鹽穴儲氣庫高效注排采一體化管柱

單保東 周照恒 劉亞靜 喬寬 陳猛如 郭雯 何平

中國石油華北石油管理局有限公司江蘇儲氣庫分公司

鹽穴儲氣庫在完成溶腔后，腔體內(nèi)充滿鹽巖溶解形成的鹵水，必須經(jīng)過注氣排鹵將鹵水排出后，腔體才能投入運(yùn)行使用。目前國內(nèi)注氣排鹵工藝主要是采用?244.5 mm 生產(chǎn)套管+?177.8 mm 注采套管+?114.3 mm 排鹵油管的工藝管柱組合，通過向?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環(huán)空注氣，在壓力作用下促使井內(nèi)鹵水從?114.3 mm 油管內(nèi)排出，排鹵完成后通過帶壓作業(yè)將?114.3 mm 排鹵管柱取出，實(shí)現(xiàn)腔體注采投產(chǎn)［1］。

注氣排鹵工藝技術(shù)雖然已經(jīng)在鹽穴儲氣庫得到廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際施工過程中仍存在很多問題：(1)管柱注排過流面積小，排鹵周期長。在注氣排鹵過程中，利用?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環(huán)空作為注氣通道，而鉆完井中的?244.5 mm 套管與?177.8 mm 套管中間的環(huán)空面積被浪費(fèi)，導(dǎo)致注排過流面積小，排鹵流量低，單口井排鹵周期一般為4～6 個月；較低的排鹵流量增加了管柱結(jié)晶堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要定時停井對排鹵管柱進(jìn)行反沖洗，進(jìn)一步增加了注氣排鹵時間。(2)排鹵完成后，帶壓起出排鹵管柱工序復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)大。注氣排鹵完成后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘順利開關(guān)、實(shí)現(xiàn)井下有效控制、確保鹽穴儲氣安全運(yùn)行，需要起出?114.3 mm 排鹵油管。排完鹵后腔體內(nèi)充滿了高壓天然氣，起排鹵管柱非常困難，必須使用不壓井作業(yè)裝置將排鹵管起出，帶壓作業(yè)工序復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)大，費(fèi)用高。

為了解決上述問題，通過對金壇鹽穴儲氣庫注氣排鹵現(xiàn)場實(shí)施現(xiàn)狀進(jìn)行分析，研制了滿足鹽穴儲氣庫工藝要求的注排采一體化管柱，通過開展注排采一體化管柱的應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證注排采一體化管柱的實(shí)用效果，為后期推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 注排采一體化管柱方案設(shè)計(jì)

1.1 管柱選型

針對現(xiàn)有注氣排鹵管柱過流面積小、排鹵流量低的問題，擬采用擴(kuò)大排鹵管柱直徑的方法來提高排鹵速度，此項(xiàng)改進(jìn)工藝?yán)碚撋峡梢灾苯釉龃筮^流面積，提高排鹵速度，降低管柱內(nèi)部結(jié)晶堵塞的危險(xiǎn)。

目前金壇鹽穴儲氣庫注氣排鹵工藝是采用?244.5 mm 生產(chǎn)套管內(nèi)下入?177.8 mm 套管(帶井下工具)和?114.3 mm 油管。若要增大排鹵管直徑，將原工藝?244.5 mm 生產(chǎn)套管與?177.8 mm 套管中間的環(huán)空面積有效利用起來，可以采用大直徑排鹵管直接下入?244.5 mm 生產(chǎn)套管內(nèi)進(jìn)行注氣排鹵，而目前直徑介于?244.5 mm 和?114.3 mm 之間的常用管材中，有?177.8 mm 和?139.7 mm 兩種，其設(shè)計(jì)過流面積對比見表1。

