7in生產(chǎn)套管在提高地下儲氣庫緊急調(diào)峰能力中的應用

7in生產(chǎn)套管在提高地下儲氣庫緊急調(diào)峰能力中的應用

1大排量地安全采氣井與地下儲氣庫注采管柱之間的匹配問題自2000年至2007年，在港港的大力氣田中建立了六個地下儲氣室。在夏季,管道輸送的天然氣大于市場需求,這部分富余的天然氣由儲氣庫吸收儲存;而在冬季,巨大的天然氣供需缺口又要由儲氣庫來彌補。由此可見,地下儲氣庫在調(diào)解冬夏用氣矛盾,保證京津地區(qū)冬季用氣方面發(fā)揮了巨大作用。這就要求地下儲氣庫的完井工藝一定要能夠保證天然氣“注得進,采得出”,并且能夠快速、大排量地安全采出。最初地下儲氣庫注采管柱形式為:7in(1in=25.4mm)生產(chǎn)套管配套3.5in注采氣油管,單井最大日調(diào)峰能力為(50~60)×104m3。當超過60×104m3/d時,會發(fā)生沖蝕,縮短注采管柱使用壽命。這種工藝成熟可靠,工具配套性強,施工簡便,在初期地下儲氣庫中應用取得了很好的效果。但是,由于京津地區(qū)城市用氣增長很快,尤其是冬季對天然氣的需求和平均用氣量相比有大幅度增長,為保證居民溫暖越冬,只能使儲氣庫注采井以超過安全采氣量的負荷運轉,既縮短了注采井的使用壽命,又帶來了安全隱患。這就要求地下儲氣庫不僅要滿足日常用氣調(diào)峰的需求,還要滿足緊急情況下大氣量用氣調(diào)峰的需求。解決問題的方案有兩種:一是通過多打注采氣井提高整座儲氣庫的調(diào)峰能力;二是通過優(yōu)化設計提高注采氣井單井采氣能力,以達到提高整座儲氣庫調(diào)峰能力的目的。第1種方案易于實施,但投資較大,并且由于注采井數(shù)的增加,對土地、設備、人力等資源占用較大;第2種方案不增加注采井數(shù),投資略有提高,但需要優(yōu)化工藝設計,細化施工步驟。相比而言,第2種方案在節(jié)能、環(huán)保、安全等方面優(yōu)勢較大,是研究攻關的主要方向。2儲氣庫注采能量損失情況通過對儲氣庫實際運行情況的跟蹤,并經(jīng)過大量的理論計算,得出一個結論:儲氣庫地層產(chǎn)能較大,生產(chǎn)壓差較小,儲氣庫注采井能量的損失主要集中在井筒垂直管流階段。這就說明提高單井采氣能力是可行的,并且指明了提高單井采氣能力的研究方向是優(yōu)化注采管柱,減小垂直管流摩阻,提高管柱的采氣能力。2.1注油管尺寸確定主要包括油管尺寸、油管材質(zhì)、油管螺紋。地下儲氣庫注采井注采油管應采用氣密封螺紋;注采油管材質(zhì)需根據(jù)儲氣庫地質(zhì)特征及天然氣的性質(zhì)來選擇。筆者主要討論油管尺寸的確定。根據(jù)大港地下儲氣庫情況,計算不同尺寸油管的采氣能力。計算結果如表1所示。從表1可以看出,提高注采油管尺寸可以明顯提高單井的采氣能力,并能有效降低能量損失,提高井口壓力,這為簡化地面設備提供了條件。根據(jù)大港儲氣庫地質(zhì)特征,注采井單井注采氣量最佳值為(100~120)×104m3/d,因此,確定選用4.5in油管。2.2鉆井操作及井眼尺寸在確定選用4.5in油管后,就需要確定相應的生產(chǎn)套管尺寸。目前國內(nèi)氣藏開發(fā)中普遍采用的是9.625in生產(chǎn)套管懸掛7in套管(或5.5in套管),配套4.5in油管。儲氣庫注采井由于長期處于高壓工作狀態(tài),并且壓力呈交變變化,若采用生產(chǎn)套管懸掛工藝,懸掛處的高壓氣密封難以保證。并且,生產(chǎn)套管尺寸由7in升至9.625in后,各層技術套管均需相應增大,鉆井工程費用顯著增加。同時,隨著井眼尺寸的增大,施工難度、作業(yè)風險均有所增加。