孤家子儲氣庫建設面臨的問題及采取措施

◇中國石化東北油氣分公司石油工程環保技術研究院 張 赫

“雙碳”的引入，將推動能源的結構轉型，未來天然氣將在能源布局方面起到非常關鍵的作用，而地下儲氣庫又是安全穩定供應以及天然氣輸配網絡有效工作的關鍵保障。因此，東北地區決定建立孤家子儲氣庫，在創建規模上，從近處考慮是要滿足調峰需求，從長遠考慮是要符合戰略儲備。結合孤家子儲氣庫建設，分析利用老井建設儲氣庫存在的問題，并提出技術措施，對不合格井及時采取封堵作業。

在“雙碳”背景下，天然氣作為潔凈的化石能源將引起巨大影響。結合集團公司“十四五”天然氣發展規劃，正在抓緊推進建設中國石化百億立方米儲氣調峰體系。天然氣已經成為我國現代能源體系的主體能源之一。隨著國內天然氣消費的迅速增加和儲氣能力的缺乏，天然氣想要保持安全平穩供應，還面臨一定的挑戰，而天然氣儲氣庫則可用于增強天然氣調峰應急和保供能力[1]。儲氣庫在實際工作中承擔著突發供氣短缺填補的重要功能，能夠有效保障居民生活、企業生產的正常運行[2]。

1 儲氣庫基本情況

孤家子儲氣庫是利用枯竭氣藏建立的儲氣庫?？萁哂蜌獠匦蛢鈳煲栽袣獠貐^塊作為基礎，對原有氣藏老井在評估再利用可行性后，進行封堵或改造作業[3]。2018年，為積極響應中石化總部儲氣庫建設發展規劃，篩選了分公司內適合建設儲氣庫氣藏。孤家子氣田位于吉林省梨樹縣境內，距孤家子鎮中心約7km，距離梨樹縣約45km，距離長春市約80km，區內交通便利，地下已經形成有密閉性良好的油氣儲集空間，在儲氣庫建設上存在相當的優勢。而且孤家子氣田周邊有多條輸氣管道，地勢平坦開闊，滿足安全距離和環保要求，適合承擔季節調峰及應急供氣任務，在市場競爭中具有明顯優勢。

孤家子儲氣庫建設方案部署利用井數19口井，其中注采井9口，單采井8口，觀察井2口。設計上限壓力為15MPa，下限壓力為5.0MPa。氣庫總庫容3.76×108m3，儲氣能力2.57×108m3，基礎墊氣量0.7×108m3，附加墊氣量0.49×108m3，年注氣期170d，采氣期170d。孤家子儲氣庫分為兩期工程建設，待一期工程建設完成順利投入運營后，再開展二期工程產建。

2 存在問題分析

通過收集大量資料，建立孤家子儲氣庫井史數據庫，經過統計分析，并結合儲氣庫建設標準，發現孤家子氣藏在建庫方面存在以下幾個方面問題。

（1）建庫井均為老井。孤家子氣田于1996年發現，1999年后投入全面工業開發，最高日產氣量達35×104m3，2003年開發井網基本完善，2004年后沒有新的開發井投入。氣田累計產氣量3.96×108m3，累計產水量9284m3，采出程度59.6%，主要儲氣層基本采空。目前孤家子井均處于封井狀態。本次建庫方案設計全部利用老井，其中最近的是在2002年完井，因此井齡均在20年以上。經過長時間的自然腐蝕，老井的井身結構能否達到要求，需進一步開展評價。

（2）建庫井套管狀況薄弱。20年前孤家子地區打井，均采用的是二級井身結構，全部采用的是J55鋼級套管，并且井眼小，除了1口井采用的是139.7mm的套管，其余全部采用的是114.3mm套管。油層套管的水泥返高1200m～地面之間。

（3）建庫井井內狀況復雜。孤家子井目前均已封井，井內以兩個水泥塞為主，一個水泥塞在產層之上，一個水泥塞在井口。其中八口井有丟手封隔器；兩口井有管串落物；一口井于2002年1月發現在井深951m處套管變形，2004年進行過套管整形。井筒內的水泥塞和封隔器的存在，必將給井的利用帶來一定的影響，不僅增加作業內容，同時在處理過程中有可能帶來傷害。

3 采取的技術措施

根據《地下儲氣庫設計規范》要求，老井不宜作為注采井重復利用。需要經過固井質量、套管技術現狀檢測和套管剩余強度分析合格后，可再作為監測井、采氣井或排液井[4]?？萁哂蜌獠貎鈳焯坠懿煌谄胀饩坠苤?，它承擔了注氣和采氣兩個過程的循環載荷。孤家子利用老井建庫是一個很大的挑戰，為保證儲氣庫運行的安全性要求，需要對利用井開展進一步的固井質量、套管狀況的檢測與評價，以確認其可利用性。具體可采取以下技術檢測手段。

