盐穴储气勘探孔施工过程中的泥浆优化

商怀玉

摘 要：本文介绍了地下储气库国内外现状，针对苏北盐穴储气库勘探过程中钻遇地层情况，对钻探泥浆进行了优化设计，取得了良好的效果。

关键词：盐穴储气库;勘探;泥浆;优化

中图分类号：TE822 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）22-0159-02

1 地下储气库国内外现状

地下储气库是用于储存天然气的地质构造和配套设施，主要功能是用气调峰和安全供气、战略储备、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等。城市燃气市场需求随季节和昼夜波动较大，仅依靠输气管网系统均衡输气能对流量小范围调节，但难以解决用气大幅度波动的矛盾。采用地下储气库将用气低峰时输气系统中富余的气量储存起来，在用气高峰时采出以补充管道供气量不足，解决用气调峰问题。

1.1 国外现状

地下储气库的历史可以上溯到20世纪初[1]。1915年。加拿大建成世界上第一座地下储气库。到目前为止，全世界有地下储气库550座左右，可以进行调峰的气量约3500×10m。这些储气库分属不同国家的逾100家公司，其中既有储气量超1000×10m的天然气上下游一体化的大型跨国公司，也有仅单纯经营1～2座地下储气库的小公司。

1.2 国内现状

中国的地下储气库建设起步较晚[2]，20世纪70年代在大庆油田曾经进行过利用气藏建设地下储气库的尝试。20世纪90年代初，随着陕京天然气输气管道的建设，为确保北京、天津的安全供气，国家开始加大力度研究建设地下储气库技术。2000年11月，我国首次在大港油田利用枯竭凝析气藏建成了大张坨地下储气库，总库容达到46.0×10m，总可利用气量为20.0×10m左右，日最大供气量近2000×10m。2003年利用气量为7.6×10m，占陕京输气管道年销售量的28%。2006年冬季高峰期，该地下储气库每天向北京供气逾1600×10m，弥补陕甘宁天然气的供应量缺口。

为保证西气东输沿线地区用户的正常用气，中国石油天然气集团公司规划分别在江苏金坛、刘庄和安徽定远建设地下储气库。为了保证忠县—武汉天然气输气管道安全平稳供气，该公司也在积极进行建设忠武线配套地下储气库的前期准备工作。

地下储气库在天然气工业发展过程中的作用重大，因此，政府、企业都对此高度重视。依据国家总体战略部署，中国将形成四大区域性联网协调的储气库群：东北储气库群、华北储气库群、长江中下游储气库群和珠江三角洲储气库群。展望2020年，国家将规划建设地下储气库30座以上，可调峰总量达320×10m。

1.3 盐穴储气库现状

盐穴储气库建于盐丘或盐岩的地下储气库。通常利用溶盐工艺开采地下盐矿形成的空穴来储存高压天然气。盐溶工艺涉及大量水的循环和排放，造成盐穴储气库的建设投资和运行成本都较高。盐穴储气的优点是储气库的利用率较高，注气时间短，垫层气用量少，需要时可以将垫层气完全采出。目前世界上有盐穴储气库共44座，占地下储气库总数的8%。

西气东输的重要调峰设施—金坛地下储气库，位于江苏省金坛市直溪镇，毗邻镇江，属盐穴地下储气库，是中国盐穴第一库，规模为亚洲第一。它开创了中国利用深部洞穴实施能源储存的先河，在地址选区、区块评价、溶腔设计、造腔控制、稳定性分析、注采方案设计、钻完井工艺等多方面获得了一批研究成果和技术手段，为中国利用盐穴进行天然气储备为进一步勘探建设盐穴储气库，在苏北开展了储气库勘探孔钻探。

2 地质条件

2.1 地层

第四系（Qd）：0～200.00m，厚度200m，岩性上部主要为灰黄色、土黄色粉砂质粘土，下部主要为褐色含砾粘土层并含有大量钙质充填，与下伏地层呈不整合接触。

新近系盐城组（Ny），200.00～450.00m，厚度250m，岩性上部为灰黄色夹灰白色粉砂与中粗砂互层，靠近下部夹粘土薄层，中部紫红色粘土夹粉细砂，下部以中细沙为主，接近底部为砾石层，砾石主要由石英及硅质成份组成，与下伏地层不整合接触;白垩系上统浦口组（K2p）：该组地层可分为三段，根据区内勘探等资料，只揭露浦三段和浦二段上部地层。

（1）浦三段（K2p3）：450.00-2000.00m，厚度1550m，上部以紫红色泥岩、粉砂岩及粉砂质泥岩为主，局部见钙泥质胶结，含硬石膏团块，下部以灰褐色泥岩夹粉砂质泥岩为主，含钙质，局部夹钙芒硝条带。

