鹽穴儲(chǔ)氣勘探孔施工過程中的泥漿優(yōu)化

商懷玉

摘 要：本文介紹了地下儲(chǔ)氣庫(kù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，針對(duì)蘇北鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)勘探過程中鉆遇地層情況，對(duì)鉆探泥漿進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù);勘探;泥漿;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TE822 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）22-0159-02

1 地下儲(chǔ)氣庫(kù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是用于儲(chǔ)存天然氣的地質(zhì)構(gòu)造和配套設(shè)施，主要功能是用氣調(diào)峰和安全供氣、戰(zhàn)略儲(chǔ)備、提高管線利用系數(shù)節(jié)省投資、降低輸氣成本等。城市燃?xì)馐袌?chǎng)需求隨季節(jié)和晝夜波動(dòng)較大，僅依靠輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)均衡輸氣能對(duì)流量小范圍調(diào)節(jié)，但難以解決用氣大幅度波動(dòng)的矛盾。采用地下儲(chǔ)氣庫(kù)將用氣低峰時(shí)輸氣系統(tǒng)中富余的氣量?jī)?chǔ)存起來，在用氣高峰時(shí)采出以補(bǔ)充管道供氣量不足，解決用氣調(diào)峰問題。

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀

地下儲(chǔ)氣庫(kù)的歷史可以上溯到20世紀(jì)初[1]。1915年。加拿大建成世界上第一座地下儲(chǔ)氣庫(kù)。到目前為止，全世界有地下儲(chǔ)氣庫(kù)550座左右，可以進(jìn)行調(diào)峰的氣量約3500×10m。這些儲(chǔ)氣庫(kù)分屬不同國(guó)家的逾100家公司，其中既有儲(chǔ)氣量超1000×10m的天然氣上下游一體化的大型跨國(guó)公司，也有僅單純經(jīng)營(yíng)1～2座地下儲(chǔ)氣庫(kù)的小公司。

1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

中國(guó)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚[2]，20世紀(jì)70年代在大慶油田曾經(jīng)進(jìn)行過利用氣藏建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的嘗試。20世紀(jì)90年代初，隨著陜京天然氣輸氣管道的建設(shè)，為確保北京、天津的安全供氣，國(guó)家開始加大力度研究建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)。2000年11月，我國(guó)首次在大港油田利用枯竭凝析氣藏建成了大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)，總庫(kù)容達(dá)到46.0×10m，總可利用氣量為20.0×10m左右，日最大供氣量近2000×10m。2003年利用氣量為7.6×10m，占陜京輸氣管道年銷售量的28%。2006年冬季高峰期，該地下儲(chǔ)氣庫(kù)每天向北京供氣逾1600×10m，彌補(bǔ)陜甘寧天然氣的供應(yīng)量缺口。

為保證西氣東輸沿線地區(qū)用戶的正常用氣，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司規(guī)劃分別在江蘇金壇、劉莊和安徽定遠(yuǎn)建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)。為了保證忠縣—武漢天然氣輸氣管道安全平穩(wěn)供氣，該公司也在積極進(jìn)行建設(shè)忠武線配套地下儲(chǔ)氣庫(kù)的前期準(zhǔn)備工作。

地下儲(chǔ)氣庫(kù)在天然氣工業(yè)發(fā)展過程中的作用重大，因此，政府、企業(yè)都對(duì)此高度重視。依據(jù)國(guó)家總體戰(zhàn)略部署，中國(guó)將形成四大區(qū)域性聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)的儲(chǔ)氣庫(kù)群：東北儲(chǔ)氣庫(kù)群、華北儲(chǔ)氣庫(kù)群、長(zhǎng)江中下游儲(chǔ)氣庫(kù)群和珠江三角洲儲(chǔ)氣庫(kù)群。展望2020年，國(guó)家將規(guī)劃建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)30座以上，可調(diào)峰總量達(dá)320×10m。

