老井封堵工艺探讨

利用油气藏改建地下储气库是全球已建成储气库中最常用、最简单的形式,该类储气库建设前需要解决的首要工程问题就是老井处理,国外储气库建设经验表明:一口老井不能妥善处理,就可能使得储气库完整性破坏,导致库址报废。长庆地下储气库属于半枯竭气藏改建地下储气库,针对地下储气库建设区老井数量多、服役时间长、井况复杂等基本现状,通过对库区老井钻完井基础资料和部分井检测评价资料总结分析,按照在储气层、盖层段、套管外水泥环和井筒内建立多道密封屏障的思路,提出了"底板-储层-盖层"多级封堵的老井处理工艺,并选取了榆林南储气库区典型老井开展现场封堵试验。施工过程采用逐级封堵、逐级试压的过程控制措施确保了各级屏障的有效性,现场分级试压和整体试压全部满足要求。实践证明该工艺能够满足长庆储气库老井处理的要求。     

地下储气库设计模式及配套技术

从我国天然气市场的发展对地下储气库建设的需求出发，立足于国内地下储气库建设现状，分析了国内已建地下储气库的类型、改建条件和规模；系统介绍了地下储气库的设计建设模式及配套技术，包括圈闭评价技术、地质综合评价技术、开发状况评价技术、运行参数优化技术、布井优化技术、注采井径优化技术和动态监测技术；在汇总国内地下储气库规划建设地区资料的基础上，展望了国内地下储气库的发展建设前景。     

高矿化度储层储气库井筒结盐机理研究

地下储气库在周期性运行注采的过程中,井筒内的温度和压力等条件发生变化会导致盐垢的形成;研究井筒内温度和压力发生变化形成结盐的结盐机理研究对于井筒内的清盐防盐工作有着重要的意义;本文通过选取X储气库A区块中各井为模拟对象,建立动态结盐模型,研究在不同压力和温度条件下井筒内的结盐规律,确立了储气库生产过程中合理的温度和压力控制的工作制度。     

国内地下储气库钻完井技术现状分析

国内已投入运行的储气库暴露出了环空带压问题,严重地影响了储气库安全平稳运行。为此,详细介绍了国外储气库建设在注采井寿命、钻井方式及井型、井身结构、钻进工艺、固井、完井、老井封堵和注采等方面采用的最新理念和技术。针对国内在建和拟建地下储气库的基本情况,着重分析了环空带压、井身结构、钻井施工、固井、老井处理、关键工具和装备以及规范和标准等方面存在的主要问题。结果认为：①国内储气库建设各方逐渐接受了储气层采用大尺寸井眼且储层专打的井身结构理念;②钻井应以提高固井质量为核心,把套管丝扣气密封检测、弹性水泥浆、IBC测井等先进技术应用于技术套管和生产套管固井;③要高度重视地下储气库注采井和老井的井筒完整性管理。最后指出应建立适合国内地质特点的储气库钻完井工程设计和施工技术规范;需专项研究低压储气库钻井防漏堵漏和储层保护等技术并研制油套管氦气气密封检测等装备与工具。     

全球地下储气库的发展趋势与驱动力

建设地下储气库是保障安全平稳供气的主要手段之一。随着全球天然气需求的增长,地下储气库的需求也将不断增长,预计到2030年全球地下储气库工作气量将达到5430×108m3。为此,分析了全球地下储气库的现状,揭示了地下储气库需求增长的5个驱动力:①各国对天然气战略储备的重视;②天然气供给方式的转变;③短期天然气贸易的需要;④管网系统进一步平衡的需要;⑤油田伴生气的储存需求。结论指出:地下储气库的需求增长主要分布在北美和欧洲,亚洲地区受天然气需求和建库地质条件的限制,在世界地下储气库总工作气量中仅占很小的份额;地下储气库的发展趋势是加大气库调峰的灵活性以满足低碳经济的需要;未来地下储气库技术主要向延长地下储气库使用寿命、减少地下储气库对环境的影响和增强地下储气库运行灵活性的方向发展。该研究成果将为中国地下储气库的建设发展提供借鉴经验和发展启示。     

