低压油气藏改建地下储气库储层保护

大张坨地下储气库是我国第一座天然气地下储气库，其实践经验对我国储气库建设具有重要意义，储层保护是利用油气藏建设天然气地下储气库的关键技术之一。在概述储层保护的基础上，介绍了储层保护的指导思想，从储层特性分析技术、保护储层的钻井配套技术、固井配套技术、测试求产配套技术4个方面，详细说明了大张坨地下储气库12口注采井建设全过程储层保护的19个技术要点。从钻井效果、固井效果、完钻电测、油气测试和注采能力5个方面对储层保护效果进行了系统评价，探索出一套低压油气藏建设地下储气库的储层保护综合配套技术体系。     

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大张坨储气库是国内第一座大型地下储气库 ,于 2 0 0 0年 12月进入投产阶段 ,它的建成为北京的供气状况和大气环境治理做出了贡献。B876储气库则是大张坨储气库的扩建工程 ,位于B876区块板Ⅱ1枯竭式超低压凝析油气藏上 ,气藏埋深 2 2 2 0～ 2 2 4 0m ,原始地层压力 2 2 .5MPa,目前地层压力为 10 .5 9MPa ,地层压力系数 0 .4 76 ;在该废弃气藏上新钻了 5口储气库注采井 ,其中 3口井射孔完井后自喷 ,日产气量高达 12 .5× 10 4m3 。文章详细介绍了所钻注采井在钻井、固井、射孔完井等工序过程中采取的油气层保护技术和经验 ,对今后衰竭气藏的挖潜、枯竭式气藏储气库的建设具有参考价值。     

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。     

大张坨储气库井油套管腐蚀规律分析

为了检测评价大张坨地下储气库注采井的技术状况及油套管实际腐蚀情况,利用多层管柱电磁探伤技术,对注采井油套管进行了探伤检测,分别获得油套管壁厚数据,并对油套管剩余壁厚、腐蚀速率进行了进一步的统计分析。研究结果表明,油套管腐蚀速率与注采井设计前的室内实验、生产过程的挂片监测试验数据相比有较大差异;油套管实际腐蚀量随井深增加而增加,环空保护液、水泥环界面附近及井口段腐蚀量显著增加。建议在储气库注采井油套管设计时,盈余量应显著大于常规油气井,特别是井口200 m段及下部位置。储气库注采井应在完成建井或注采井服役5 a内进行油套管基准壁厚的检测。     

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。     

高陡构造区枯竭型油气藏改建地下储气库配套地震解释技术序列

由枯竭型油气藏改建的地下储气库(以下简称储气库)具有储气量大、投资相对较低等优点,是储气库建库的首选目标。高陡构造区由于构造复杂、储层厚度薄,准确落实地下构造真实形态和目标地层深度难度大,地质目标难以一次性中靶。为了形成一套有针对性的高陡构造区枯竭型油气藏改建储气库的地震解释技术序列,对整个建库期间使用到的地震解释技术进了梳理和分析。研究结果表明:(1)基于多井控制的地震地质综合解释技术可以对构造进行准确的三维空间雕刻,能够有效地解决高陡构造真实形态和目标地层深度预测的难题,进而对气藏的封闭性做出评价;(2)所形成的地震导向技术,为注采井的实施提供了强有力的物探技术支撑,有效地指导了注采井工艺的设计、实施,为提高髙陡复杂构造区钻探成功率提供了可靠的资料,提高了钻井速度与效益;(3)随钻过程中实时跟踪调整,可以有效提高注采井一次性入靶率和目的层段的进尺。结论认为,所形成的配套地震解释技术序列为四川盆地东部XGS地下储气库建设提供了强有力的技术支撑,有效地指导了注采井工艺的设计实施以及动态调整井轨迹方案,提高了钻井一次性中靶率,大幅度提高了石炭系地层及储层的钻遇率,对今后枯竭型油气藏改建储气库工程具有参考借鉴意义。     

