盐穴储气库造腔工艺技术研究

盐穴储气库以其独特的优势在世界范围的石油工业领域中受到越来越多的重视。以一定的形状在盐层内建造一个地下储气溶腔,是一项复杂的系统工程。结合我国在盐层建设储气库的特点,围绕造腔设计的腔体目标和实施工艺,对盐穴储气库造腔工艺技术进行了全面的论述。通过对储气库腔体形成过程的分析,从造腔工艺、腔体控制与检测方法等方面,提出了造腔井型、水循环方式、溶腔步骤、两口距调节方式、形状控制方法、顶板保护工艺、密封检测、腔体稳定性等多项技术,同时推荐了造腔管柱组合方式、注水流量确定方法和保持腔体稳定的措施,对盐穴储气库造腔设计和施工有一定的指导意义。

采卤老腔改建储气库评价方法

开发与利用盐矿已形成的采卤老溶腔是快捷建成储气库的有效方式(除加快新腔的形成速度外)。利用老溶腔不但可以缩短建库时间,还可以减少盐穴储气库的建设成本。为此,在考虑储气库要求及老溶腔特点的基础上,提出了已有采卤老溶腔改建储气库的地质条件和腔体条件,论述了评价已有采卤老溶腔所需要的工程施工项目,建立了一整套采卤老腔改建储气库的评价方法与分析技术,包括声纳检测数据分析技术、腔体力学稳定性评价方法、社会和经济效益评价内容等,并结合金坛盐矿的实例进行了论证。目前该方法已成功应用在西气东输盐穴储气库的老腔改造工程中。

采卤盐矿老溶腔改建为地下储气库工程技术研究

将采卤盐矿的老溶腔改建为储气腔体是西气东输储气库建设的重要组成部分,其中老腔改造工程技术则是建库的关键。根据储气库建库的要求与标准,对老腔改建储气库方案进行了分析与评估,并确定了最优方案,同时对方案中的长井段套管套铣工艺、腔体密封性检测方法等关键技术进行了实际应用,取得了较好效果。将采卤溶腔改建为储气库,大大加快了地下储气库的建设,减少了建库投资。

金坛盐矿采卤溶腔利用与改造技术

为了加快长江三角洲地区储气库的建设进程,保证西气东输整个长输管道的平稳运行,对储气库选址内的15口已有采卤溶腔的可利用性进行了研究。通过声纳检测及稳定性初步评价,挑选出6个具备可利用条件的已有采卤溶腔。经过对已有采卤溶腔改造方案的分析与比较,提出了最优的施工方案。

基于煤层气可降解的羽状水平井钻井液室内研究

为解决煤层气羽状水平井井眼净化、井壁稳定和储层保护之间的矛盾,研制出可生物降解的钻井液技术。该钻井液为无固相聚合物钻井液体系,具有较高的动塑比和低剪切速率黏度,能很好地稳定井壁和保持井眼清洁。优选出能够降解无固相聚合物钻井液的生物酶,测试结果表明:该生物酶在0.01%加量、1h能有效降解钻井液,较适宜的降解环境为:pH=5.5～7.0,温度20～50℃,氯化钠和氯化钾对生物酶降解效果影响较小。

快速造腔技术的研究及现场应用

快速优质溶漓成稳定的腔体是缩短盐穴气库建造时间、节约建库资金、提高建库效益的关键技术,对保证西气东输工程安全供气具有重要意义。对盐岩溶蚀机理及快速造腔方法进行了分析,以空化射流理论为基础,论述了造腔工具的促溶工作原理,设计了造腔工具地面试验方法及装置。现场应用效果表明,造腔工具可以将建槽期的盐岩溶腔速度提高2倍以上,同时有利于提高返出卤水浓度,满足盐化企业的处理要求。

金坛地区采卤井改造为储气井的固井技术

江苏金坛盐穴储气库6口采卤井改造为储气井的配套工程,针对该地区的地质特点、固井难点及西气东输对固井质量的要求,筛选出了具有良好抗盐性能的水泥浆体系,制定了建立人工井底的技术方案,形成了一整套适合该地区已有采卤井固井的配套措施。综合应用上述技术后,现场共施工6口井,经CBL/VDL测井及腔体密封性试压等4个环节的检测,均表明固井质量合格,盐层段固井质量优质,能满足以后储气的需要。