表1 排鹵及注氣面積對比Table 1 Comparison of brine discharge and gas injection area

由上表可知，?177.8 mm+?244.5 mm 管柱組合注氣面積明顯小于排鹵面積，考慮管柱接箍及管柱上其它工具外徑影響，注氣面積將進(jìn)一步減小，而過小的環(huán)空面積對于工具的選型要求更高。因此，結(jié)合金壇鹽穴儲氣庫現(xiàn)場情況，從工具匹配性、注排過流面積、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，優(yōu)選?139.7 mm+?244.5 mm 管柱組合作為注排采一體化工藝的排鹵管柱。

1.2 管柱設(shè)計(jì)

目前注氣排鹵工藝的管柱組合主要是采用?244.5 mm 生產(chǎn)套管+?177.8 mm 注采套管+?114.3 mm 排鹵油管，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。由于原注氣排鹵工藝在排鹵完成后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘順利開關(guān)，需要通過帶壓作業(yè)起出?114.3 mm排鹵油管完成腔體注采投產(chǎn)，而帶壓作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、周期長，不利于高效生產(chǎn)的進(jìn)行。

圖1 原注氣排鹵管柱結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of original gas injection and brine discharge string

因此，為達(dá)到提高效率降低風(fēng)險(xiǎn)的目的，新管柱的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使用一套管柱工具完成注氣排鹵、坐封、投產(chǎn)等步驟，省去現(xiàn)有的?114.3 mm 管柱，省去不壓井起管作業(yè)，提高注氣排鹵效率。新型注排采一體化管柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。通過生產(chǎn)套管和一體化管柱環(huán)形空間注入天然氣，從一體化管柱內(nèi)排出飽和鹵水，最后通過打壓封隔器坐封、丟手丟棄尾管進(jìn)而完井，達(dá)到省去帶壓作業(yè)的目的。

圖2 注排采一體化管柱結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of injection-dischargeproduction integrated string

2 現(xiàn)場應(yīng)用

為了驗(yàn)證金壇鹽穴儲氣庫注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵效果，開展了一體化管柱現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。為提高試驗(yàn)結(jié)果可靠性，降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，同時減少鹽腔內(nèi)落物對后續(xù)造腔的影響，計(jì)劃將試驗(yàn)分2 次實(shí)施：第一次入井試驗(yàn)驗(yàn)證注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵的效果，但試驗(yàn)管柱不下丟，采用壓差滑套模擬管柱下丟性能試驗(yàn)；第二次試驗(yàn)在驗(yàn)證注排采一體化管柱的可靠性及注氣排鹵的效果的同時，對管柱進(jìn)行下丟性能試驗(yàn)。

2.1 第一次入井

對試驗(yàn)井井筒進(jìn)行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安裝注采井口及管線并完成氮?dú)庠噳海馀披u準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行試注氣排鹵，注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環(huán)空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內(nèi)返出地面，試注氣排鹵到腔體正常進(jìn)氣，返出鹵水正常為止；試注氣排鹵合格后，開始正式注氣排鹵作業(yè)。第一次入井試驗(yàn)過程中，在12.3～13.4 MPa 注氣壓力下，平均排鹵速度135.75 m3/h，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 第一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Data statistics of the first test

注氣排鹵結(jié)束后，開始進(jìn)行氮?dú)庠噳海獨(dú)饬髁?87 Nm3/h，壓力12.8 MPa，注入氮?dú)饬? 921 Nm3，驅(qū)替天然氣至封隔器以下，泵送膠塞至塞座，打壓至17.2 MPa，封隔器坐封；環(huán)空打壓至17 MPa，驗(yàn)封合格。油管打壓至21 MPa，打開壓差滑套，壓力瞬間下降至0 MPa，滑套打開。工具及排鹵工況驗(yàn)證完畢后氮?dú)庹T舉排出注入天然氣，上提入井工具及試驗(yàn)管柱，試驗(yàn)結(jié)束。

2.2 第二次入井

對試驗(yàn)井井筒進(jìn)行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安裝注采井口及管線并完成氮?dú)庠噳海馀披u準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行試注氣排鹵，注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環(huán)空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內(nèi)返出地面，試注氣排鹵到腔體正常進(jìn)氣，返出鹵水正常為止；試注氣排鹵合格后，開始正式注氣排鹵作業(yè)，第二次入井試驗(yàn)過程中，在12.7～13.8 MPa 注氣壓力下，平均排鹵速度138.13 m3/h，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

