25、廊坊分院完井所]鹽穴井筒及腔體密封檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用

1、鹽穴井筒及腔體密封檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用154鹽穴井筒及腔體密封檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用袁光杰申瑞臣田中蘭袁進(jìn)平（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院完井所，065007）【摘要】良好的密封性是鹽穴儲(chǔ)氣庫工程建設(shè)的基本目標(biāo)之一，如何檢測(cè)和評(píng)價(jià)鹽穴井筒及腔體密封性能是儲(chǔ)氣庫工程建設(shè)的重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。筆者分析了國(guó)內(nèi)外在鹽穴儲(chǔ)氣庫密封性檢測(cè)技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了影響鹽穴井筒及腔體密封性能的主要因素，提出了以氮?dú)饣蚩諝鉃榻橘|(zhì)的鹽穴井筒及腔體密封檢測(cè)方法，

2、給出了相應(yīng)的密封評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以現(xiàn)場(chǎng)A1和A2鹽穴井為實(shí)例，詳細(xì)分析了密封檢測(cè)方法的應(yīng)用效果，給出了兩口井的密封評(píng)價(jià)結(jié)果。研究成果對(duì)保證西氣東輸鹽穴儲(chǔ)氣庫工程建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行安全具有重要意義?！娟P(guān)鍵詞】鹽穴儲(chǔ)氣庫密封西氣東輸標(biāo)準(zhǔn)金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫作為西氣東輸管線的配套建設(shè)工程，直接影響到西氣東輸管線的運(yùn)行安全和應(yīng)急調(diào)峰能力。鹽穴儲(chǔ)氣庫的密封性能不僅直接決定了鹽穴能否儲(chǔ)存天然氣，還關(guān)系到儲(chǔ)氣庫周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。鹽穴儲(chǔ)氣庫密封檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)是一

3、項(xiàng)涉及到多學(xué)科的復(fù)雜技術(shù)，導(dǎo)致鹽穴井密封失效的因素多（如鹽巖層特性、夾層及蓋層特性、井深結(jié)構(gòu)、固井工藝、注采工藝等），密封失效機(jī)理復(fù)雜。為了盡早發(fā)現(xiàn)鹽穴井筒和腔體中存在的密封隱患，及時(shí)作出決策和采取有效措施，避免事故的發(fā)生，特開展鹽穴儲(chǔ)氣庫密封檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)的研究。筆者分析了國(guó)內(nèi)外在鹽穴密封檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了影響鹽穴儲(chǔ)氣庫密封性能的主要因素，提出了以氮?dú)饣蚩諝鉃榻橘|(zhì)的井筒密封檢測(cè)方法，制定了了相應(yīng)的密封評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并分析

4、評(píng)價(jià)了密封檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)場(chǎng)A1和A2井的應(yīng)用效果。1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在鹽穴儲(chǔ)氣庫的密封性檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)外從20世紀(jì)八十年代就開始進(jìn)行大量研究并得出了多種成果。其中VanFossan[1]與VanFossan和Whelpy[2]詳細(xì)論述了鹽穴井密封測(cè)試的技術(shù)要點(diǎn)和必要性，提出采用液體泄漏測(cè)試方法進(jìn)行密封檢測(cè)，并給出了這種測(cè)試方法的準(zhǔn)確度；Heitman[3]給出了一組案例用以說明現(xiàn)場(chǎng)使用氮?dú)鈾z測(cè)鹽穴密封性中遇到的問題；Vra

5、kas[4]討論了關(guān)于美國(guó)戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備中的鹽穴完整性計(jì)劃；Diamond[5]提出了采用“淡水—鹵水界面法”監(jiān)測(cè)腔體密封性，將淡水注入鹽穴腔體，任何淡水和鹵水界面的向上移動(dòng)均會(huì)導(dǎo)致井口壓力的下降，并且可以將測(cè)試井的壓力變化與參考井（充滿鹵水）的壓力變化進(jìn)行對(duì)比?；谏鲜鏊枷?，P.Berest[6]等人隨后提出了“燃料油－鹵水界面法”；Thiel[7]提出了測(cè)量界面所在區(qū)域橫截面直徑的精確方法，解決了氮?dú)庑孤稖y(cè)試方法中的實(shí)質(zhì)問題。Crot

6、ogino[8]提出了鹽穴儲(chǔ)氣庫最小可檢測(cè)泄漏率與最大允許泄漏率的標(biāo)準(zhǔn)。1998年SMRI組織了一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)鹽穴的密封檢測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行了一個(gè)綜合評(píng)估?？偨Y(jié)國(guó)外研究成果，可以發(fā)現(xiàn)目前國(guó)外在鹽穴儲(chǔ)氣庫密封檢測(cè)技術(shù)方面主要有兩類方法，測(cè)試原理如下（如圖1所示）：1.1氣體泄漏測(cè)試方法該方法主要是通過向測(cè)試管柱和生產(chǎn)套管之間的環(huán)空中注入氮?dú)饣蚩諝?，并使氣水界面深度位于生產(chǎn)套管鞋以下的腔體脖頸處。在測(cè)試管柱中下入界面測(cè)量?jī)x器或?qū)Ｓ脺y(cè)試工具，測(cè)試時(shí)間

