摘　要：國(guó)內(nèi)已投入運(yùn)行的儲(chǔ)氣庫(kù)暴露出了環(huán)空帶壓?jiǎn)栴}，嚴(yán)重地影響了儲(chǔ)氣庫(kù)安全平穩(wěn)運(yùn)行。為此詳細(xì)介紹了國(guó)外儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)在注采井壽命、鉆井方式及井型、井身結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)工藝、固井、完井、老井封堵和注采等方面采用的最新理念和技術(shù)。針對(duì)國(guó)內(nèi)在建和擬建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的基本情況，著重分析了環(huán)空帶壓、井身結(jié)構(gòu)、鉆井施工、固井、老井處理、關(guān)鍵工具和裝備以及規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等方面存在的主要問(wèn)題。結(jié)果認(rèn)為：①國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)各方逐漸接受了儲(chǔ)氣層采用了大尺寸井眼且儲(chǔ)層專打的井身結(jié)構(gòu)理念；②鉆井應(yīng)以提高固井質(zhì)量為核心，把套管絲扣氣密封檢測(cè)、彈性水泥漿、IBC測(cè)井等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于技術(shù)套管和生產(chǎn)套管固井；③要高度重視地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采井和老井的井筒完整性管理。最后指出應(yīng)建立適合國(guó)內(nèi)地質(zhì)特點(diǎn)的儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范；需專項(xiàng)研究低壓儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井防漏堵漏和儲(chǔ)層保護(hù)等技術(shù)并研制油套管氦氣氣密性檢測(cè)等裝備與工具。

關(guān)鍵詞：中國(guó)　地下儲(chǔ)氣庫(kù)　鉆井　完井　固井　技術(shù)現(xiàn)狀　井筒完整性管理

Drilling and completion technologies for the underground gas storage(UGS) in China: A state-of-the-art appraisal

Abstract：Both research and construction of underground gas storage(UGS)started late in China，and the annular abnormal pressure in drilling has brought about trouble in normal operation of those in service UGSs．In view of this，this paper first introduces in detail the newest ideas and advanced techniques associated with international UGS in terms of life spans of inj ection and Droductionwells，drilling methods and well types，well structure，drilling technology，cementing and completion，plugging，inj ection and production of mature wells，and SO on．Then，this paper analyzes the basic information of those UGS projects planned or under construction，focusing on such major issues as circular abnormal pressure，well structure，drilling operation，well completion and cementing，processing of mature wells，important tools and equipments，as well as the involved criteria and regulations．The following conclusions are drawn．(1)The new concept of casing program specially designed for gas reservoirs with large size bore holes being adopted has been gradually accepted by all the participators of UGS project construction．(2)Cementing quality is the core of drilling operation SO the advanced techniques like air-tight seal inspection，elastic cement，isolation scanner are used for intermediate and production casings in well cementin9．(3)Great attention should be paid to the well integrity management of inj ection．prod uetion and mature wells in the USG construction．On this basis，the following proposals are presented．(1)Design codes and technical regulations should be established for well completion in UGS projects based on domestic geological conditions．(2)Special studies should be conducted on the technologies for loss circulation control and reservoir protection as well as the development and research of special equipment and tools for helium leak check in casing strings．

Key words：China underground gas storage(UGS)，drilling，completion，cementing，salt cavern，well integrity management

根據(jù)國(guó)際天然氣聯(lián)盟(IGU)統(tǒng)計(jì)，目前全球共36個(gè)國(guó)家和地區(qū)建設(shè)有630座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)總工作氣量為3530×108m³，約占2010年全球3.1×10⁸m³天然氣消費(fèi)量的11.14％。共有儲(chǔ)氣庫(kù)井23×10⁴口。美國(guó)、俄羅斯、烏克蘭、德國(guó)、意大利、加拿大、法國(guó)是傳統(tǒng)的儲(chǔ)氣庫(kù)大國(guó)，占全球地下氣庫(kù)工作氣量的85％；全球地下儲(chǔ)氣庫(kù)總工作氣量的78％分布于氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)，5％分布于油藏型儲(chǔ)氣庫(kù)，12％分布于含水層儲(chǔ)氣庫(kù)，5％分布于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，另有約0.1％分布于廢棄礦坑和巖洞型儲(chǔ)氣庫(kù)中^[1]。