注氣排鹵結(jié)束后氮?dú)庠噳海獨(dú)饬髁?81 Nm3/h，壓力12.5 MPa，注入氮?dú)饬? 933 Nm3，驅(qū)替天然氣至封隔器以下，泵送膠塞至塞座，打壓至18 MPa，封隔器坐封；環(huán)空打壓至17.5 MPa，驗(yàn)封合格；投入膠塞，打壓至30 MPa，丟手脫開。工具及排鹵工況驗(yàn)證完畢后氮?dú)庹T舉排出注入天然氣，起出入井工具及試驗(yàn)管柱，試驗(yàn)結(jié)束。

表3 第二次試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Data statistics of the second test

3 應(yīng)用效果分析

3.1 提高排鹵效率

篩選金壇鹽穴儲氣庫8 口完腔井進(jìn)行了注氣排鹵初期排鹵速率與2 次入井試驗(yàn)排鹵速率的對比研究。其中，試驗(yàn)的排鹵時間均為8 h，具體數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 排鹵速率對比Table 4 Comparison of brine discharge rate

?139.7 mm 套管注排采一體化管柱實(shí)現(xiàn)了環(huán)空注氣面積和管柱內(nèi)排鹵面積的優(yōu)化，降低了環(huán)空內(nèi)氣體和管內(nèi)鹵水的摩阻，使得注氣排鹵速度明顯提升。由表4 數(shù)據(jù)計(jì)算可得，在相同注氣壓力范圍內(nèi)，采用?177.8 mm+?114.3 mm 管柱8 口完腔井平均排鹵速度約為108.59 m3/h，試驗(yàn)平均排鹵速度約為136.94 m3/h，排鹵效率提高約26%。以金壇鹽穴儲氣庫為例，其鹽穴腔體體積約為15～45 萬m3，平均腔體30 萬m3，若原工藝技術(shù)進(jìn)行注氣排鹵，單口井平均排鹵時間需115 d，更換新型高效注排采一體化管柱進(jìn)行注氣排鹵只需91 d，節(jié)省排鹵時間24 d。

3.2 簡化作業(yè)工序

原注氣排鹵管柱通過向?177.8 mm 套管與?114.3 mm 油管環(huán)空注氣，在壓力作用下促使井內(nèi)鹵水從?114.3 mm 油管內(nèi)排出，排鹵完成后通過帶壓起排鹵管及鋼絲作業(yè)工序?qū)?114.3 mm 排鹵管柱取出，實(shí)現(xiàn)腔體注采投產(chǎn)。而高效注排采一體化管柱注氣排鹵從?244.5 mm 套管與?139.7 mm 油管環(huán)空注入天然氣，鹵水通過?139.7 mm 油管內(nèi)返出地面，在完成注氣排鹵后，是通過打壓封隔器坐封、丟手丟棄尾管進(jìn)行完井，?139.7 mm 油管兼顧排鹵與注采氣功能，節(jié)省了一套?114.3 mm 注氣排鹵管材，省去了帶壓起排鹵管及鋼絲作業(yè)工序，避免了帶壓作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，同時節(jié)省了整套注氣排鹵工藝的施工作業(yè)及材料成本，縮減作業(yè)時間10～15d。

4 結(jié)論

(1)通過兩井次注氣排鹵試驗(yàn)，成功驗(yàn)證了新型高效管注排采一體化管柱現(xiàn)場應(yīng)用的可行性，可以滿足鹽穴儲氣庫注氣排鹵需求。

(2)新型高效注排采一體化管柱與現(xiàn)用油管排鹵工藝相比，注氣排鹵管柱過流面積增大，排鹵效率提高約26%；采用丟手丟棄尾管，簡化作業(yè)工序，縮減作業(yè)時間10～15 d。