枯竭油气藏改建地下储气库钻采工程方案设计

据统计,目前,世界已有约427座天然气地下储气库是利用枯竭油气藏改建而成的,约占总库数的76.8%.该类储气库所具有的工作条件和生产运行的内在特性与外在要求,决定了在储气库的建设工程上,须全面认识和掌握其与油气藏开发建设工程的异同,以便更好地满足要求.结合大港油田集团钻采工艺研究院对大张坨枯竭凝析油气藏所建第一、第二、第三储气库所做的工作,对枯竭油气藏改建天然气地下储气库工程中钻采工程方案设计进行了研究和总结.结果表明采用钻采一体化工程设计思想,在钻井、固井、射孔完井等工序过程中采取的油气层保护措施,其效果是理想的.     

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按照储气库注采井的基本要求和大张坨地区独特的地面条件及油层压力系数非常低的特点，设计了具有射孔、试油、注气、采气等多功能的注采工艺管柱。通过方案实施，具有多种功能的这套管柱均一次成功完成，施工成功率100%，证明了这套管柱的可靠性。它有效地保护了油气层，克服了常规方案造成二次污染的问题，具有安全、可靠、实用、免修期长等许多优点，为今后地下储气库的建设提供了成功先例；另外，采气树整体升高方案及地面安全控制系统的设计不仅满足了特殊的泄洪区环境防污染、防火灾的需要，而且还具有简单、实用、可靠、经济等特点，为以后开发特殊环境下的油气田提供了指导意义。     

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。     

大张坨地下储气库注采井工程建设监理实践

大张坨地下储气库是我国第一座地下储气库，是第一个按照项目管理承包模式（PMC）的国际工程建设惯例实施监理的大型钻采工程，其管理模式和经验对我国储气库建设具有重要意义。为此， 分析了此项目的工程设计监理、工程施工准备监理、钻井系统工程施工监理、完井工程监理、竣工验收监理等5个难点，详细介绍了项目12口注采井建设全过程的PMC管理模式；从建立监理模式、建立管理制度、制订技术规范、实施安全预案、关键工序旁站监理等方面说明了监理实施要点。探索出一套我国陆上石油钻采工程新型监理体制的管理模式，创造了大港地区优质快速钻井施工新纪录。该项目安全保质保量按期完成，保证了向北京和天津的安全供气，7年来储气库运行平稳， 为后续5个储气库的建设管理打下坚实基础，对我国大规模建设地下储气库有借鉴作用。     

地下储气库天然气损耗及控制

从1999年以来，陕京输气管道工程已相继建成了大张坨、板876和板中北3座地下储气库，这些储气库对于北京、天津和华北地区冬季调峰供气起到了不可替代的作用。目前与“西气东输”管线相配套的地下储气库正处于设计和建设当中，而更多的地下储气库也正在被规划和研究中。天然气损耗是储气库的特有参数之一，它不仅关系到储气库运行的经济特性，而且还是评价一个储气库成败的关键。文章根据几年来对已建储气库的运行观察、研究，对储气库天然气的损失进行了归纳和总结，并有针对性地提出了控制措施，对储气库的设计、运行及减少天然气损耗有一定的指导意义。     

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地下储气库的建造是一项大型、复杂的系统工程，其优化设计不仅需要满足经济上的要求，还要考虑其功能、技术、安全及环境等诸多因素的影响。地下储气库的优化设计属于多因素的综合评价问题，为此介绍了地下储气库优化设计的灰色关联分析法。首先根据地下储气库工程的实际情况构建地下储气库的评价指标（因素）体系和由各评价指标构成的预选方案，在众多预选方案的基础上构建理想方案，通过计算各预选方案与理想方案的关联程度来确定最优方案；构建了由年综合费用、垫底气量、最大地层压力、注采井数、压缩机站功率和使用寿命等指标构成的储气库综合评价指标体系，在关联度的计算中引入了因素的权重并介绍了权重计算的层次分析法。由于考虑了各项评价指标的权重，使得分析结果更符合工程实际。     

