特殊录井在相国寺构造地下储气库钻探中的应用

为了解决相国寺地下储气库目的层(黄龙组)固井、取心卡层难题,以相国寺构造栖霞组-黄龙组自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井为研究对象,分析了自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井、X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井的相关性,建立了相国寺构造栖霞组-黄龙组自然伽马能谱录井、X射线荧光元素录井层位判别图板及识别标准,用于判别层位和卡准固井、取心层位。研究结果表明(:1)自然伽马能谱录井与自然伽马能谱测井相关系数为0.88,X射线荧光元素录井与地层元素俘获测井相关系数为0.92,能够依据自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井对层位进行判别;(2)自然伽马能谱录井值栖霞组为76~87 nGy/h、梁山组为90~122 nGy/h、黄龙组为82~96 nGy/h,创建的层位判别图板聚类效果好,根据判别图板建立了层位识别标准;(3)Al元素和Mg元素对栖霞组、梁山组及黄龙组3个层位最为敏感、区分度较高,根据Al元素和Mg元素含量建立的层位判别图板和识别标准,能够满足录井现场栖霞组、梁山组和黄龙组层位判别。应用自然伽马能谱录井和X射线荧光元素录井建立的层位判别图板和识别标准,能够解决相国寺构造地下储气库目的层卡层难题。

相国寺石炭系气藏改建地下储气库运行参数设计

相国寺气田位于重庆市渝北、北碚区境内。该气田石炭系气藏地理位置优越,储层分布稳定,储层渗流性好,气质纯,气井产能高,井间连通性好,开发中表现出视均质气藏特征,盖层和断层封闭性好,水体能量有限,地层水不活跃,非常有利于改建地下储气库。为此,在比较了枯竭气藏改建地下储气库与气藏开发的异同之后,根据相国寺地下储气库的定位及调峰需求(主要用于解决川渝地区天然气市场的季节调峰问题,可为中卫—贵阳管线提供季节调峰,同时具备天然气战略储备应急能力),利用该气藏丰富的静态资料和长期开发的动态资料,优化设计了储气库的上限压力、下限压力、库容量、工作气量、垫底气量、注采井数等关键运行参数。模拟结果表明:相国寺气田石炭系气藏改建地下储气库后,运行压力介于11.7～28.0MPa,库容量可达40.5×108 m3,垫底气量为17.7×108 m3,工作气量为22.8×108m3,储气库具备较强的调峰能力。最后还对该储气库的注采方案进行了设计分析。

相国寺储气库注采气井的安全风险及对策建议

四川盆地相国寺地下储气库是我国西南地区第一个储气库，其安全平稳运行关系到整个西南地区的用气需求和经济发展。国内外地下储气库事故的统计分析结果表明，注采气井的安全风险相对较大。目前相国寺储气库地层运行压力为11．7～28．0MPa，CO2分压为O．53MPa，加之生产前期天然气中还含有钻井液、盐酸、凝析水以及少量H2S等物质，腐蚀环境也较为复杂。为此，根据相国寺注采气井油、套管的材质、固井水泥体系、井下安全阀和封隔器的类型，结合相关文献和实验资料，开展了注采气井的安全风险分析。结果表明：注采气井的油管和套管主要因腐蚀、冲蚀和应力变化的影响导致失效；水泥胶结质量和测井方法的影响将导致固井质量存在缺陷；井下安全阀主要因液压系统和控制线路故障、冲蚀和人为操作不当等原因导致失灵；封隔器主要因应力变化、腐蚀及密封元件变形等原因导致封隔失效。根据存在的这些安全风险，提出了相应的对策措施建议，可为相国寺及类似地下储气库的安全生产和管理提供参考。

气藏型储气库注气期试井分析探讨

针对气藏型储气库注采井注采过程中储层物性参数影响因素不明确、注采能力不对称的问题。基于相国寺储气库井下连续油管试井测试结果,提出储气库注气期“温降效应”、“变表皮效应”的概念,分析了储气库注采过程中温降效应、变表皮效应以及储层应力敏感对注采的影响。通过气藏型储气库注气期试井分析技术,研究各因素在试井曲线上的响应特征以及对试井解释参数的影响。结果表明:①相对于采气期试井测试,注气期测试得到的储层物性参数具有同样的参考价值;②储气库温降效应对于试井解释结果的影响可忽略不计,而在不同注采运行周期内,变表皮效应以及应力敏感效应影响差异较大;③编制储气库注采运行方案时应充分考虑变表皮效应与应力敏感的影响,在不同注采运行周期内开展试井测试获取准确的储层参数值。研究成果为储气库试井测试与解释提供了重要的研究依据和理论指导。