7、間隔為72小時(shí)。氣水界面的向上移動(dòng)暗示了氣體的泄漏，通過地面井口的壓力測(cè)量以及溫度測(cè)井可以精確計(jì)算出氣體的泄漏量。鹽穴井筒及腔體密封檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用156經(jīng)計(jì)算，值為105年，也即在上述條件下，10萬m3的鹽腔的鹵水損失率約為每年1m3，perm??表明鹽巖層本身的密封性能是良好的。2.2蓋層及夾層密封性儲(chǔ)氣庫的蓋層是否存在斷裂、蓋層巖性是否均一、蓋層的擴(kuò)散能力、夾層的密封性能對(duì)氣庫是否密封起著重要作用。根據(jù)三維地震資料解釋成果及實(shí)

8、際的鉆井資料發(fā)現(xiàn)，金壇盆地直溪橋凹陷鹽巖層埋深適中（975～1200m），地層平緩，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，相對(duì)穩(wěn)定；氣庫范圍內(nèi)斷層發(fā)育帶均為壓性斷層，斷裂裂縫少，為2條km2，斷距不大，斷層兩側(cè)巖性為泥質(zhì)巖或鹽巖，具有良好的密封性；金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫的蓋層巖性均屬泥質(zhì)巖，泥質(zhì)平均含量50%，所含礦物中最主要的是粘土礦物，平均占25%。蓋層的擴(kuò)散能力弱，滲透率低，突破壓差大，具有很好的封閉能力；金壇盆地鹽巖層內(nèi)有7～10個(gè)穩(wěn)定的泥巖夾層。經(jīng)過對(duì)夾層樣品

9、分析發(fā)現(xiàn)：（1）夾層巖性塑性條件好；（2）毛管壓力高，巖性致密；（3）通過夾層的甲烷氣體擴(kuò)散量可忽略不計(jì)。完井試壓表明，在最大厚度的泥巖夾層段地層承壓25MPa未破裂。綜合上述分析認(rèn)為金壇盆地鹽穴儲(chǔ)氣庫的蓋層及夾層具有良好的密封性。2.3井身結(jié)構(gòu)及固井工藝由于鹽穴井筒未來將用于高壓儲(chǔ)氣運(yùn)行，結(jié)合金壇地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用20m左右的導(dǎo)管封堵地表含水層和疏松巖層，用600m左右的表層套管封堵易漏的玄武巖地層，生產(chǎn)套管則采用3SB氣密封螺紋，進(jìn)

10、入鹽層30m左右以提高鹽穴井筒的密封性。另外注采管柱及井口的配置對(duì)氣庫運(yùn)行過程中的井筒密封性影響非常大。在固井方面，表層套管采用內(nèi)插法固井工藝進(jìn)行固井，以提高表層固井質(zhì)量；生產(chǎn)套管則采用JSS低溫早強(qiáng)穩(wěn)定性好的半飽和鹽水水泥漿進(jìn)行固井，以保證套管鞋處的水泥固結(jié)質(zhì)量，增強(qiáng)井筒的密封性。3密封檢測(cè)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)綜合分析文獻(xiàn)中報(bào)道的多種鹽穴儲(chǔ)氣庫密封檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種利用氣水界面深度變化絕對(duì)數(shù)值和氣體泄漏率隨時(shí)間變化趨勢(shì)來聯(lián)合評(píng)

11、價(jià)鹽穴井筒及腔體密封性的方法。3.1密封檢測(cè)方法向井腔中下入一套試壓管柱（如圖2所示）；安裝可以坐掛試壓管柱的試壓井口；向井腔中注入適量的飽和鹵水，使腔內(nèi)鹵水壓力達(dá)到指定壓力；下入氣水界面測(cè)井儀器，使其下深至生產(chǎn)套管鞋以下的腔體脖頸處；向試壓管柱和生產(chǎn)套管之間的環(huán)空中注入氣體，當(dāng)氣水界面深度達(dá)到生產(chǎn)套管鞋以下10m位置，且生產(chǎn)套管鞋處氣體的壓力達(dá)到儲(chǔ)氣庫最大運(yùn)行壓力的1.1倍時(shí)，停止注入氣體。保持整個(gè)系統(tǒng)溫度平衡8～10h后，通過補(bǔ)注氣