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为充分发挥“西气东输”管线和规划中的中国石化塔巴庙—济南长输管道系统的输气能力，确保季节调峰和供气的安全性，需建设配套的地下储气库。河南、山东所处中原地区与西部气源相距远，天然气管道输送距离很长，而中原油区恰好位于河南、山东两省交界处，具有丰富的天然气资源，同时具备多个建设地下储气库的枯竭性气藏。因此，宜在中原油区建设天然气地下储气库。对比国内外地下储气库建设情况，结合中原油区气藏地质特征和开发现状，提出了气藏改建为地下储气库的标准，然后对中原油区现有气藏进行筛选，从气藏的构造、断层及盖层的封闭性、储集层的物性、单井注采气能力与储气库容量等方面，综合分析气藏建库的可行性。在上述工作的基础上，优选出文96等4个气藏进行综合地质评价，评价结果认为在中原油区建设地下储气库完全可行，同时认为文96气藏可作为首选的储气库库址，卫11气藏可作为继文96气藏后的建设储气库的后续工程，文23气田、文13西气藏作为长远建设储气库工程的规划。     

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我国地下储气库（简称储气库）优化设计技术研究尚未形成一套成熟的系统理论和方法。文章以枯竭气藏型储气库为研究对象,用储气库的投资和年操作经营费用构成储气库的年折合费用,并以此为目标函数,建立了储气库优化设计方案比较法的数学模型。模型中将储气库投资分解为储气藏、注采井、集输与净化设备、注气压缩机及辅助设施和垫底气等5部分投资;将储气库年操作经营费用分解为气藏及注采井、集输及净化工艺系统和注气系统等3部分操作经营费用,并建立了各部分投资和操作经营费用的计算公式。介绍了以“压力—流量平衡法”为基础的模型求解方法和步骤。该方法可得到储气库设计的多个方案,每个方案由不同套管尺寸下的天然气产量和井数、井底和井口压力、注气压缩机功率、储气开始和结束时的最佳储气量、方案的年折合费用等参数组成。该法在中石化中原油田分公司文96地下储气库可行性研究的应用取得了好的效果。     

大港油田地下储气库可行性研究

通过对大港油田已枯竭的板８２０气藏的更加深入的地质研究，重新评价了该气藏的储集层和盖层，论证了作为地下储气库的地质可行性；通过对开发史分析研究，论证了作为地下储气库的开发可行性，并计算了气藏开发动态储量。根据多年来对天津市供气规律，确定了储气库调峰周期和基本参数。设计了注采井生产能力和注采方案。根据经济评价，认为利用废弃气藏作为地下储气库经济效益显著。图２表１（郭海莉摘）     

板814断块改建地下储气库的可行性

已建的大港地下储气库群为京津地区的发展发挥了巨大作用，但今后不断增长的天然气需求决定了寻找并建设新储气库的紧迫性。总结了地下储气库的优选标准，从油气藏的构造、断层及盖层的封闭性、储集层的物性与储气库容量估算、老井处理等方面，综合评价了大港板桥地区板814断块改建地下储气库的可行性；指出板814断块从地质、老井处理以及地面环境等方面适合建设地下储气库；根据储气库规划设计的原则，确定了板814断块改建地下储气库的规划设计方案，并得出结论：改建时只需新钻5口定向井（2口注采井，3口排水井），可充分利用板中北储气库的压缩机和地面管线资源，节约大量的投资。     

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大张坨储气库地处我国天津市大港区南5公里的独流碱河的滞洪区内，构造位置处于大港油田板桥油气田构造带的西部，是一个正在进行循环注气开发的凝析气藏－－大港油田板桥油气田B52气藏－－的基础上改建而成的地下储气库，目的层为沙河街组沙一下段板二油组的砂岩储层。该气藏1994年投入循环注气开发，2000年改建为我国第一个天然气地下储气库，并于2000年12月投入冬季调峰生产，已完成了二个冬季调峰采气、一个注气周期的生产，目前正进行注气生产。通过对大张坨储气库运行资料的分析，系统总结了有水气藏改建储气库的生产运行特点和动态规律，对我国其他储气库的建设和运行管理有指导作用。