天然气压差发电技术在地下储气库的应用

地下储气库(以下简称储气库)在采气过程中拥有着较大的流量和压差,目前设计的调压工艺存在着较大的压损且噪音较大。为了充分利用储气库的压差、提高天然气能量利用率,将国内应用广泛的天然气压差发电技术应用到中国石油西南油气田公司相国寺储气库项目,论证了该储气库采用透平膨胀机发电的可行性,探讨了富余电量的出路,建立了气、电双储机制。研究结果表明:①根据热力学计算,相国寺储气库安装1台1800 kW透平发电机,每小时净发电量可达1747 kWh,每年可发电611×10^(4) kWh、节省电费301万元;②由于储气库在采气期自身的用电量少,将产生大量的富余电力,可以与国家电网合作解决储气库发电富余电力的销售问题;③在实际应用过程中,压差发电技术仍然存在着一些需要解决的问题,如膨胀机的密封问题和在透平膨胀机高转速运行的条件下存在着较大的噪音等。结论认为,相国寺储气库压差发电项目具有投资少、经济效益较好的特点,是天然气行业实现节能降耗、绿色发展、提质增效的重要技术手段;该项目具有较好的示范效应和较好的推广价值。

浅析相国寺储气库地质风险及管控措施

储气库生产运行不同于气田开发,具有周期往复注采特性,确保储气库地质本质安全尤为重要。结合相国寺储气库,识别了储气库地质上存在的断层密封性失效风险、盖层及底托层密封性失效风险、封堵井密封性失效风险、水体侵入风险等4类主要风险,并有针对性提出了储气库运行过程中的地质风险管控措施,经多轮次注采运行实践也表明,相国寺储气库目前地质完整性完好。

地下储气库地应力模拟研究与地质完整性评估——以相国寺为例

为保障国家调峰保供需求,目前相国寺地下储气库(以下简称储气库)提出并正在进行扩压增量工程,为有效指导储气库运行上限压力优化,同时确保储气库长期安全运行,亟需对相国寺储气库开展地质体完整性评估。综合地质、地震、测井、动态监测资料以及各类室内岩芯实验数据,建立相国寺储气库三维静态及四维地质力学模型,分析了储气库地质体地质力学特征,分别对不同气藏孔隙压力特征下的盖层、底托层、断层稳定性进行应力应变模拟及评估。结果表明:梁山组盖层以及韩家店组底托层在储气库运行过程中产生的地层形变量小;5条控藏断层在储气库前期运行及现今注采条件下没有断层活化风险;模拟储气库注入压力高于原始气藏压力6 MPa时,储气库地质体完整性存在失稳风险。研究成果精细定量化评估了储气库在动态应力场影响下的运行安全,对优化储气库运行方案具有重要的指导意义。

相国寺地下储气库低压裂缝性地层钻井防漏堵漏技术

相国寺储气库是川渝地区第1座地下储气库,由枯竭型碳酸盐岩气藏改建。因构造运动和剥蚀作用,地表已出露下三叠统嘉陵江组和下二叠统茅口组石灰岩,加之二叠系和石炭系气藏已枯竭,压力系数极低,纵向上压力系统极为复杂,钻井过程中十分突出的问题就是如何控制井漏。为此,针对相国寺储气库试验井纵向上地层裂缝发育、低压的井漏难点,结合国内外防漏堵漏工艺技术,提出了如下的技术措施:①采用优化井身结构分隔不同的低压层段,以保证不同的防漏治漏措施的效果;②应用气体钻井技术快速钻过上部低压裂缝发育段;③在长兴组—茅口组钻井液井段采用HHH堵漏、雷特纤维承压堵漏来确保油层套管固井施工作业对地层承压能力的要求。实践表明,采用这些防漏堵漏技术措施不仅解决了相国寺地下储气库试验井的钻井井漏问题,而且大幅度提高了机械钻速和缩短了钻井周期,将为后续储气井防漏堵漏提供了有效的技术支撑。