枯竭油氣藏是世界上最適合建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的一種類型。l915年在加拿大安大略省Wellland枯竭氣藏建立首個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)，到2006年全球利用枯竭油氣藏改造而成的儲(chǔ)氣庫(kù)有495座，占當(dāng)年儲(chǔ)氣庫(kù)總量的82％。2006年美國(guó)365座枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)中的320座為氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，10座為凝析氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，9座為油藏儲(chǔ)氣庫(kù)，26座為油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)^[1]。國(guó)外枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層深度在500～2500m，儲(chǔ)層滲透率一般在幾十至上千毫達(dá)西，巖性主要為砂巖和石灰?guī)r，部分氣田含H₂S。

1959年前蘇聯(lián)建成第1口鹽穴儲(chǔ)庫(kù)井，現(xiàn)在全世界有60多座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。鹽穴儲(chǔ)庫(kù)的類型主要有3種：薄鹽層中的巷道式鹽穴腔體，多夾層巖鹽中的倒梨形腔體和鹽丘中的圓柱形腔體^[2-3]。國(guó)外鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的目的層一般為鹽丘，厚度高為500～1000m；巖鹽埋深一般在l500m以內(nèi)；巖鹽品味好，不溶物含量低、夾層少。

美國(guó)于1953-1958年在芝加哥肯塔基建成了世界上第一個(gè)含水層地下儲(chǔ)氣庫(kù)；世界上最大的含水巖層地下儲(chǔ)氣庫(kù)為俄羅斯的卡西莫夫地下儲(chǔ)氣庫(kù)。美國(guó)是擁有含水層儲(chǔ)氣庫(kù)最多的國(guó)家(47座)，法國(guó)15座儲(chǔ)氣庫(kù)中有12座為含水層型儲(chǔ)氣庫(kù)，是目前擁有含水層型儲(chǔ)氣庫(kù)比例最高的國(guó)家。

1　國(guó)外儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀分析

1．1注采井壽命設(shè)計(jì)

國(guó)外儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)單位重視巖石力學(xué)、管柱力學(xué)等基礎(chǔ)性研究，重視建井質(zhì)量的管理，氣庫(kù)注采井按至少30年不修井的原則進(jìn)行壽命設(shè)計(jì)。目前比利時(shí)Loen-hout儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，法國(guó)TIGF儲(chǔ)氣庫(kù)也已運(yùn)行超過(guò)了50年，目前僅1口井有異常套壓(除封堵井外)，荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫(kù)6口生產(chǎn)井生產(chǎn)l4年沒(méi)有異常套壓^[4-7]。

1．2鉆井方式及井型

枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)井在鉆井方式上主要采用叢式井場(chǎng)設(shè)計(jì)，便于集中管理，減少設(shè)備搬遷。比利時(shí)Loen-bout儲(chǔ)氣庫(kù)用4個(gè)叢式井組完成30口井；荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫(kù)采用1個(gè)叢式井組鉆成10口井，井間距為l0m；法國(guó)TIGF儲(chǔ)氣庫(kù)叢式井組井間距為7m。儲(chǔ)氣庫(kù)注采井應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層特征，優(yōu)先采用水平井或采用水平井、定向井組合提高單井注采能力，水平井水平段長(zhǎng)度原則上不小于500m。德國(guó)Breitbrunn—Eggstatt儲(chǔ)氣庫(kù)最近新鉆5口水平井，最大水平位移為l514m；西班牙Yela儲(chǔ)氣庫(kù)10口注采井均采用了叢式水平井或定向井^[4，8]。

