盐穴储气库高效注排采一体化管柱

单保东 周照恒 刘亚静 乔宽 陈猛如 郭雯 何平

中国石油华北石油管理局有限公司江苏储气库分公司

盐穴储气库在完成溶腔后，腔体内充满盐岩溶解形成的卤水，必须经过注气排卤将卤水排出后，腔体才能投入运行使用。目前国内注气排卤工艺主要是采用Ø244.5 mm 生产套管+Ø177.8 mm 注采套管+Ø114.3 mm 排卤油管的工艺管柱组合，通过向Ø177.8 mm 套管与Ø114.3 mm 油管环空注气，在压力作用下促使井内卤水从Ø114.3 mm 油管内排出，排卤完成后通过带压作业将Ø114.3 mm 排卤管柱取出，实现腔体注采投产［1］。

注气排卤工艺技术虽然已经在盐穴储气库得到广泛应用，但在实际施工过程中仍存在很多问题：(1)管柱注排过流面积小，排卤周期长。在注气排卤过程中，利用Ø177.8 mm 套管与Ø114.3 mm 油管环空作为注气通道，而钻完井中的Ø244.5 mm 套管与Ø177.8 mm 套管中间的环空面积被浪费，导致注排过流面积小，排卤流量低，单口井排卤周期一般为4～6 个月；较低的排卤流量增加了管柱结晶堵塞的风险，因此需要定时停井对排卤管柱进行反冲洗，进一步增加了注气排卤时间。(2)排卤完成后，带压起出排卤管柱工序复杂，风险大。注气排卤完成后为了保证井下安全阀和采气井口主闸顺利开关、实现井下有效控制、确保盐穴储气安全运行，需要起出Ø114.3 mm 排卤油管。排完卤后腔体内充满了高压天然气，起排卤管柱非常困难，必须使用不压井作业装置将排卤管起出，带压作业工序复杂，风险大，费用高。

为了解决上述问题，通过对金坛盐穴储气库注气排卤现场实施现状进行分析，研制了满足盐穴储气库工艺要求的注排采一体化管柱，通过开展注排采一体化管柱的应用试验，验证注排采一体化管柱的实用效果，为后期推广应用提供参考依据。

1 注排采一体化管柱方案设计

1.1 管柱选型

针对现有注气排卤管柱过流面积小、排卤流量低的问题，拟采用扩大排卤管柱直径的方法来提高排卤速度，此项改进工艺理论上可以直接增大过流面积，提高排卤速度，降低管柱内部结晶堵塞的危险。

目前金坛盐穴储气库注气排卤工艺是采用Ø244.5 mm 生产套管内下入Ø177.8 mm 套管(带井下工具)和Ø114.3 mm 油管。若要增大排卤管直径，将原工艺Ø244.5 mm 生产套管与Ø177.8 mm 套管中间的环空面积有效利用起来，可以采用大直径排卤管直接下入Ø244.5 mm 生产套管内进行注气排卤，而目前直径介于Ø244.5 mm 和Ø114.3 mm 之间的常用管材中，有Ø177.8 mm 和Ø139.7 mm 两种，其设计过流面积对比见表1。

表1 排卤及注气面积对比Table 1 Comparison of brine discharge and gas injection area

由上表可知，Ø177.8 mm+Ø244.5 mm 管柱组合注气面积明显小于排卤面积，考虑管柱接箍及管柱上其它工具外径影响，注气面积将进一步减小，而过小的环空面积对于工具的选型要求更高。因此，结合金坛盐穴储气库现场情况，从工具匹配性、注排过流面积、经济性等方面考虑，优选Ø139.7 mm+Ø244.5 mm 管柱组合作为注排采一体化工艺的排卤管柱。

1.2 管柱设计

目前注气排卤工艺的管柱组合主要是采用Ø244.5 mm 生产套管+Ø177.8 mm 注采套管+Ø114.3 mm 排卤油管，结构如图1 所示。由于原注气排卤工艺在排卤完成后为了保证井下安全阀和采气井口主闸顺利开关，需要通过带压作业起出Ø114.3 mm排卤油管完成腔体注采投产，而带压作业风险大、成本高、周期长，不利于高效生产的进行。

图1 原注气排卤管柱结构Fig. 1 Structure of original gas injection and brine discharge string

因此，为达到提高效率降低风险的目的，新管柱的设计目标是使用一套管柱工具完成注气排卤、坐封、投产等步骤，省去现有的Ø114.3 mm 管柱，省去不压井起管作业，提高注气排卤效率。新型注排采一体化管柱设计结构如图2 所示。通过生产套管和一体化管柱环形空间注入天然气，从一体化管柱内排出饱和卤水，最后通过打压封隔器坐封、丢手丢弃尾管进而完井，达到省去带压作业的目的。