季节调峰型地下储气库注采规模设计——以川渝气区相国寺地下储气库项目设计为例

注采规模决定了地下储气库井口数量、井口油套管尺寸的设计和地面集输系统的设计规模,注采规模的计算是季节调峰型地下储气库工程设计的关键。为此,以川渝气区相国寺地下储气库工程为例,制订了季节调峰型地下储气库注采规模的设计流程,阐述了消费系数法在天然气市场需求量预测中的应用,分析了天然气的需求结构及月不均匀系数对注采规模设计的影响,提出了季节调峰型地下储气库调峰需求总量及注采规模的计算方法,为其他类型储气库注采规模的设计提供了参考。

地下储气库注采井不同井段水泥环密封性能实验

针对我国西南地区首座地下储气库--相国寺储气库投产后注采井出现较大比例的B环空异常带压问题,采用室内实验的方法,根据注采井100 m、900 m、2000 m垂深处温度和压力差异,设计了不同的水泥石养护温度和加载围压,并采用小尺寸的水泥环完整性测试装置基于应力等效原理测试了从井底到井口水泥环在试压和注采时的密封能力。实验结果表明:①井筒不同深度段水泥候凝温度和围压差异较大,同一种水泥浆体系在实际固井后沿井筒深度具有不同的机械性能,导致不同井段水泥环密封性能存在着巨大的差异;②交变载荷会导致水泥环的压实和累积损伤,加剧水泥环的密封失效;③注采井2000 m处水泥环在试压和注采工况条件下,密封性完好,没有发生泄漏,1000 m处水泥环在试压工况下能保持完好,在循环交变载荷下存在着水泥环密封失效的现象,井口附近100 m处水泥环在试压工况和注采工况时均出现了泄漏;④实验结果揭示,在试压和注采工况下,井筒中上部水泥环密封失效是造成B环空异常带压的根本原因。结论认为,该研究成果可以为提高地下储气库注采井固井水泥环密封的可靠性提供实验数据支撑。

相国寺储气库安全快速钻完井技术集成应用

受天然气供需不平衡的影响,兼顾调峰保供和战略储备的地下储气库越来越受重视,但国内地下储气库建设因起步晚、地质条件复杂,仍然面临不少问题。文章就西南地区相国寺储气库在建设中因建设成本高、井筒完整性难以保障等难题,提出了在控制建设成本条件下,系统研究和集成应用了轨迹优化设计与控制技术、气体钻井技术、超低压储层保护技术、井筒完整性控制技术,形成枯竭型气藏储气库钻完井配套技术,安全高效完成了复杂地质条件下24口注采井及监测井的钻完井作业,全程未发生煤矿透水等安全事故,杜绝了储气库质量缺陷事件;XC4井以88 d钻井周期、103 d完井周期实现了快速钻完井作业。截止2021年9月,相国寺储气库已成功经受“八注七采”的交变载荷考验,累计注入天然气124×10^(8)m^(3),累计调峰采气85.94×10^(8)m^(3),运行安全平稳,为国内同类型储气库的高质量建设提供了参考。

适用于大注采气量水平井注采能力测试的连续油管测试技术——以重庆相国寺地下储气库为例

重庆相国寺地下储气库的注采井以大斜度井和水平井为主,完井管柱复杂且单井注采气量大,常规的测试工具、仪器和工艺都无法满足气井注采能力测试的需要,亟需研发与之相适应的测试技术。为此,通过工具配套、仪器改进、工艺优化,形成了适用于该储气库大注采气量水平井注采能力测试的连续油管测试技术,在现场成功进行了10口井12井次的注采能力测试,并对测试结果进行了对比分析。研究结果表明:①所形成的技术能够满足大注采气量水平井注采能力测试的要求,测试获得的气井最大注气量为260×10~4 m^3/d,最大采气量为225×10~4 m^3/d;②同一口井的注采能力存在着差异,因而有必要针对每口井在不同注采周期进行注采能力的测试与评价;③大注气量情况下,近井地带呈现高速非达西渗流状态,对注采安全有可能形成威胁,周期注气后近井地带储层温度降低将影响库容大小。结论认为,所形成的连续油管测试技术录取的数据真实可靠,为储气库注采井的注采能力评价、单井注采计划安排和库容盘点等提供了技术支撑。

