孤家子储气库建设面临的问题及采取措施

◇中国石化东北油气分公司石油工程环保技术研究院 张 赫

“双碳”的引入，将推动能源的结构转型，未来天然气将在能源布局方面起到非常关键的作用，而地下储气库又是安全稳定供应以及天然气输配网络有效工作的关键保障。因此，东北地区决定建立孤家子储气库，在创建规模上，从近处考虑是要满足调峰需求，从长远考虑是要符合战略储备。结合孤家子储气库建设，分析利用老井建设储气库存在的问题，并提出技术措施，对不合格井及时采取封堵作业。

在“双碳”背景下，天然气作为洁净的化石能源将引起巨大影响。结合集团公司“十四五”天然气发展规划，正在抓紧推进建设中国石化百亿立方米储气调峰体系。天然气已经成为我国现代能源体系的主体能源之一。随着国内天然气消费的迅速增加和储气能力的缺乏，天然气想要保持安全平稳供应，还面临一定的挑战，而天然气储气库则可用于增强天然气调峰应急和保供能力[1]。储气库在实际工作中承担着突发供气短缺填补的重要功能，能够有效保障居民生活、企业生产的正常运行[2]。

1 储气库基本情况

孤家子储气库是利用枯竭气藏建立的储气库。枯竭油气藏型储气库以原有气藏区块作为基础，对原有气藏老井在评估再利用可行性后，进行封堵或改造作业[3]。2018年，为积极响应中石化总部储气库建设发展规划，筛选了分公司内适合建设储气库气藏。孤家子气田位于吉林省梨树县境内，距孤家子镇中心约7km，距离梨树县约45km，距离长春市约80km，区内交通便利，地下已经形成有密闭性良好的油气储集空间，在储气库建设上存在相当的优势。而且孤家子气田周边有多条输气管道，地势平坦开阔，满足安全距离和环保要求，适合承担季节调峰及应急供气任务，在市场竞争中具有明显优势。

孤家子储气库建设方案部署利用井数19口井，其中注采井9口，单采井8口，观察井2口。设计上限压力为15MPa，下限压力为5.0MPa。气库总库容3.76×108m3，储气能力2.57×108m3，基础垫气量0.7×108m3，附加垫气量0.49×108m3，年注气期170d，采气期170d。孤家子储气库分为两期工程建设，待一期工程建设完成顺利投入运营后，再开展二期工程产建。

2 存在问题分析

通过收集大量资料，建立孤家子储气库井史数据库，经过统计分析，并结合储气库建设标准，发现孤家子气藏在建库方面存在以下几个方面问题。

（1）建库井均为老井。孤家子气田于1996年发现，1999年后投入全面工业开发，最高日产气量达35×104m3，2003年开发井网基本完善，2004年后没有新的开发井投入。气田累计产气量3.96×108m3，累计产水量9284m3，采出程度59.6%，主要储气层基本采空。目前孤家子井均处于封井状态。本次建库方案设计全部利用老井，其中最近的是在2002年完井，因此井龄均在20年以上。经过长时间的自然腐蚀，老井的井身结构能否达到要求，需进一步开展评价。

（2）建库井套管状况薄弱。20年前孤家子地区打井，均采用的是二级井身结构，全部采用的是J55钢级套管，并且井眼小，除了1口井采用的是139.7mm的套管，其余全部采用的是114.3mm套管。油层套管的水泥返高1200m～地面之间。

（3）建库井井内状况复杂。孤家子井目前均已封井，井内以两个水泥塞为主，一个水泥塞在产层之上，一个水泥塞在井口。其中八口井有丢手封隔器；两口井有管串落物；一口井于2002年1月发现在井深951m处套管变形，2004年进行过套管整形。井筒内的水泥塞和封隔器的存在，必将给井的利用带来一定的影响，不仅增加作业内容，同时在处理过程中有可能带来伤害。

3 采取的技术措施

根据《地下储气库设计规范》要求，老井不宜作为注采井重复利用。需要经过固井质量、套管技术现状检测和套管剩余强度分析合格后，可再作为监测井、采气井或排液井[4]。枯竭油气藏储气库套管不同于普通气井套管柱，它承担了注气和采气两个过程的循环载荷。孤家子利用老井建库是一个很大的挑战，为保证储气库运行的安全性要求，需要对利用井开展进一步的固井质量、套管状况的检测与评价，以确认其可利用性。具体可采取以下技术检测手段。