因此,主要針對7in生產(chǎn)套管配套4.5in油管工藝進行了研究。3緊急峰開采技術的發(fā)展3.1安全采氣量井流井配裝工藝在7in生產(chǎn)套管中只下入注采氣油管,日常采氣時,只利用油管采氣;大氣量緊急調(diào)峰時,利用油套同采。該工藝能夠大幅度提高單井采氣量,安全采氣量達到了220×104m3/d。該工藝存在以下問題:(1)套管直接與井流物接觸,并參加生產(chǎn),縮短了注采井的使用壽命;(2)套管中僅下入光油管,沒有配套相關井下工具,生產(chǎn)中沒有安全保障措施,存在著安全隱患。管柱示意圖見圖1。3.2負壓射孔管柱聯(lián)作法該工藝主要是針對光油管注采工藝中無法進行安全控制而設計的。在注采管柱上距井口100m處配套了井下安全閥,下部配套封隔器,以實現(xiàn)注采井的安全控制。井下安全閥由專門的液控管線控制,當發(fā)生火災、壓力異常、采氣樹受損等意外事故時,可自動或遠程遙控釋放液控管線內(nèi)的壓力,關閉井下安全閥,切斷氣源,避免事故的發(fā)生。該工藝具有以下優(yōu)點:(1)增大了氣流流通面積,減少了沿程壓力損失,有利于最大限度的發(fā)揮地質(zhì)產(chǎn)能;(2)增加了安全控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)對緊急事故的控制;(3)注采管柱和射孔管柱聯(lián)作,可實現(xiàn)負壓射孔后,直接放噴投產(chǎn),有效保護儲層。但該工藝存在以下問題:(1)套管得不到保護,與井流物直接接觸,且承受高溫高壓的影響,縮短了注采井的使用壽命;(2)注采管柱沒有循環(huán)通道,后續(xù)修井作業(yè)時無法壓井,施工存在困難。該工藝管柱示意圖見圖2。該工藝在現(xiàn)場應用,與鄰近注采井相比,采氣量增加了一倍,但攜液能力明顯弱于鄰近井,容易產(chǎn)生井底積液,自噴期短于鄰近井,只能在高月高日開井應急采氣。3.3管柱的應用效果在7in生產(chǎn)套管內(nèi)配套4.5in油管和4.5in井下工具,工藝復雜,工具配套性較差,施工風險高。通過優(yōu)化注采工藝設計、優(yōu)選4.5in井下工具、細化現(xiàn)場施工,最終形成了一套7in生產(chǎn)套管內(nèi)配套4.5in油管和4.5in井下工具的注采工藝,在現(xiàn)場應用取得了很好的效果。該工藝管柱示意圖見圖3。該工藝的優(yōu)點:(1)在7in生產(chǎn)套管內(nèi)放大了注采油管直徑,減少了沿程壓力損失,提高了單井產(chǎn)氣量;(2)射孔與注采完井一次完成,射孔后無需動管柱直接放噴投產(chǎn),能保護儲氣層,避免二次污染;(3)在管柱底部盡量接近儲氣層的地方安裝封隔器,在油套環(huán)空中充滿保護液,保護套管不受高壓作用和井流物的腐蝕,延長了注采井的使用壽命;(4)管柱具有伸縮功能,能承受不同狀態(tài)的交變應力,延長了管柱免修期;(5)能夠實現(xiàn)意外情況時的安全控制;(6)管柱上具備循環(huán)通道,可進行后續(xù)修井作業(yè)。該工藝在大港儲氣庫中應用了幾十口井,單井采氣量明顯提高了,達到了100×104m3/d,增強了儲氣庫的調(diào)峰能力。與采用7in生產(chǎn)套管內(nèi)配套3.5in油管達到同樣的調(diào)峰規(guī)模相比,減少了注采井數(shù),降低了對土地的占用,減輕了人工管理強度,節(jié)約了投資。4地下儲氣庫的開發(fā),還可以利用現(xiàn)有氣田1)經(jīng)過現(xiàn)場實踐,7in生產(chǎn)套管配套4.5in油管注采工藝日臻成熟,擴大了7in套管的適用性,為今后