1．3井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)氣庫(kù)注采井為滿足季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急供氣的功能，需要滿足大流量注采及長(zhǎng)壽命、高安全的要求，應(yīng)盡量采用較大尺寸的井身結(jié)構(gòu)。對(duì)于低壓油氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)采用儲(chǔ)層專打，不兼顧其他層位。儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)套管及完井管柱在材質(zhì)選擇方面主要根據(jù)注采氣質(zhì)而定，若存在腐蝕因素，應(yīng)采用相應(yīng)的防腐材質(zhì)，材質(zhì)選擇上都比較保守。例如歐洲比利時(shí)的Loenhout儲(chǔ)氣庫(kù)、Yela儲(chǔ)氣庫(kù)和荷蘭的Norg儲(chǔ)氣庫(kù)采氣油管均為夠Ø 177.8mm^[4]。

1.4鉆井工藝技術(shù)

針對(duì)低壓地層，采取欠平衡+帶壓作業(yè)，儲(chǔ)層壓力過(guò)低的采取先注氣提高壓力再鉆井的操作程序，以減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害^[5]。如比利時(shí)Loenhout儲(chǔ)氣庫(kù)，即采用了帶壓作業(yè)完井的方式進(jìn)行操作；西班牙Serrablo儲(chǔ)氣庫(kù)為一個(gè)衰竭型氣藏，為降低鉆井復(fù)雜，進(jìn)行了先注、后鉆注采井的工作^[4]。完井管柱上卸扣時(shí)主要采用帶扭矩檢測(cè)，確保上扣扭矩且要求每根套管均進(jìn)行氣密封檢測(cè)，確保入井管柱密封質(zhì)量。國(guó)外儲(chǔ)氣庫(kù)在下氣密封管柱時(shí)，均要求每根套管均進(jìn)行氣密封檢測(cè)^[8]。

1．5固井技術(shù)

儲(chǔ)氣庫(kù)井筒水泥環(huán)在交變應(yīng)力條件下，很容易產(chǎn)生微裂縫、微環(huán)空，產(chǎn)生氣竄和套管帶壓風(fēng)險(xiǎn)。為了提高同井質(zhì)量，主要采取以下措施：①儲(chǔ)氣庫(kù)注采井設(shè)計(jì)上要控制單層套管下入深度；②重視每一層套管的固井質(zhì)量，水泥返至地面；③采用韌性膨脹水泥，減少應(yīng)力交變對(duì)水泥環(huán)的影響；④采用自愈合水泥技術(shù)，填充后期產(chǎn)生的微裂縫；⑤固井質(zhì)量檢測(cè)要求高，國(guó)外普遍采用超聲波成像測(cè)井方法(如IBC)。通過(guò)運(yùn)用上述措施，Total、Shell在建井質(zhì)量控制上取得了很好的效果，法國(guó)TIGF儲(chǔ)氣庫(kù)目前僅l口井有異常套壓；荷蘭Norg儲(chǔ)氣庫(kù)6口生產(chǎn)井生產(chǎn)l4年沒(méi)有異常套壓^[9-11]。

1．6完井技術(shù)

針對(duì)枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)注采井出砂問(wèn)題各公司的認(rèn)識(shí)不同，Geostock、Schlumberger認(rèn)為裸眼或篩管完成更有利于注采，TIGF采用了防砂篩管，Norg初期采用了防砂篩管為普通篩管。根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)完整性要求，原則上不進(jìn)行壓裂改造，若個(gè)別注采井存在堵塞和傷害，可采取酸化解堵措施提高注采量。環(huán)空為保護(hù)液或部分注氮?dú)猓?span lang="EN-US">Norg儲(chǔ)氣庫(kù)井環(huán)空除壓力監(jiān)測(cè)外，直接與放空系統(tǒng)連在一起^[4]。

1．7老井封堵技術(shù)