（1）SBT检测技术。开展固井质量检测，评价第一界面、第二界面水泥胶结状况。常用的固井质量监测技术有四种：声幅测井、声波变密度测井、超声波成像测井和SBT测井。经过对比，优选SBT测试技术，因为该项技术可以弥补前几项技术的缺陷，既可以测得第一、第二界面固井质量，又可以分扇区的来评价胶结情况，同时还不受温度和压力的变化影响。

SBT测试仪器共计八个探头，八个探头均匀分布在整个圆周范围，根据这八个扇区的声幅可做出套管外水泥胶结分布的剖面图，并可得到八个扇区中的声幅（包括平均、最大和最小声幅），最终形成SBT胶结灰度图，不同的灰度表示不同的胶结情况，以直观的形式可以判定水泥环的胶结质量。该项技术既可以定性的得到两个界面的胶结结果，也可以定量的给出第一界面的胶结情况。

（2）四十臂井径检测技术。开展套管技术状况检测，可以评价套变、套损，确定最小内径及套管腐蚀情况。四十臂井径成像测井仪共有40个机械探测臂，测试仪外径70mm，长度2079mm，测量范围80-180mm，最大压力80MPa。当用仪器下入井内，对套管内径进行测量时，每一个探测臂会感知到套管内径，之后将探测到的信息通过一定的机械系统经由位移传感器传输给地面数控系统，进而可由地面数控系统将所得到数据转换为套管的内径值。

（3）电磁探伤检测技术。电磁探伤测井依据电磁感应原理，是磁测井技术的一种，通过检测漏磁量变化得出套管损伤数据，这项技术的优势是可以对两层壁厚开展检测，井内液体及井壁附着物不会对测试结果产生干扰，可准确指示井内管柱结构以及工具位置。仪器直径φ43mm，仪器总长度2230mm。适用套（油）管范围62～324mm。经过测试可得出管柱标准壁厚、剩余壁厚，该技术可以定量的测出套管的损害程度，为判断套管可利用年限及井筒修复提供准确的数据。

根据储气库建设规范要求，设计对全部井进行固井质量监测，全部注、采井进行电磁探伤测试，全部注气井及部分重点井加测多臂井径。对于不符合建设储气库标准的老井，应全部封堵。对可利用井，及时下入完井管柱，安装井口装置等。

4 封堵措施

经过技术检测，其中一口采气井SBT测试显示固井质量不合格，并且电磁探伤结果表明存在裂缝性损伤，考虑到安全性，决定将该井转为封堵井。按照操作可行、投资最小的原则，对工序优化，实现长期安全有效的封堵，避免井筒内外气体窜漏，引起安全事故及储气库内气体损失。

依据SY/T6848-2012《地下储气库设计规范》要求，执行储气目的层顶界以上连续水泥塞长度应不小于300m的规定。具体施工步骤及注意事项。

（1）通过钻塞、打捞、套磨铣、刮管及其他修井技术，处理井筒至露出封堵层位底界，建立目的层挤堵通道。

（2）开展井筒质量检测，依据方案设计要求采取SBT、电磁探伤、多臂井径测试，检测固井质量和套管质量。

（3）井筒连续注灰，对储层进行挤堵水泥，井筒内射孔层位顶界以上灰塞长度不少于300m。

（4）添加环空保护液，对灰面以上井内液体替换成保护液。

（5）安装KQ 21MPa/65mm EE PR1简易井口并试压，试压21MPa，30分钟压降0.5MPa内为合格。

（6）安装测试压力表，便于监测生产套管内外与外层套管环空压力。可实现实时监控，随时掌握套管内外密封情况。

5 结束语

（1）孤家子储气库是利用老井建库，通过井史分析建库存在的问题，利用技术检测手段，对储气库套管质量、套管外水泥环胶结质量进行检测和评价，筛选出不合格井。

（2）目前均使用开发期间的试井资料预测，与储气库强注强采情况下实际注采能力可能存在差异，为保证储气库的安全，需依据实际注采情况进行调整，制定合理的生产制度。

（3）储气库的安全评价是一项系统的、庞大的、复杂的工作，存在很多不确定性，还需要结合管柱气体动力学研究，确定井筒系统的安全状况。未来还需系统评价储气库，建立相关规范。