杜玉潔，康延鵬

（中國(guó)石油鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究中心，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

地下儲(chǔ)氣庫(kù)是天然氣市場(chǎng)的重要組成部分，在調(diào)峰和應(yīng)急保供上具有不可替代的作用[1]。鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)是采用溶鹽采礦的方式在地下較厚鹽層或鹽丘中形成的可以儲(chǔ)存天然氣的洞穴，具有注采氣靈活、吞吐量大等優(yōu)點(diǎn)[2-5]。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)在溶腔結(jié)束后，腔體內(nèi)填充著鹵水，需要通過(guò)注氣的方式將鹵水排出來(lái)，即首次注氣排鹵。首次注氣排鹵技術(shù)是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的核心技術(shù)之一，技術(shù)要求高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。國(guó)外在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中對(duì)首次注氣排鹵技術(shù)進(jìn)行了很多研究，研制了一批專用工具，形成了注采完井及注氣排鹵配套技術(shù)[6]。

國(guó)內(nèi)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚，金壇儲(chǔ)氣庫(kù)作為國(guó)內(nèi)首座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)[7]，在建設(shè)過(guò)程中形成了配套成熟的注氣排鹵技術(shù)，即利用雙管：利用環(huán)空注氣，中心管排鹵，注氣完成后必須帶壓起出排鹵管柱。由于兩層管柱位于技術(shù)套管內(nèi)，導(dǎo)致注氣排鹵過(guò)程中過(guò)流面積小，流體與管柱摩阻大，注氣排鹵時(shí)間長(zhǎng)，管柱承壓高等問(wèn)題，大大限制了注氣排鹵的效率。加上中心管管徑小，長(zhǎng)期浸泡在飽和鹵水中容易發(fā)生堵塞，導(dǎo)致注氣排鹵施工無(wú)法持續(xù)進(jìn)行，排鹵結(jié)束后必須帶壓起出排鹵管，大大增加了注氣排鹵工程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)（以金壇儲(chǔ)氣庫(kù)為例）：首先將注采管柱（177.8 mm）和排鹵管柱（114.3 mm）按設(shè)計(jì)要求下入井內(nèi)，然后坐封177.8 mm 管柱上的封隔器，封閉177.8 mm×244.475 mm 環(huán)空，安裝井口、地面的排鹵管線和注氣管線，打開(kāi)注采閥門，通過(guò)壓縮機(jī)將高壓天然氣注入到177.8 mm 注采管柱和114.3 mm 排鹵管柱的環(huán)形空間，鹵水在高壓天然氣的作用下通過(guò)排鹵管柱排出地面，排鹵結(jié)束后，通過(guò)不壓井作業(yè)將排鹵管柱（114.3 mm）帶壓起出[6]，最后恢復(fù)井口，達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)井井身結(jié)構(gòu)。常規(guī)技術(shù)示意圖（見(jiàn)圖1）。

常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較成熟，在金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)過(guò)程中形成了完整的技術(shù)體系，但在多井次的注氣排鹵應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在諸多問(wèn)題：注氣排鹵管柱過(guò)流面積小，排鹵流量低，建庫(kù)周期長(zhǎng)；排鹵完成后，帶壓提出排鹵管柱，風(fēng)險(xiǎn)大，不安全因素多；注氣排鹵階段管柱結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差，井下故障多發(fā)；建庫(kù)工藝復(fù)雜，施工難度大，施工成本高等。

1.2 存在問(wèn)題分析

1.2.1 注氣排鹵管柱過(guò)流面積小，排鹵流量低，建庫(kù)周期長(zhǎng) 注氣排鹵過(guò)程中，將177.8 mm 套管與114.3 mm油管環(huán)空作為注氣通道，光管部位橫截面積7 785.68 mm2，接箍部位橫截面積4 346.89 mm2，114.3 mm 油管排鹵通道橫截面積7 442.52 mm2；而鉆完井中的244.475 mm套管與177.8 mm 套管中間的環(huán)空面積被浪費(fèi)。較小的注氣排鹵過(guò)流面積，降低了排鹵流量，延長(zhǎng)了建庫(kù)周期，目前注氣排鹵最大日排鹵量120 m3/h，最大注氣壓力達(dá)到15.8 MPa。并且注氣排鹵管柱的注氣通道面積小于排鹵通道面積，導(dǎo)致氣體對(duì)管柱沖刷嚴(yán)重，管柱在井底擺動(dòng)大，井底鹽塊坍塌現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