水平井井眼清洁定量化监测评价技术

为了监测和评价水平井井眼清洁程度,研制了岩屑返出量监测装置,以准确监测岩屑返出情况。基于岩屑返出量数据和工程录井实时采集的数据,建立了岩屑返出量监测装置在2种工作模式下,倾倒时段漏接岩屑补偿方法与实际返出岩屑体积计算方法;基于岩屑返出率与掉块监测结果,研究形成了水平井井眼清洁定量化监测评价技术。该技术在川南泸州区块多口页岩气水平井进行了应用,实现了监测井段岩屑返出体积与返出率实时准确监测,并多次预警井眼清洁异常情况,保证了水平段的顺利钻进。水平井井眼清洁定量化监测评价技术为水平井井眼清洁程度监测及卡钻复杂风险预防提供了一种新的技术手段。

煤层气水平井钻井过程储层损害机理

以山西沁水盆地山西组3号煤层为研究对象,对羽状水平井钻井过程可能发生损害煤储层因素如钻井液固相、水敏损害、应力敏感性、毛细现象、结垢和聚合物堵塞等进行了实验研究。结果表明,山西沁水盆地3号煤层孔隙度和渗透率均较低,煤层黏土矿物含量较高,水敏损害、结垢、钻井液固相侵入和聚合物堵塞是水平井钻井过程中造成煤储层损害的主要因素。使用合适矿化度、密度和具有防垢功能的钻井液以及可解除的钻井液处理剂是煤层气水平井钻井过程保护煤储层的有效措施。

沁水盆地基于储层保护的煤层气水平井钻井液的研究

清水作为煤层气水平井钻井液存在以下不足:与地层水相比,矿化度偏低存在水敏性损害;与地层水配伍性差,有结垢现象;不能有效絮凝细小煤屑颗粒,造成固相污染储层;返排能力不足。针对清水钻井液的不足,通过引入无机盐、防垢剂、表面活性剂和低分子量絮凝剂对清水钻井液进行改进。在此基础上,优选出煤层气水平井钻井液配方:清水+0.5%防膨絮凝剂PXA+0.5%防垢助排剂GPA。性能测试结果表明,改进后清水钻井液与煤层水、黏土矿物具有很好的配伍性,返排和絮凝能力增强,具有优异的储层保护效果。

钻井液侵入引起煤岩膨胀对煤储层的伤害

在分析了煤层气储层岩性特征和煤层水特征的基础上,通过室内静态实验测定了沁水盆地郑庄3号主力煤层煤样分别在蒸馏水、煤层水和1%KCl盐水中的线性膨胀率;并测定了煤样的水敏性。研究结果表明,煤岩遇水膨胀程度直接受煤中黏土矿物的影响,煤粉膨胀主要发生在开始与水接触的1h时间内,配制钻井液的地表水进入煤层后将造成煤岩膨胀,降低煤储层渗透率,对煤储层造成损害。

煤层气储层钻井液结垢伤害实验研究

我国煤层气储层渗透率低,有轻微结垢也极有可能导致渗透率大幅度降低。为了深入研究结垢对煤层气储层的伤害,在分析煤层气储层特征的基础上,利用饱和指数法预测了山西沁水郑庄煤层气储层在钻井液侵入时的结垢趋势,然后通过室内静态实验测定了钻井液与地层水在不同混合比、不同pH值条件下的结垢量,并通过岩心流动实验,进一步证实了钻井液侵入产生结垢对储层的伤害程度。研究结果表明,采用地表水配制的钻井液在侵入储层后有碳酸钙垢形成,结垢量随pH值升高而增大;钻井液侵入量越大,煤储层伤害越严重。

基于Hoek-Brown准则的深部煤层钻井坍塌压力弹塑性分析

利用三轴压缩实验确定了沁水盆地平定区块深部煤岩在高围压条件下的弹塑性特征。以Hoek-Brown准则为极限平衡条件,提出了基于工程允许塑性区半径的深部煤层井眼坍塌压力弹塑性计算方法,得到控制深部煤层井壁坍塌的主要参数:煤岩地质强度指标GSI值、非均匀地应力系数及工程允许塑性区半径。以平定区块PD-095井为例,分析了深部煤层坍塌压力弹塑性结果与弹性结果的差别,讨论了坍塌压力弹塑性结果随影响因素的变化规律。结果表明,当工程允许塑性区半径为井眼半径的1.5倍时,PD-095井坍塌压力弹塑性结果较Hoek-Brown准则、Mohr-Cou-lomb准则弹性结果分别降低6.52%,4.66%;随着工程允许塑性区半径的增大、地应力非均匀性的降低,井眼坍塌压力下降;坍塌压力与地质强度指标GSI值呈负乘幂函数关系。