（2）浦二段（K2p2）：2000.00-2800.00m，厚度800m（未穿），岩性以烟灰色岩盐、钙芒硝岩、泥岩为主，成频繁韵律层产出，根据区内钻探等地质资料只揭露上亚盐段的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ岩性组合。

2.2 含盐系地层地质特征

（1）含盐系地层赋存于白垩系浦口组地层中，时代属中生代白垩系中晚期。石岩盐在剖面中占主导地位，其次为钙芒硝岩。

（2）含盐系剖面结构特征：该区浦口组含盐系地层为一个咸化期，自上而下可分为三个岩性亚段：上盐亚段、中淡化亚段及下盐亚段。本次勘探目的层为上盐亚段（未揭穿）。该亚段在区域上又分为四个岩性组合。该亚段在区域上又分为四个岩性组合，而本孔勘探目的为揭示第IV岩性组合、第III岩性组合和第Ⅱ岩性组合段（未揭穿）。

盐群埋深2000～2800.00m。

3 勘探孔设计

一开井段：0-500m，孔径Φ311.1mm，下入Φ244.5×8.94mm的表层套管，钢级为J55，P.O42.5水泥固井，水泥浆返至地表，候凝时间大于72小时;二开井段：500-2800m，开钻用Φ215.9mmPDC钻头，全面钻进2000m左右，鉆遇盐岩前改用Φ215.9mm取心钻头+川8-4型取心筒，取心钻进，钻至2800m终孔。勘探孔设计见表1及图1。

4 泥浆优化设计

4.1 原泥浆配方存在的问题

原泥浆配方为：6%钠土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+4‰低粘低粘羧甲基纤维素钠盐CMC-LV+0.3‰润滑剂，密度1.06g/cm3。

钻遇浦三段（K2p3）紫红色泥岩、粉砂岩及粉砂质泥岩后，泥岩造浆严重，固相含量大幅升高，旋流除砂器大量排出废浆，补充新浆后不久，泥浆快速变稠，在1127m处发生吸附卡钻。

事故原因分析：受造浆影响，泥浆中固相含量严重超标，泥皮质量变差且泥皮很厚，在固相填充及泥皮吸附双重作用下，发生了卡、埋混合型卡钻。

事故处理：采用解卡剂对下部钻具浸泡18.5小时解卡。

4.2 优化后的泥浆配方应用效果

针对钻遇的泥岩地层，并结合应对下部膏盐层，应改变泥浆配方，采用抑制泥岩造浆、抗盐性能好的泥浆体系。优化后的泥浆配方为：6%钠土+1‰Na2CO3+1‰NaOH+3%钻井液用磺化褐煤SMC+2%磺化酚醛树脂SMP+2%磺化沥青，密度1.07g/cm3左右，必要时加入2%钻井液用低荧光特效防塌剂。其中：钻井液用磺化褐煤SMC为降粘剂和降失水剂，耐高温性好。直接应用于各种水基钻井液体系中，可与多种处理剂可配合使用。一般加量3-5%。磺化酚醛树脂SMP为抗高温抗盐降失水剂，并兼有防塌、润滑等作用。一般与钻井液用磺化褐煤SMC搭配使用效果更好，加量1%-3%。磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，起到防塌作用，是一种堵漏、防塌、润滑、减阻、抑制等多功能的有机钻井液处理剂，一般加量1-6%。

采用新的配方泥浆替换孔内全部浆液后，继续钻进，泥浆流变性、稳定性好，有效克服了泥岩造浆。钻至膏盐层顶板前，向泥浆内加盐至饱和，Cl-含量大于1.8×105mg/L。饱和盐水泥浆配方为：5%钠土+2‰NaOH+5%钻井液用磺化褐煤SMC+3%磺化酚醛树脂SMP+3%磺化沥青，密度1.30-1.35g/cm3左右，马式漏斗粘度40-60S，HTHP失水失水<14mL，PH值9-10。饱和盐水泥浆性能稳定，施工过程中粘度变化不大，起下钻通畅，钻探过程平稳，取出的盐心规则完整无溶失，顺利钻进至终孔。

5 结论与建议

（1）钻井液用磺化褐煤、磺化酚醛树与脂磺化沥青能有效抑制泥岩造浆，并具有良好的抗盐性能。

（2）针对此类地层情况，应在二开时直接采用饱和盐水泥浆。饱和盐水能有效抑制泥岩造浆，并且减少了淡水泥浆转换为盐水泥浆的过程。

参考文献

[1] 李国兴.地下储气库的建设与发展趋势[J].油气储运，2006，25（8）：4-6.

[2] 郑瀚翔.中国地下储气库的建设与发展现狀分析[J].科技致富向导，2015（17）：64.