國(guó)外枯竭油氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)的老井封堵普遍遵循“先難后易”的原則，也即首先對(duì)枯竭氣田中的老井進(jìn)行評(píng)價(jià)，將情況最復(fù)雜的老井進(jìn)行首先封堵，然后依次封堵直至全部封堵成功后才開(kāi)始儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)，避免出現(xiàn)因1口井未堵好而影響整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)。具體的封堵的方法是首先檢測(cè)老井固井質(zhì)量，若蓋層封固質(zhì)量差，應(yīng)鍛銑至原地層，鍛銑段長(zhǎng)度不少于50m，注水泥封堵；若蓋層封固質(zhì)量好，可先下入橋塞封堵，上面注水泥封堵。若目的層上部仍有氣層，應(yīng)分段注塞，每個(gè)氣層頂部不少于50m水泥塞。老井封堵一年后若無(wú)問(wèn)題，可從地面以下4m切斷，恢復(fù)地表^[4，12]。

1.8注采技術(shù)

對(duì)于邊底水氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)或含水層儲(chǔ)氣庫(kù)，國(guó)外均從氣藏的最頂部開(kāi)始注氣，而且每年的注入量要大于采氣量，通過(guò)逐年下壓氣水界面，把庫(kù)容量和儲(chǔ)氣量逐步擴(kuò)大。

1.9鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)

國(guó)外鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井通常采用直井，井身質(zhì)量要求較高，通常儲(chǔ)氣庫(kù)注采井井斜小于l.5^o，井身結(jié)構(gòu)通常采用黟Ø508mm技術(shù)套管×Ø339.7mm生產(chǎn)套管×Ø244.5mm注采氣管的管柱結(jié)構(gòu)，鹽層段鉆井液采用飽和鹽水鉆井液體系，固井采用鹽水水泥漿體系，完井方面主要采用不壓井作業(yè)技術(shù)完成排鹵管的起出。國(guó)外雙井鹽穴造腔已在現(xiàn)場(chǎng)取得應(yīng)用，例如美國(guó)Avoca鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)兩口井水平井連通，花生形狀腔體，溶腔高度30.5m，長(zhǎng)度244m，腔頂跨度61m。

2  國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完并存在的主要問(wèn)題

國(guó)內(nèi)地下儲(chǔ)氣庫(kù)研究和建設(shè)起步較晚，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，先后針對(duì)大港、華北、金壇、劉莊、云應(yīng)、平頂山、麻丘、王場(chǎng)、上法、安寧、新疆、遼河、川渝氣區(qū)、長(zhǎng)慶氣區(qū)等多種儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)進(jìn)行了研究，目前投入運(yùn)行的主要有大港^[13]、華北和金壇3座儲(chǔ)氣庫(kù)。總結(jié)正在建設(shè)和已投入運(yùn)行的儲(chǔ)氣庫(kù)，發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)主要暴露出以下問(wèn)題：

2.1環(huán)空帶壓

許多枯竭氣藏或鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)注采井存在環(huán)空帶壓?jiǎn)栴}，注采井運(yùn)行1～2年后，套管環(huán)空或套管與油管之間會(huì)產(chǎn)生高壓，并可檢驗(yàn)出主要成分為天然氣。之間會(huì)產(chǎn)生高壓，并可檢驗(yàn)出主要成分為天然氣。

2.2井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏小

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)的井身結(jié)構(gòu)普遍偏小，部分氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)未采用儲(chǔ)層專打，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)目前采用歷×Ø339.7mm技術(shù)套管×Ø244.5mm生產(chǎn)套管×Øl77.8mm注采氣管的井身結(jié)構(gòu)，氣庫(kù)的建造速度和應(yīng)急能力受到限制^[14]。