（1）SBT檢測技術。開展固井質量檢測，評價第一界面、第二界面水泥膠結狀況。常用的固井質量監測技術有四種：聲幅測井、聲波變密度測井、超聲波成像測井和SBT測井。經過對比，優選SBT測試技術，因為該項技術可以彌補前幾項技術的缺陷，既可以測得第一、第二界面固井質量，又可以分扇區的來評價膠結情況，同時還不受溫度和壓力的變化影響。

SBT測試儀器共計八個探頭，八個探頭均勻分布在整個圓周范圍，根據這八個扇區的聲幅可做出套管外水泥膠結分布的剖面圖，并可得到八個扇區中的聲幅（包括平均、最大和最小聲幅），最終形成SBT膠結灰度圖，不同的灰度表示不同的膠結情況，以直觀的形式可以判定水泥環的膠結質量。該項技術既可以定性的得到兩個界面的膠結結果，也可以定量的給出第一界面的膠結情況。

（2）四十臂井徑檢測技術。開展套管技術狀況檢測，可以評價套變、套損，確定最小內徑及套管腐蝕情況。四十臂井徑成像測井儀共有40個機械探測臂，測試儀外徑70mm，長度2079mm，測量范圍80-180mm，最大壓力80MPa。當用儀器下入井內，對套管內徑進行測量時，每一個探測臂會感知到套管內徑，之后將探測到的信息通過一定的機械系統經由位移傳感器傳輸給地面數控系統，進而可由地面數控系統將所得到數據轉換為套管的內徑值。

（3）電磁探傷檢測技術。電磁探傷測井依據電磁感應原理，是磁測井技術的一種，通過檢測漏磁量變化得出套管損傷數據，這項技術的優勢是可以對兩層壁厚開展檢測，井內液體及井壁附著物不會對測試結果產生干擾，可準確指示井內管柱結構以及工具位置。儀器直徑φ43mm，儀器總長度2230mm。適用套（油）管范圍62～324mm。經過測試可得出管柱標準壁厚、剩余壁厚，該技術可以定量的測出套管的損害程度，為判斷套管可利用年限及井筒修復提供準確的數據。

根據儲氣庫建設規范要求，設計對全部井進行固井質量監測，全部注、采井進行電磁探傷測試，全部注氣井及部分重點井加測多臂井徑。對于不符合建設儲氣庫標準的老井，應全部封堵。對可利用井，及時下入完井管柱，安裝井口裝置等。

4 封堵措施

經過技術檢測，其中一口采氣井SBT測試顯示固井質量不合格，并且電磁探傷結果表明存在裂縫性損傷，考慮到安全性，決定將該井轉為封堵井。按照操作可行、投資最小的原則，對工序優化，實現長期安全有效的封堵，避免井筒內外氣體竄漏，引起安全事故及儲氣庫內氣體損失。

依據SY/T6848-2012《地下儲氣庫設計規范》要求，執行儲氣目的層頂界以上連續水泥塞長度應不小于300m的規定。具體施工步驟及注意事項。

（1）通過鉆塞、打撈、套磨銑、刮管及其他修井技術，處理井筒至露出封堵層位底界，建立目的層擠堵通道。

（2）開展井筒質量檢測，依據方案設計要求采取SBT、電磁探傷、多臂井徑測試，檢測固井質量和套管質量。

（3）井筒連續注灰，對儲層進行擠堵水泥，井筒內射孔層位頂界以上灰塞長度不少于300m。

（4）添加環空保護液，對灰面以上井內液體替換成保護液。

（5）安裝KQ 21MPa/65mm EE PR1簡易井口并試壓，試壓21MPa，30分鐘壓降0.5MPa內為合格。

（6）安裝測試壓力表，便于監測生產套管內外與外層套管環空壓力?？蓪崿F實時監控，隨時掌握套管內外密封情況。

5 結束語

（1）孤家子儲氣庫是利用老井建庫，通過井史分析建庫存在的問題，利用技術檢測手段，對儲氣庫套管質量、套管外水泥環膠結質量進行檢測和評價，篩選出不合格井。

（2）目前均使用開發期間的試井資料預測，與儲氣庫強注強采情況下實際注采能力可能存在差異，為保證儲氣庫的安全，需依據實際注采情況進行調整，制定合理的生產制度。

（3）儲氣庫的安全評價是一項系統的、龐大的、復雜的工作，存在很多不確定性，還需要結合管柱氣體動力學研究，確定井筒系統的安全狀況。未來還需系統評價儲氣庫，建立相關規范。