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钻注采井是建设枯竭油气藏储气库的重要环节。在建设大张坨储气库时，大港钻采工艺研究院对枯竭油气藏地下储气库注采井的钻井工程进行了详细研究，形成了该类储气库注采井的钻井技术，并对大张坨、板876、板中北高点地下储气库进行了钻井工程设计。从完井测试及注采生产情况来看，应用效果较好，基本能够满足储气库建设的要求。文章以大张坨储气库为例，从井口布置及井眼轨道优化、井身结构设计、套管柱设计、套管柱设计、固井设计、钻井液体系和储层保护设计、重点施工措施以及钻探效果等方面阐述了利用枯竭油气藏建地下储气库的钻井技术。     

中国天然气地下储气库重大科学理论技术发展方向

加快推进天然气地下储气库（以下简称储气库）建设是持续提升储气调峰能力,助力“双碳”目标顺利实现,保障国家能源安全的重要举措之一。由于中国地质条件复杂,储气库选址、设计、建设与运行面临一系列重大科技挑战。为此,在概述国内外储气库理论技术发展历程的基础上,结合国内以陆相沉积、中深层复杂断块为主的建库目标,提出了储气库科学建设亟待创新的交变载荷储气地质体动态密封、高速注采渗流、大井眼注采井高质量建设和地下地面注采全系统完整性监测等重大理论技术问题,并系统阐述了我国储气库建设理论技术未来发展方向。研究结果表明：(1)深化以动态密封性评价为核心的储气库地质理论体系攻关;(2)持续开展中低渗储层高效建库理论和设计方法研究;(3)加强注采转换灵活、高效和低能耗地面关键装备制造技术研发和国产化;(4)创建以微地震监测为核心的地层—井筒—地面“三位一体”风险实时预警技术;(5)加快开展储气库数字化建设和智能化调峰运行技术攻关。结论认为,随着我国储气库类型多元化、储气空间日益复杂化、储气库功能多样化,开展储气库基础理论与关键技术攻关十分必要。新理论与新技术的创新与融合将大幅提升储气库运行效率、降低建库投资...     

基于VB和HYSYS的地下储气库地面井筒一体化压力计算系统

已有HYSYS软件本身没有井筒模块,不能在HYSYS中实现对地下储气库注采气井筒部分压力系统的模拟。为此,通过分析地下储气库注采气井井筒压力传递机理,建立了井筒压力计算数学模型;在此基础上,基于VB软件开发平台,利用HYSYS模拟软件的Extension模块扩展功能,将地下储气库注采气井井筒压力传递模型嵌入HYSYS新的单元模块,由此可方便地实现注采气井井口压力与井底压力之间的数值关联计算与压力模拟传递,并且在HYSYS的PFD模拟流程图中可以直接调用扩展开发的井筒模型。仿真计算结果表明,采用开发出的井筒压力传递模块模拟计算出的压力数据与实测数据偏差很小,能满足现场模拟计算的需求。此外,基于VB与HYSYS模拟平台对地下储气库注采气井井筒模块的成功开发使得地下储气库地面井筒压力模拟更加便捷,操作过程简化,实现了地下储气库地面管网压力系统与注采井筒压力系统的一体化模拟。     

板桥凝析气田地下储气库建造技术

介绍了大港油田地下储气库建设中运用的圈闭有效性评价技术、地下储气库原始库容量和储气库容量指标评价方法、井数和油管尺寸优化技术、多功能注采一体化管柱设计技术、过油管射孔技术等。同时,总结了地下储气库地面建设特点和配套技术研究的成果。为今后国内同类型油气藏地下储气库建设提供有用的资料,有助于提高我国利用砂岩油气藏建设地下储气库的总体设计技术水平。     

苏桥地下储气库群注采工程风险与安全保障体系

毗邻雄安新区的苏桥地下储气库群是目前世界上储层埋藏最深、运行压力最高的地下储气库群,其注采工程面临着一系列的技术难题和安全风险。为此,从自然环境、社会环境和工程建设等3个方面对该地下储气库群进行了分析。结果表明:(1)该地下储气库群地理位置较为特殊,存在着受自然灾害影响的风险;(2)该地下储气库群位于京津冀中心地带,存在着一定的社会风险;(3)该地下储气库群地质条件复杂,在施工建设过程中也存在着一定的风险。由此构建了由三级安全保障系统和三级安全控制系统组成的保障体系:(1)基于完井工程、井下管柱和井口安全的三级安全保障系统,从源头上保证该地下储气库群强注强采的安全;(2)在地下储气库安全控制设计中,提出了从单井到地下储气库群一体化系统的设计理念,建立了单井就地独立控制、井场集中联动应急安全控制、远程统一控制等三级控制系统。结论认为:三级安全保障系统和三级安全控制系统的应用,有力地保障了该地下储气库群的平稳运营。     