圖1 常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)示意圖

1.2.2 注氣排鹵階段管柱結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差，井下故障多發(fā) 在注氣排鹵過(guò)程中，由于排鹵管柱的擺動(dòng)以及鹽穴腔體的蠕變導(dǎo)致鹽塊掉落砸傷排鹵管柱；排鹵管柱距離腔底過(guò)近，導(dǎo)致腔體底部沉積的不溶物在隨鹵水排出的過(guò)程中堵塞排鹵管柱[8]；排鹵期間飽和鹵水在排鹵管柱內(nèi)部析出晶體導(dǎo)致排鹵管內(nèi)壁結(jié)晶[9]，造成管柱彎曲、堵塞等現(xiàn)象發(fā)生，輕者影響排鹵通道，導(dǎo)致截流現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞管柱，使注氣排鹵作業(yè)無(wú)法進(jìn)行。

圖2 新型首次注氣排鹵技術(shù)示意圖

1.2.3 建庫(kù)工藝復(fù)雜，施工難度大，施工成本高 鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)腔體造腔完成后，需要通過(guò)三次修井施工才能達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)井井身結(jié)構(gòu)：下入注采管柱完井、下入注氣排鹵管柱進(jìn)行注氣排鹵和排鹵結(jié)束后利用不壓井設(shè)備帶壓提出排鹵管柱。施工工藝復(fù)雜，施工控制點(diǎn)多、難度大，修井費(fèi)用高。

1.2.4 排鹵完成后，帶壓提出排鹵管柱，風(fēng)險(xiǎn)大，不安全因素多 注氣排鹵結(jié)束后為了保證井下安全閥和采氣井口主閘閥順利開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)井下有效控制，確保鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行，需要起出排鹵管柱。注氣排鹵結(jié)束后腔體內(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)裝置將排鹵管柱起出[6]。帶壓作業(yè)施工風(fēng)險(xiǎn)大，不安全因素多，并且施工周期長(zhǎng)。

2 新型首次注氣排鹵技術(shù)

2.1 技術(shù)簡(jiǎn)介及其優(yōu)勢(shì)

為了實(shí)現(xiàn)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)過(guò)程中低投入、保安全、高效率的目標(biāo)，在現(xiàn)場(chǎng)操作和解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，提出了排鹵管柱和注采氣管柱一體化的新型首次注氣排鹵技術(shù)，即采用139.7 mm 套管加相關(guān)工具管柱，代替原177.8 mm 注采管柱和114.3 mm 排鹵管柱，在注氣排鹵結(jié)束后、通過(guò)打壓套管坐封、錨定和底部套管自棄等一系列動(dòng)作，形成生產(chǎn)井注采管柱的技術(shù)方案，新型首次注氣排鹵技術(shù)示意圖（見(jiàn)圖2）。

該技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）管柱完整性好，完井管柱可操作性高，井下附加工具少，安全可靠；（2）注氣排鹵與注氣采氣一體化，排鹵周期短；（3）能夠最大減小注氣排鹵期間井下故障的產(chǎn)生；（4）施工工藝簡(jiǎn)單可靠，建庫(kù)成本低廉。更為重要的是管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工具以國(guó)產(chǎn)工具為主，安全可靠，形成了一整套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工藝和新技術(shù)，對(duì)今后國(guó)內(nèi)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的完井設(shè)計(jì)及注氣排鹵工藝技術(shù)跨入國(guó)際先進(jìn)行列具有重要的指導(dǎo)意義。

2.2 新型首次注氣排鹵技術(shù)主要入井工具

入井工具是注氣排鹵技術(shù)成功的關(guān)鍵所在，關(guān)乎著鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)排鹵過(guò)程及后期注采運(yùn)行的安全，新型首次注氣排鹵技術(shù)主要入井工具有：安全閥、封隔器、可丟手泵入塞座等。

2.2.1 安全閥 為了獲得較大的注氣排鹵過(guò)流面積，新型首次注氣排鹵管柱所攜帶的井下安全閥外徑應(yīng)盡可能的縮小，以減小內(nèi)外管環(huán)空節(jié)流影響；內(nèi)徑應(yīng)盡可能的大，以最大限度的提高排鹵速度。新型技術(shù)采用的安全閥主要技術(shù)參數(shù)為：外徑184.15 mm，內(nèi)徑115.9 mm，工作壓力24 MPa，耐溫150 ℃。安全閥結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖3）。

