7in生产套管在提高地下储气库紧急调峰能力中的应用

7in生产套管在提高地下储气库紧急调峰能力中的应用

1大排量地安全采气井与地下储气库注采管柱之间的匹配问题自2000年至2007年，在港港的大力气田中建立了六个地下储气室。在夏季,管道输送的天然气大于市场需求,这部分富余的天然气由储气库吸收储存;而在冬季,巨大的天然气供需缺口又要由储气库来弥补。由此可见,地下储气库在调解冬夏用气矛盾,保证京津地区冬季用气方面发挥了巨大作用。这就要求地下储气库的完井工艺一定要能够保证天然气“注得进,采得出”,并且能够快速、大排量地安全采出。最初地下储气库注采管柱形式为:7in(1in=25.4mm)生产套管配套3.5in注采气油管,单井最大日调峰能力为(50~60)×104m3。当超过60×104m3/d时,会发生冲蚀,缩短注采管柱使用寿命。这种工艺成熟可靠,工具配套性强,施工简便,在初期地下储气库中应用取得了很好的效果。但是,由于京津地区城市用气增长很快,尤其是冬季对天然气的需求和平均用气量相比有大幅度增长,为保证居民温暖越冬,只能使储气库注采井以超过安全采气量的负荷运转,既缩短了注采井的使用寿命,又带来了安全隐患。这就要求地下储气库不仅要满足日常用气调峰的需求,还要满足紧急情况下大气量用气调峰的需求。解决问题的方案有两种:一是通过多打注采气井提高整座储气库的调峰能力;二是通过优化设计提高注采气井单井采气能力,以达到提高整座储气库调峰能力的目的。第1种方案易于实施,但投资较大,并且由于注采井数的增加,对土地、设备、人力等资源占用较大;第2种方案不增加注采井数,投资略有提高,但需要优化工艺设计,细化施工步骤。相比而言,第2种方案在节能、环保、安全等方面优势较大,是研究攻关的主要方向。2储气库注采能量损失情况通过对储气库实际运行情况的跟踪,并经过大量的理论计算,得出一个结论:储气库地层产能较大,生产压差较小,储气库注采井能量的损失主要集中在井筒垂直管流阶段。这就说明提高单井采气能力是可行的,并且指明了提高单井采气能力的研究方向是优化注采管柱,减小垂直管流摩阻,提高管柱的采气能力。2.1注油管尺寸确定主要包括油管尺寸、油管材质、油管螺纹。地下储气库注采井注采油管应采用气密封螺纹;注采油管材质需根据储气库地质特征及天然气的性质来选择。笔者主要讨论油管尺寸的确定。根据大港地下储气库情况,计算不同尺寸油管的采气能力。计算结果如表1所示。从表1可以看出,提高注采油管尺寸可以明显提高单井的采气能力,并能有效降低能量损失,提高井口压力,这为简化地面设备提供了条件。根据大港储气库地质特征,注采井单井注采气量最佳值为(100~120)×104m3/d,因此,确定选用4.5in油管。2.2钻井操作及井眼尺寸在确定选用4.5in油管后,就需要确定相应的生产套管尺寸。目前国内气藏开发中普遍采用的是9.625in生产套管悬挂7in套管(或5.5in套管),配套4.5in油管。储气库注采井由于长期处于高压工作状态,并且压力呈交变变化,若采用生产套管悬挂工艺,悬挂处的高压气密封难以保证。并且,生产套管尺寸由7in升至9.625in后,各层技术套管均需相应增大,钻井工程费用显著增加。同时,随着井眼尺寸的增大,施工难度、作业风险均有所增加。因此,主要针对7in生产套管配套4.5in油管工艺进行了研究。3紧急峰开采技术的发展3.1安全采气量井流井配装工艺在7in生产套管中只下入注采气油管,日常采气时,只利用油管采气;大气量紧急调峰时,利用油套同采。该工艺能够大幅度提高单井采气量,安全采气量达到了220×104m3/d。该工艺存在以下问题:(1)套管直接与井流物接触,并参加生产,缩短了注采井的使用寿命;(2)套管中仅下入光油管,没有配套相关井下工具,生产中没有安全保障措施,存在着安全隐患。管柱示意图见图1。3.2负压射孔管柱联作法该工艺主要是针对光油管注采工艺中无法进行安全控制而设计的。在注采管柱上距井口100m处配套了井下安全阀,下部配套封隔器,以实现注采井的安全控制。井下安全阀由专门的液控管线控制,当发生火灾、压力异常、采气树受损等意外事故时,可自动或远程遥控释放液控管线内的压力,关闭井下安全阀,切断气源,避免事故的发生。该工艺具有以下优点:(1)增大了气流流通面积,减少了沿程压力损失,有利于最大限度的发挥地质产能;(2)增加了安全控制系统,可以实现对紧急事故的控制;(3)注采管柱和射孔管柱联作,可实现负压射孔后,直接放喷投产,有效保护储层。但该工艺存在以下问题:(1)套管得不到保护,与井流物直接接触,且承受高温高压的影响,缩短了注采井的使用寿命;(2)注采管柱没有循环通道,后续修井作业时无法压井,施工存在困难。该工艺管柱示意图见图2。该工艺在现场应用,与邻近注采井相比,采气量增加了一倍,但携液能力明显弱于邻近井,容易产生井底积液,自喷期短于邻近井,只能在高月高日开井应急采气。3.3管柱的应用效果在7in生产套管内配套4.5in油管和4.5in井下工具,工艺复杂,工具配套性较差,施工风险高。通过优化注采工艺设计、优选4.5in井下工具、细化现场施工,最终形成了一套7in生产套管内配套4.5in油管和4.5in井下工具的注采工艺,在现场应用取得了很好的效果。该工艺管柱示意图见图3。该工艺的优点:(1)在7in生产套管内放大了注采油管直径,减少了沿程压力损失,提高了单井产气量;(2)射孔与注采完井一次完成,射孔后无需动管柱直接放喷投产,能保护储气层,避免二次污染;(3)在管柱底部尽量接近储气层的地方安装封隔器,在油套环空中充满保护液,保护套管不受高压作用和井流物的腐蚀,延长了注采井的使用寿命;(4)管柱具有伸缩功能,能承受不同状态的交变应力,延长了管柱免修期;(5)能够实现意外情况时的安全控制;(6)管柱上具备循环通道,可进行后续修井作业。该工艺在大港储气库中应用了几十口井,单井采气量明显提高了,达到了100×104m3/d,增强了储气库的调峰能力。与采用7in生产套管内配套3.5in油管达到同样的调峰规模相比,减少了注采井数,降低了对土地的占用,减轻了人工管理强度,节约了投资。4地下储气库的开发,还可以利用现有气田1)经过现场实践,7in生产套管配套4.5in油管注采工艺日臻成熟,扩大了7in套管的适用性,为今后