地下储气库多井眼重入封井技术研究及应用

老井封堵改造是储气库建设的基础核心工作，多井眼老井主要特征为同一井筒内有多个井眼，封井工艺复杂度更高，亟需一种快速可靠的封井手段。通过系统分析多井眼老井封堵面临的相邻井眼干扰、井眼状况不明、轨迹预测不准、测深存在偏差等技术难点，提出了基于国产无源磁导向工具的救援井防碰、测距、轨迹控制、录井技术一体化解决方案。在冀东油田海上储气库2口不同井况多井眼老井进行了现场试验，均顺利完成重入封井目标。该技术方案为储气库多井眼封井提供了完备的解决思路，具备良好的推广应用价值。     

利用枯竭油气藏建设地下储气库工程的配套技术

枯竭油气藏是世界上最适合建设地下储气库的一种类型,在我国也是建设地下储气库的首选类型。为此,对利用枯竭油气藏建设地下储气库的特殊性进行了分析,发现有如下特点：原有老井多、服役时间长、井况复杂;储气层压力低,保护储层防止污染的技术难度大;储气库运行始终处于交变载荷的变化过程中,对工程质量要求更高。针对性地提出了建库工程的配套技术：原有老井处理技术（可利用老井的筛选技术、合理利用老井部署监测观察井技术、可靠封堵报废老井的配套关键技术）和建库新钻注采井在钻井-固井-完井施工全过程中实施保护储层一体化联作方式的关键技术。该配套技术对我国今后建设枯竭油气藏型地下储气库工程具有实用及参考价值。     

鄂尔多斯盆地低渗岩性气藏型储气库建库设计与运行优化关键技术

鄂尔多斯盆地低渗岩性气藏改建地下储气库的储层条件多样,封闭条件复杂,局部含硫化氢等,地质评价和建设运行难度大。从储气库选址评价、指标设计、运行优化3个方面对鄂尔多斯盆地低渗岩性气藏改建地下储气库开展研究攻关,总结了低渗岩性气藏型储气库建库设计与运行优化关键技术。通过研究：建立了低渗岩性气藏型储气库选址评价技术与库址筛选指标体系,筛选出建库有利区10块;形成低渗岩性储气库指标设计技术,提升气井注采能力,扩大了运行压力区间,优选注采井型和部署模式,有效支撑了4座储气库优化设计;形成储气库全生命周期运行优化技术,持续提升在役储气库调峰能力,优选硫化氢采气淘洗模式,地质—井筒—地面一体化进行完整性管理与评价,实现了低渗岩性储气库的长期安全运行。3项关键技术成功应用于鄂尔多斯盆地SH、YU、SD和LW储气库的选址、设计与运行,方案设计指标与实际动态评价基本吻合,建成调峰能力7.5×10⁸ m³,实现了8年以上的安全运行。     

枯竭砂岩气藏型储气库录井关键技术研究

井筒封闭性对储气库的建设至关重要。枯竭砂岩气藏型储气库断层发育，在其建设过程中，存在井漏频发、盐膏层段固井质量难以保证等工程技术难题，对井筒完整封闭性构成潜在风险。为此，以文23储气库为例，研究了枯竭砂岩气藏型储气库录井关键技术。利用文23储气库注采气井的钻井录井资料，并结合前期勘探开发资料，从盖层封闭性、断层封闭性2个角度评价了井筒封闭性，建立了该储气库沙三段盐膏层断缺条件下的盖层识别与评价方法，形成了基于钻井液出口流量曲线变化形态的井漏原因判别模式和断层封闭性评价方法；为了提高井筒封闭的完整性，建立了该储气库沙三段盐膏层发育和断缺2种条件下钻穿盖层底界5.00～10.00 m卡准中完井深的方法。应用实例表明，以上述方法为核心形成的枯竭砂岩气藏型储气库录井关键技术，从地质和工程2方面解决了储气库井筒封闭性录井评价难题，有助于提高录井对储气库建设的技术支持力度与技术服务质量。