2.2.2 封隔器 新型首次注氣排鹵技術(shù)中封隔器的坐封發(fā)生在注氣排鹵結(jié)束后，在注氣排鹵過(guò)程中封隔器要經(jīng)受高壓天然氣的沖蝕以及飽和鹵水的侵蝕。國(guó)內(nèi)應(yīng)用于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)注氣排鹵井管內(nèi)密封的封隔器一般為液壓坐封K341 封隔器，采用油管內(nèi)打壓的方式坐封，存在導(dǎo)壓孔易被析鹽堵塞的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，新型技術(shù)中采用了導(dǎo)壓孔具有自我保護(hù)功能的封隔器，在入井后注氣排鹵階段封隔器導(dǎo)壓孔封閉，注氣排鹵結(jié)束封隔器坐封時(shí)打開(kāi)。封隔器主體結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖4）。

2.2.3 可丟手泵入塞座 可丟手泵入塞座連接在139.7 mm 套管管串中，與泵入塞配合使用。當(dāng)泵入塞坐封在塞座時(shí)，通過(guò)加壓的方式可實(shí)現(xiàn)封隔器的坐封，進(jìn)一步加壓使得剪切銷剪切，下接頭的卡爪結(jié)構(gòu)向內(nèi)收縮，使得下部管柱自行脫落，實(shí)現(xiàn)封隔器以下套管的?丟棄，形成生產(chǎn)井注采管柱。可丟手泵入塞座結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖5）。

圖3 井下安全閥結(jié)構(gòu)圖

圖4 封隔器主體結(jié)構(gòu)圖

表1 常規(guī)與新型技術(shù)對(duì)比表

表2 管柱有效通道截面積對(duì)比

圖5 可丟手泵入塞座結(jié)構(gòu)圖

2.3 常規(guī)技術(shù)與新型技術(shù)對(duì)比

常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)與新型首次注氣排鹵技術(shù)的主要區(qū)別以及有效通道截面積對(duì)比（見(jiàn)表1，表2）。

從表2 可以看出，新型技術(shù)的注氣通道主體最大截面積、最小處截面積分別是常規(guī)技術(shù)管柱注氣通道主體最大截面積、最小處截面積的2.67 倍和1.60 倍；排鹵通道主體截面積、最小處截面積分別是常規(guī)技術(shù)管柱注氣通道主體截面積、最小處截面積的1.46 倍和1.36 倍。根據(jù)垂直管流相關(guān)計(jì)算，常規(guī)技術(shù)排鹵管柱經(jīng)濟(jì)流速為1.5 m/s，新型技術(shù)因管徑增大經(jīng)濟(jì)流速可提高到1.8 m/s，流速可提高1.13 倍。在其他條件不變的情況下，預(yù)計(jì)新型技術(shù)排鹵速度可達(dá)常規(guī)技術(shù)的1.64倍。

3 新型技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

2018 年11 月在金壇儲(chǔ)氣庫(kù)某井進(jìn)行了試驗(yàn)，采用新型首次注氣排鹵技術(shù)，下入139.7 mm 套管以及相關(guān)井下工具，在注氣壓力為13 MPa（正常注氣壓力）時(shí)，鹵水排量達(dá)到165 m3/h，是常規(guī)技術(shù)的兩倍左右，比常規(guī)技術(shù)作業(yè)一口井節(jié)約了近一半的排鹵時(shí)間，并且省去了不壓井作業(yè)工序。排鹵結(jié)束后，對(duì)封隔器進(jìn)行坐封，成功進(jìn)行丟手作業(yè)，丟手坐封段以下套管，達(dá)到了設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

（1）常規(guī)首次注氣排鹵技術(shù)存在建庫(kù)周期長(zhǎng)、帶壓提管柱風(fēng)險(xiǎn)大、井下故障多發(fā)、施工難度大、施工成本高等問(wèn)題。

（2）新型首次注氣排鹵技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，管柱完整性好，安全可靠，降低了建庫(kù)成本。

（3）新型首次注氣排鹵技術(shù)采用排鹵和注采氣一體化管柱，不需要不壓井作業(yè)起出排鹵管柱，正常注氣壓力下鹵水排量是常規(guī)技術(shù)的兩倍左右，節(jié)約了排鹵和起管柱作業(yè)時(shí)間，避免了起排鹵管柱作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。