1.3 鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)狀

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建于鹽丘或鹽巖的地下儲(chǔ)氣庫(kù)。通常利用溶鹽工藝開采地下鹽礦形成的空穴來儲(chǔ)存高壓天然氣。鹽溶工藝涉及大量水的循環(huán)和排放，造成鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)投資和運(yùn)行成本都較高。鹽穴儲(chǔ)氣的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氣庫(kù)的利用率較高，注氣時(shí)間短，墊層氣用量少，需要時(shí)可以將墊層氣完全采出。目前世界上有鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)共44座，占地下儲(chǔ)氣庫(kù)總數(shù)的8%。

西氣東輸?shù)闹匾{(diào)峰設(shè)施—金壇地下儲(chǔ)氣庫(kù)，位于江蘇省金壇市直溪鎮(zhèn)，毗鄰鎮(zhèn)江，屬鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)，是中國(guó)鹽穴第一庫(kù)，規(guī)模為亞洲第一。它開創(chuàng)了中國(guó)利用深部洞穴實(shí)施能源儲(chǔ)存的先河，在地址選區(qū)、區(qū)塊評(píng)價(jià)、溶腔設(shè)計(jì)、造腔控制、穩(wěn)定性分析、注采方案設(shè)計(jì)、鉆完井工藝等多方面獲得了一批研究成果和技術(shù)手段，為中國(guó)利用鹽穴進(jìn)行天然氣儲(chǔ)備為進(jìn)一步勘探建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，在蘇北開展了儲(chǔ)氣庫(kù)勘探孔鉆探。

2 地質(zhì)條件

2.1 地層

第四系（Qd）：0～200.00m，厚度200m，巖性上部主要為灰黃色、土黃色粉砂質(zhì)粘土，下部主要為褐色含礫粘土層并含有大量鈣質(zhì)充填，與下伏地層呈不整合接觸。

新近系鹽城組（Ny），200.00～450.00m，厚度250m，巖性上部為灰黃色夾灰白色粉砂與中粗砂互層，靠近下部夾粘土薄層，中部紫紅色粘土夾粉細(xì)砂，下部以中細(xì)沙為主，接近底部為礫石層，礫石主要由石英及硅質(zhì)成份組成，與下伏地層不整合接觸;白堊系上統(tǒng)浦口組（K2p）：該組地層可分為三段，根據(jù)區(qū)內(nèi)勘探等資料，只揭露浦三段和浦二段上部地層。

（1）浦三段（K2p3）：450.00-2000.00m，厚度1550m，上部以紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，局部見鈣泥質(zhì)膠結(jié)，含硬石膏團(tuán)塊，下部以灰褐色泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主，含鈣質(zhì)，局部夾鈣芒硝條帶。

（2）浦二段（K2p2）：2000.00-2800.00m，厚度800m（未穿），巖性以煙灰色巖鹽、鈣芒硝巖、泥巖為主，成頻繁韻律層產(chǎn)出，根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆探等地質(zhì)資料只揭露上亞鹽段的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ巖性組合。

2.2 含鹽系地層地質(zhì)特征

（1）含鹽系地層賦存于白堊系浦口組地層中，時(shí)代屬中生代白堊系中晚期。石巖鹽在剖面中占主導(dǎo)地位，其次為鈣芒硝巖。

（2）含鹽系剖面結(jié)構(gòu)特征：該區(qū)浦口組含鹽系地層為一個(gè)咸化期，自上而下可分為三個(gè)巖性亞段：上鹽亞段、中淡化亞段及下鹽亞段。本次勘探目的層為上鹽亞段（未揭穿）。該亞段在區(qū)域上又分為四個(gè)巖性組合。該亞段在區(qū)域上又分為四個(gè)巖性組合，而本孔勘探目的為揭示第IV巖性組合、第III巖性組合和第Ⅱ巖性組合段（未揭穿）。

鹽群埋深2000～2800.00m。

3 勘探孔設(shè)計(jì)

