本文转自微信公号“TechOil”
研究背景：
针对中国复杂地质条件和储气库周期性大流量强注强采交变载荷工况，建立了包括选址评价、指标设计、钻完井、地面工程、风险预警和评估等方面的气藏型储气库建库关键技术，并总结了矿场应用实效。
中国气藏型储气库主要地质特点：
1、气藏构造破碎。中国地质构造沉积环境复杂，经历多期次构造运动，导致地质构造破碎、气藏内部和周边发育不同规模的断层。
2、储气层埋藏深。气藏埋深较大和断层发育双重因素大大增加了钻完井设计施工和储气库长期交变载荷下“细长”井筒有效密封的难度。
同时，埋藏较深将要求地面较高的注气压力，对地面工程低成本建设和压缩机等高压动设备安全运行技术要求较高。
3、储集层非均质性强、建库前地层流体分布复杂。
储集层非均质性越强、水体能量越大，建库前地层流体分布越复杂。
建库前地层流体的复杂分布大大增加了储气库高速注采有效库容量、工作气量、井注采气能力等关键指标设计难度。
储气库选址圈闭动态密封性评价技术：
1、盖层动态密封性
（1）毛细管密封性：目前主要采用突破压力定量评价毛细管密封性，它是盖层毛细管密封能力最根本、最直接的评价参数，综合反映了岩性、泥质含量、孔隙度、渗透率、微观孔喉分布等对毛细管密封性的影响。
笔者提出了盖层动态突破压力的概念，指在储气库周期注采交变应力引起盖层微观孔隙结构改变条件下的气体封闭能力，用以量化评价储气库周期注采工况下盖层毛细管动态密封能力。
（2）力学完整性：力学完整性评价的重点是研究储气库大流量强注强采时储集层局部高压引起的储、盖层拉张破坏，以及由于复杂地质构造、岩性变化和层理发育等导致的局部应力集中引起的盖层剪切和长期疲劳破坏风险。
通过开展矿场地应力测试和室内岩心实验，准确测试储、盖层最小水平主应力，以此评价气藏高速注气建库是否会诱发储、盖层拉张破坏。
盖层剪切破坏风险评价是在岩石力学实验研究基础上，通过研究圈闭地应力场及其动态变化特征，以岩石剪切破坏准则为依据，计算出剪切破坏指标，以实现风险量化评价。
采用圈闭地应力-渗流耦合建模技术，通过数值模拟方法评价盖层剪切破坏风险。
疲劳破坏风险评价是在模拟储气库注采工况条件下，通过开展室内岩心三轴加卸载交变应力实验研究盖层岩石变形破坏特征，采用累计塑性应变来定量评价储气库长期交变载荷下盖层疲劳破坏风险。
交变应力加载方式、交变范围和频率是实验设计的难点。
2、断层动态密封性
断层密封性评价包括侧向和纵向密封性评价两个方面。
通过地质、地震、测井等资料综合解释，采用砂泥比、泥岩涂抹系数等指标可对侧向密封性进行较为准确的评价。
储气库建库关键指标优化设计技术：
1、有效库容量：
基于对开发中后期水侵气藏储集层流体分布和气水互驱渗流机理的深入分析，提出了以建库有效孔隙空间为核心的有效库容量设计新方法。
其基本思想是在综合考虑气藏衰竭开发导致的部分孔隙空间永久损失和储气库大流量注采地层高速渗流孔隙局部动用的基础上，以建库可动用的有效含气孔隙空间为基础，采用动态物质平衡原理设计有效库容量。
图1 储气库有效库存量与视地层压力关系示意图
2、工作气量：
工作气量是指储气库在设计的运行压力区间采出的天然气量。
在有效库存量预测和上、下限压力设计的基础上，即可计算出工作气量，其为上限压力与下限压力对应的库存量之差。
3、合理井网密度：
储气库合理井网密度设计的核心是要满足有限时，间内能够采出设计工作气量的最低井数要求，影响因素包括井注采气能力、井控库存和市场不均衡调峰用气需求等。
适应超低压地层和储气库交变载荷工况的钻完井技术：
1、储气库地面工程优化技术：
注采井口优化。储气库注采井口优化是在保障井安全的前提下，通过井场布局、注采计量和防冻工艺等的科学设计，实现大流量频繁波动工况下注采井高效运行。注采管道优化。
对于注气量小于等于500×104m3/d且集输半径不超过20km的小型储气库，采用注采合一方式，1条管道可满足注气和采气要求；
对于注气量在（500～1000）×104m3/d的中型储气库，需综合考虑地面工程建设投资和运行成本等经济因素，优化确定注采管道建设方案；
对于注气量大于1000×104m3/d的大型储气库，采用注采分开方式。
储气库集注站的安全泄放是持续动态变化的过程，常规工程设计一般基于经验采用“全量放空”理念，即放空系统规模等于站场设计规模。放空系统规模是影响其建设成本和安全风险的关键因素。
2、储气库地面核心装备：
包括高压注气压缩机、大口径高压注采管和高压大规模采气处理装置等。
储气库地下、地面全系统风险预警与评估技术：
1、以动态监测为核心的地层风险预警：
通过将储气库常规动态监测井网监测与微地震实时监测协同配套，形成了储气库地层漏失风险预警技术。
通过与常规监测井压力监测结果对比，进一步判断地层变形可能导致的气体漏失风险，指导注采工况的调整和储气库动态监测方式的完善。
2、注采井完整性检测与风险评估：
检测对象包括套管柱（井下及近井口）、采气树和井口装置、套管外窜流或气体聚集、水泥环第1/第2界面胶结质量、套管间压力及其可能来源、套管外空间流体量等。
图2 储气库注采井 A 环空带压风险图版
建立基于故障树的注采井泄漏风险评估方法，主要评估流程包括：
识别各种潜在的泄漏路径，建立注采井泄漏故障树；
按腐蚀、冲蚀、地震等分类建立概率评价模型，并基于风险因素与基本事件的关系确定事件发生概率，建立注采井泄漏概率计算模型；
考虑地层迁移泄漏、大气泄漏和水泥环泄漏模式，建立泄漏后果评估模型；
考虑天然气泄漏对人员生命安全和经济损失的影响，建立储气库井个体风险和经济风险评估模型（图2）。
结论：
建立了以室内物理模拟和储气圈闭地应力-渗流耦合建模为主要手段的圈闭动态密封性评价技术，指导库址目标优选和后续建库地质方案设计。
提出了有效库容量、运行压力区间、工作气量和合理井网密度等储气库建库关键指标的设计方法。
研发了吸水树脂复合凝胶堵漏材料和高强度低弹性模量韧性水泥浆，建立了超低压地层防漏堵漏和满足储气库交变载荷工况下井筒长期有效密封的高质量固井技术，实现了世界最深、温度最高储气库安全钻井和高质量固井。
形成了克服国内高压注气、采出气组分复杂等难题的储气库地面工程优化设计技术，实现了高压注气压缩机等核心装备国产化。
建立了储气库地层-注采井-地面动设备全系统风险预警和评估技术。
文献来源：马新华,郑得文,申瑞臣,王春燕,罗金恒,孙军昌.中国复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术与实践[J].石油勘探与开发,2018,45(03):489-499。
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发表于 2021-5-15 14:52:19
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