JHTR真三轴应力夹持器的研究与应用

研究了一种模拟油气储层及煤层气储层条件下的JHTR多功能真三轴应力夹持器,解决了在真三维压力状态下,科学真实地模拟地层条件下储层渗透率的变化规律及欠平衡、正压差、平衡钻井过程中的泥浆动态污染过程,并可实现模拟储层污染过程和渗流测试过程一体化,避免多次装夹样品产生应力效应等问题,解决了国内外现有产品技术上的缺陷,为在真实模拟储层三轴应力条件下进行岩(煤)心渗透率测试以及其他力学参数变化规律的研究提供了有效的评价手段。该岩(煤)心夹持器操作灵活、方便适用,是一种岩心试验的有效工具。

表面活性剂对煤岩润湿性及相对渗透率的影响

采用煤粉自吸法,分别研究了阴离子表面活性剂——石油磺酸盐和阳离子表面活性剂——十六烷基三甲基溴化铵与煤岩接触后,对煤岩表面润湿性的影响。通过稳定法测定了煤岩吸附活性剂和气-液界面张力改变对煤层气储层气-液两相相对渗透率曲线的影响。试验结果表明,煤岩表面润湿性呈弱亲水性,在吸附阴离子表面活性剂后煤岩亲水性增强,气相相对渗透率下降,液相相对渗透率升高。阳离子表面活性剂对润湿性改变作用较小,气液界面张力降低后,气相相对渗透率升高,有利于煤层气产出。

盐穴储气库密封性能影响因素

储气库能否储存天然气并在气库运行过程中不发生泄漏,主要取决于盐穴腔体及井筒的密封性能,而盐穴腔体密封性能的影响因素很多,影响机理复杂,故深入研究盐穴腔体密封性能影响因素具有重要意义。从地质、工程和工艺3方面详细分析了影响盐穴储气库密封性能的各项因素,根据现场施工经验及国外储气库泄漏事故产生的原因统计,确定出储气库密封性能的主要影响因素,给出主要因素导致气库产生泄漏或破坏的条件,提出了相应的预防措施,现场应用效果良好。

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统是一种模拟煤储层真三轴应力条件下的钻井液对煤储层的侵入、以及侵入储层的深度和程度,同时还可以进行各种真三轴应力条件下的煤储层各向异性特征研究的实验仪器,属煤层气钻井液保护与伤害评价测试技术研究领域。该评价系统具有测量煤层煤心在各向异性应力条件下渗透率变化以及在真三维压力状态下煤储层钻井液动态污染前后的渗流变化规律的功能;能模拟正压差、负压差、平衡钻井过程中的钻井液动态污染过程,实现煤储层污染过程和渗流测试过程一体化,避免多次装夹煤样产生应力效应;适用于煤储层气液两相渗透率测试,解决了目前评价实验中常用的伪三轴夹持器不能在3个轴向上加载不同轴压的问题以及流体驱替实验、钻井液污染试验、气液两相驱替试验要单独进行的缺陷,具有流程清晰、操作方便、实验软件模块化、实验数据标准化等特点。

多因素耦合条件下煤层井壁稳定性分析模型研究

针对煤岩的力学与渗流特性,综合考虑煤岩受力变形、损伤破坏与钻井液滤液侵入等多因素耦合条件,建立基于应力-渗流耦合的煤层井壁稳定性数值分析模型,采用弹性-应变软化-塑性模型表征煤岩的力学行为,更加准确地计算井周煤岩损伤破坏区域的尺寸与形状。研究结果表明,在井壁封堵良好的条件下,提高泥浆密度有利于稳定井壁,反之将加剧煤层井壁坍塌失稳。

不同应力水平下煤的渗透率演化规律研究

在煤钻进时,井周裂隙发育,钻井液易侵入井周附近地层,影响井周应力分布。准确确定不同应力水平和损伤程度下的煤渗透率是定量计算煤井壁损伤区应力变化,进而分析煤层井壁稳定性的关键。针对长畛矿3#煤,利用MTS816电液伺服岩石试验系统进行不同渗透水压和围压条件下的全应力-应变过程渗流特性试验研究,测定了煤渗透率随应力水平和损伤程度的变化规律。根据分析结果,将渗透率随加载应力增加的变化分为两个阶段:稳定下降阶段与急速上升阶段,建立了煤的渗透系数演化方程;并印证了推导的理论曲线能很好地对应实验结果。

盐穴储气库密封测试技术的研究及应用

分析了国内外在盐穴密封性(或机械完整性)测试技术方面的研究现状,论述了国外常用密封检测方法的测试原理。依据国内实际情况,提出了以氮气或空气为介质的盐穴储气库密封测试方法,建立了盐穴密封检测结果的评价标准,指出了盐穴腔体泄漏位置的具体判别方法,建立了气体泄漏率及泄漏量、环空压力及卤水注入量等参数的数学模型,给出了气水界面处的压力平衡方程。以金坛B1盐穴腔体密封检测为实例,分析了密封测试方法及其数学模型的现场应用效果。