一開井段：0-500m，孔徑Φ311.1mm，下入Φ244.5×8.94mm的表層套管，鋼級(jí)為J55，P.O42.5水泥固井，水泥漿返至地表，候凝時(shí)間大于72小時(shí);二開井段：500-2800m，開鉆用Φ215.9mmPDC鉆頭，全面鉆進(jìn)2000m左右，鉆遇鹽巖前改用Φ215.9mm取心鉆頭+川8-4型取心筒，取心鉆進(jìn)，鉆至2800m終孔?？碧娇自O(shè)計(jì)見表1及圖1。

4 泥漿優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 原泥漿配方存在的問題

原泥漿配方為：6%鈉土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+4‰低粘低粘羧甲基纖維素鈉鹽CMC-LV+0.3‰潤(rùn)滑劑，密度1.06g/cm3。

鉆遇浦三段（K2p3）紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖后，泥巖造漿嚴(yán)重，固相含量大幅升高，旋流除砂器大量排出廢漿，補(bǔ)充新漿后不久，泥漿快速變稠，在1127m處發(fā)生吸附卡鉆。

事故原因分析：受造漿影響，泥漿中固相含量嚴(yán)重超標(biāo)，泥皮質(zhì)量變差且泥皮很厚，在固相填充及泥皮吸附雙重作用下，發(fā)生了卡、埋混合型卡鉆。

事故處理：采用解卡劑對(duì)下部鉆具浸泡18.5小時(shí)解卡。

4.2 優(yōu)化后的泥漿配方應(yīng)用效果

針對(duì)鉆遇的泥巖地層，并結(jié)合應(yīng)對(duì)下部膏鹽層，應(yīng)改變泥漿配方，采用抑制泥巖造漿、抗鹽性能好的泥漿體系。優(yōu)化后的泥漿配方為：6%鈉土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+3%鉆井液用磺化褐煤SMC+2%磺化酚醛樹脂SMP+2%磺化瀝青，密度1.07g/cm3左右，必要時(shí)加入2%鉆井液用低熒光特效防塌劑。其中：鉆井液用磺化褐煤SMC為降粘劑和降失水劑，耐高溫性好。直接應(yīng)用于各種水基鉆井液體系中，可與多種處理劑可配合使用。一般加量3-5%?；腔尤渲琒MP為抗高溫抗鹽降失水劑，并兼有防塌、潤(rùn)滑等作用。一般與鉆井液用磺化褐煤SMC搭配使用效果更好，加量1%-3%?；腔癁r青含有磺酸基，水化作用很強(qiáng)，起到防塌作用，是一種堵漏、防塌、潤(rùn)滑、減阻、抑制等多功能的有機(jī)鉆井液處理劑，一般加量1-6%。

采用新的配方泥漿替換孔內(nèi)全部漿液后，繼續(xù)鉆進(jìn)，泥漿流變性、穩(wěn)定性好，有效克服了泥巖造漿。鉆至膏鹽層頂板前，向泥漿內(nèi)加鹽至飽和，Cl-含量大于1.8×105mg/L。飽和鹽水泥漿配方為：5%鈉土+2‰NaOH+5%鉆井液用磺化褐煤SMC+3%磺化酚醛樹脂SMP+3%磺化瀝青，密度1.30-1.35g/cm3左右，馬式漏斗粘度40-60S，HTHP失水失水<14mL，PH值9-10。飽和鹽水泥漿性能穩(wěn)定，施工過程中粘度變化不大，起下鉆通暢，鉆探過程平穩(wěn)，取出的鹽心規(guī)則完整無溶失，順利鉆進(jìn)至終孔。

5 結(jié)論與建議

（1）鉆井液用磺化褐煤、磺化酚醛樹與脂磺化瀝青能有效抑制泥巖造漿，并具有良好的抗鹽性能。

（2）針對(duì)此類地層情況，應(yīng)在二開時(shí)直接采用飽和鹽水泥漿。飽和鹽水能有效抑制泥巖造漿，并且減少了淡水泥漿轉(zhuǎn)換為鹽水泥漿的過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國(guó)興.地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與發(fā)展趨勢(shì)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2006，25（8）：4-6.

[2] 鄭瀚翔.中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].科技致富向?qū)В?015（17）：64.