相国寺储气库压缩机组安全运行探讨

压缩机组作为储气库地面注气设施的核心设备,其安全稳定的运行是储气库注采运行的重要保障。总结了相国寺储气库压缩机组投运以来出现的故障,从压缩机组处理气气质、运行工况、供配电设施、维护保养、操作程序等5个方面,对影响压缩机组安全运行的因素进行分析探讨,提出预防措施,保障压缩机组安全平稳运行。

相国寺储气库采气管道清管周期探讨

相国寺储气库采气管道属于湿天然气输送管道,无法直接获得采气管道入口天然气的含水量,难以预测管道内的积液规律并制定合理的清管周期。为此,结合管道实际运行压力、输量、清管液量等参数,基于气液两相流动仿真方法,确定了管道内天然气含水量及清管周期的计算方法。以相国寺储气库南段采气管道B段为例,进行了实例分析。结果表明:①计算的管道终点压力、终点温度、清管液量与实际值之间相对偏差范围为0.91%~4.1%;②提出的模型和方法可用于分析管道输量、积液量与管输效率之间的关系;③以管输效率不小于95%为原则,同时考虑积液恢复时间、收球站清管水量接收能力,确定了南段采气管道B段在不同输量下的清管周期。

相国寺储气库采气干线多相流计算模型适应性分析及优选

相国寺储气库南北采气干线为气液两相输送管道,在仿真过程中多相流模型的选择将直接影响后续管道内腐蚀检测结果的准确性。因此,为获得适用于储气库采气干线的两相流计算模型,基于两种主流的多相流仿真模拟软件OLGA和PIPEPHASE,采用两种软件下的共11种多相流模型,建立了储气库南北采气干线B段的仿真模型,模拟计算管线气液两相工况,并根据管道的实际积液量和运行压力对11种模型进行了评价与优选。研究结果表明:①在OLGA软件的2种多相流模型(双流体模型、扩展的双流体模型)中,扩展的双流体模型模拟计算的南北采气干线B段的起点压力和积液量相对误差分别为28.56%和1599.09%,误差比另一种模型小,故优选模型为扩展的双流体模型。②在PIPEPHASE软件的OLIM模型、MB模型、BBM模型、MBE模型等9种模型中,OLIM模型模拟计算的起点压力和积液量相对误差分别为7.46%和38.26%,误差在9种模型中最小,故优选模型为OLIM模型。③用于相国寺储气库采气干线的多相流仿真模拟,在两种软件中分别优选或推荐的模型(OLGA软件中扩展的双流体模型、PIPEPHASE软件中OLIM模型),其适用的压力范围为7~12 MPa,输量范围为34×10^(4)~1510×10^(4) m3/d,积液量范围为2~34 m^(3)。

储气库变电站节能降耗实践与效果

针对相国寺储气库注气期、保压期、采气期的用电负荷不均衡特点,分析了储气库不同运行期与用电负荷的关系与差异,提出了合理配置主变压器、提高功率因数、优化购电交易方式等三种节能降耗措施,并在相国寺储气库110kV变电站实践,节能降耗效果明显,对其他储气库和油气田企业变电站节能降耗提供参考。

相国寺储气库干线阀室截断阈值探究

天然气长输管道线路截断阀室常因为关断条件设置不合理而不能正确关断,从而影响管道的安全运行,准确设置阀室压降截断阈值和延迟时间对保证管道的正常和安全运行至关重要。以相国寺储气库注采干线铜相线为例,采用Pipeline Studio软件建立包含压缩机、阀室、管道以及地形高程起伏的管道泄漏、压缩抽吸工况动态仿真模型,分析了管道在泄漏与压缩机抽吸工况下的阀室压降信号变化特征。结果表明:①管道运行压力越大,泄漏时监控阀室压降速率越大,而输量对压降变化几乎没有影响;②泄漏孔径越大,阀室压降速率越大;③泄漏点位置距阀室越近时,阀室压降速率越大;④为区分管道正常与事故工况,推荐设定0.03 MPa/min的阀室压降速率为临界值,延时时间为90 s。

水平井地质导向技术在相国寺构造中的运用

准确的地质导向是保证水平井钻探成功的关键,本文对此进行初步探讨。