2.3鉆井施工難度大

國(guó)內(nèi)枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)目的層普遍埋深超過(guò)2500m，縱向上存在多套壓力系統(tǒng)，地層承壓堵漏難度大，水平井安全鉆井問(wèn)題突出，需要探索合適的鉆井工藝進(jìn)行施工。例如華北待建的古潛山裂縫型儲(chǔ)氣庫(kù)，目的層深度更是超過(guò)4000m，施工過(guò)程中霸33平3等井出現(xiàn)嚴(yán)重漏失，并影響到固井質(zhì)量。

2.4 固井難度大

大井眼、易漏失層及儲(chǔ)層壓力低和氣庫(kù)固井要求高對(duì)固井工藝和水泥漿體系帶來(lái)挑戰(zhàn)，生產(chǎn)套管和其上一層技術(shù)套管同井是各儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井面臨的主要難題，在彈性微膨脹水泥漿體系的優(yōu)選、儲(chǔ)氣庫(kù)同井質(zhì)量評(píng)價(jià)方面則缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

2.5老井多。處理難度大，缺乏規(guī)范和規(guī)程

老井井況千差萬(wàn)別，檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法不統(tǒng)一，技術(shù)難度大；老井井下復(fù)雜多，封堵困難；井身質(zhì)量檢測(cè)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)等沒(méi)有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，部分已封堵的儲(chǔ)氣庫(kù)老井在氣庫(kù)運(yùn)行一段時(shí)間，井口出現(xiàn)帶壓現(xiàn)象。

2.6關(guān)鍵工具和裝備缺乏

國(guó)內(nèi)缺乏具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儲(chǔ)氣庫(kù)建沒(méi)的關(guān)鍵設(shè)備和工具。例如在油套管氦氣密封檢測(cè)、多傳感器油水界面檢測(cè)、鹽穴聲吶測(cè)腔方面還完全依賴國(guó)外的設(shè)備和技術(shù)。

2.7缺乏標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)和老井封堵規(guī)范尚未建熹孑儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井中出現(xiàn)的新問(wèn)題在解決時(shí)尚無(wú)據(jù)可依。

3　認(rèn)識(shí)及建議

1)國(guó)內(nèi)通過(guò)近20年的儲(chǔ)氣庫(kù)研究和建設(shè)，在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)質(zhì)量和要求的認(rèn)識(shí)上有很大提高，大尺寸井眼、儲(chǔ)層專打、水平井、套管絲扣氣密封檢測(cè)、彈性水泥漿、IBC測(cè)井等先進(jìn)技術(shù)和理念開(kāi)始逐漸被儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)各方所接受，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)起到了很好的推動(dòng)作用。

2)國(guó)外在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)上起步較早，已經(jīng)擁有相對(duì)完善的鉆完井技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在充分結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況上借鑒使用，并盡快建立適合國(guó)內(nèi)地質(zhì)特點(diǎn)的儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范，使設(shè)計(jì)和施工有據(jù)可依^[15]。

3)儲(chǔ)氣庫(kù)的鉆完井施工應(yīng)以固井為核心，要高度重視儲(chǔ)氣庫(kù)注采井和老井的井筒完整性管理，尤其是生產(chǎn)尾管及蓋層段固井的質(zhì)量必須保證。

4)在儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和管理上，應(yīng)建立一個(gè)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方協(xié)調(diào)工作機(jī)制，統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)施工過(guò)程管理，保證施工質(zhì)量。

5)應(yīng)積極開(kāi)展低壓儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井防漏堵漏及儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)、儲(chǔ)氣庫(kù)固井工藝和水泥漿體系、鹽穴氣庫(kù)雙井建腔鉆采工程技術(shù)、含水層儲(chǔ)氣庫(kù)鉆完井技術(shù)、儲(chǔ)氣庫(kù)井筒完整性檢測(cè)技術(shù)、油套管氦氣氣密封檢測(cè)裝備研制等的專項(xiàng)研究，為國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)提供技術(shù)支撐。

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本文作者：袁光杰　楊長(zhǎng)來(lái)　王斌　夏焱　班凡生　莊曉謙

作者單位：中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院

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