图2 注排采一体化管柱结构Fig. 2 Structure of injection-dischargeproduction integrated string

2 现场应用

为了验证金坛盐穴储气库注排采一体化管柱的可靠性及注气排卤效果，开展了一体化管柱现场应用试验。为提高试验结果可靠性，降低试验风险，同时减少盐腔内落物对后续造腔的影响，计划将试验分2 次实施：第一次入井试验验证注排采一体化管柱的可靠性及注气排卤的效果，但试验管柱不下丢，采用压差滑套模拟管柱下丢性能试验；第二次试验在验证注排采一体化管柱的可靠性及注气排卤的效果的同时，对管柱进行下丢性能试验。

2.1 第一次入井

对试验井井筒进行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安装注采井口及管线并完成氮气试压，注气排卤准备工作完成后，进行试注气排卤，注气排卤从Ø244.5 mm 套管与Ø139.7 mm 油管环空注入天然气，卤水通过Ø139.7 mm 油管内返出地面，试注气排卤到腔体正常进气，返出卤水正常为止；试注气排卤合格后，开始正式注气排卤作业。第一次入井试验过程中，在12.3～13.4 MPa 注气压力下，平均排卤速度135.75 m3/h，详细数据见表2。

表2 第一次试验数据统计Table 2 Data statistics of the first test

注气排卤结束后，开始进行氮气试压，氮气流量887 Nm3/h，压力12.8 MPa，注入氮气量1 921 Nm3，驱替天然气至封隔器以下，泵送胶塞至塞座，打压至17.2 MPa，封隔器坐封；环空打压至17 MPa，验封合格。油管打压至21 MPa，打开压差滑套，压力瞬间下降至0 MPa，滑套打开。工具及排卤工况验证完毕后氮气诱举排出注入天然气，上提入井工具及试验管柱，试验结束。

2.2 第二次入井

对试验井井筒进行通井、刮削、洗井，下注采管柱，安装注采井口及管线并完成氮气试压，注气排卤准备工作完成后，进行试注气排卤，注气排卤从Ø244.5 mm 套管与Ø139.7 mm 油管环空注入天然气，卤水通过Ø139.7 mm 油管内返出地面，试注气排卤到腔体正常进气，返出卤水正常为止；试注气排卤合格后，开始正式注气排卤作业，第二次入井试验过程中，在12.7～13.8 MPa 注气压力下，平均排卤速度138.13 m3/h，详细数据见表3。

注气排卤结束后氮气试压，氮气流量881 Nm3/h，压力12.5 MPa，注入氮气量1 933 Nm3，驱替天然气至封隔器以下，泵送胶塞至塞座，打压至18 MPa，封隔器坐封；环空打压至17.5 MPa，验封合格；投入胶塞，打压至30 MPa，丢手脱开。工具及排卤工况验证完毕后氮气诱举排出注入天然气，起出入井工具及试验管柱，试验结束。

表3 第二次试验数据统计Table 3 Data statistics of the second test

3 应用效果分析

3.1 提高排卤效率

筛选金坛盐穴储气库8 口完腔井进行了注气排卤初期排卤速率与2 次入井试验排卤速率的对比研究。其中，试验的排卤时间均为8 h，具体数据结果见表4。

表4 排卤速率对比Table 4 Comparison of brine discharge rate

Ø139.7 mm 套管注排采一体化管柱实现了环空注气面积和管柱内排卤面积的优化，降低了环空内气体和管内卤水的摩阻，使得注气排卤速度明显提升。由表4 数据计算可得，在相同注气压力范围内，采用Ø177.8 mm+Ø114.3 mm 管柱8 口完腔井平均排卤速度约为108.59 m3/h，试验平均排卤速度约为136.94 m3/h，排卤效率提高约26%。以金坛盐穴储气库为例，其盐穴腔体体积约为15～45 万m3，平均腔体30 万m3，若原工艺技术进行注气排卤，单口井平均排卤时间需115 d，更换新型高效注排采一体化管柱进行注气排卤只需91 d，节省排卤时间24 d。

3.2 简化作业工序

原注气排卤管柱通过向Ø177.8 mm 套管与Ø114.3 mm 油管环空注气，在压力作用下促使井内卤水从Ø114.3 mm 油管内排出，排卤完成后通过带压起排卤管及钢丝作业工序将Ø114.3 mm 排卤管柱取出，实现腔体注采投产。而高效注排采一体化管柱注气排卤从Ø244.5 mm 套管与Ø139.7 mm 油管环空注入天然气，卤水通过Ø139.7 mm 油管内返出地面，在完成注气排卤后，是通过打压封隔器坐封、丢手丢弃尾管进行完井，Ø139.7 mm 油管兼顾排卤与注采气功能，节省了一套Ø114.3 mm 注气排卤管材，省去了带压起排卤管及钢丝作业工序，避免了带压作业的风险，同时节省了整套注气排卤工艺的施工作业及材料成本，缩减作业时间10～15d。

4 结论

(1)通过两井次注气排卤试验，成功验证了新型高效管注排采一体化管柱现场应用的可行性，可以满足盐穴储气库注气排卤需求。

(2)新型高效注排采一体化管柱与现用油管排卤工艺相比，注气排卤管柱过流面积增大，排卤效率提高约26%；采用丢手丢弃尾管，简化作业工序，缩减作业时间10～15 d。