盐穴储气库老腔利用改造技术课件.ppt

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1、 盐穴储气库老腔利用改造技术 钻井工程技术研究院钻井完井所钻井工程技术研究院钻井完井所盐穴储气库老腔利用改造技术盐穴储气库老腔利用改造技术 盐穴储气库老腔利用改造技术 一、背景与概况一、背景与概况二、面临的挑战与难题二、面临的挑战与难题三、储气库老腔利用改造技术系列三、储气库老腔利用改造技术系列四、应用效果及经济评价四、应用效果及经济评价主要内容主要内容 盐穴储气库老腔利用改造技术 盐穴储气库盐穴储气库利用水溶的方式，利用水溶的方式，在盐丘在盐丘/盐层内形成盐层内形成巨大的溶洞，并将之巨大的溶洞，并将之做为储气空间而形成做为储气空间而形成的人工气库，用以保的人工气库，用以保证管道平衡安全地供证

2、管道平衡安全地供气。气。一、背景与概况一、背景与概况鸭梨状鸭梨状腔体腔体 盐穴储气库老腔利用改造技术|“盐穴储气库老腔利用与改造技术盐穴储气库老腔利用与改造技术”是以国家重点工程西气是以国家重点工程西气东输管道工程配套地下储气库项目为依托，以储气库研究、东输管道工程配套地下储气库项目为依托，以储气库研究、设计、施工为基础而开展的设计、施工为基础而开展的|金坛盐穴储气库是保证整个长输管道平稳运行的关键手段，金坛盐穴储气库是保证整个长输管道平稳运行的关键手段，西气东输管道于西气东输管道于2004年年1月月1日正式实现了商业供气后，对日正式实现了商业供气后，对储气库建设的要求就变得十分急迫储气库建设

3、的要求就变得十分急迫 盐穴储气库老腔利用改造技术|为了尽快建成储气库，为了尽快建成储气库，最有效快捷最有效快捷的方式是的方式是开发与利用金坛盐矿已形成的采卤老溶腔。开发与利用金坛盐矿已形成的采卤老溶腔。|老腔利用不但可以老腔利用不但可以缩缩短建库时间短建库时间，尽早为输，尽早为输气管道提供应急供气，气管道提供应急供气，而且还可以而且还可以减少盐穴储减少盐穴储气库建设成本气库建设成本。盐穴储气库老腔利用改造技术|金坛盐矿是一个采卤金坛盐矿是一个采卤14年的老盐矿年的老盐矿金坛盐矿目前有各类采盐金坛盐矿目前有各类采盐井井4040多口，多口，已形成一定数已形成一定数已形成一定数已形成一定数量的采卤溶

4、腔量的采卤溶腔量的采卤溶腔量的采卤溶腔。本技术研究的目的就是如本技术研究的目的就是如何改造与利用这些老溶腔，何改造与利用这些老溶腔，使之转化为储气库。使之转化为储气库。0120603090阜阳商丘徐州南通南京镇江芜湖杭州无锡合肥安庆黄山上海地华北南部盆地苏北盆泰兴盆地句容南陵盆地常州宣盆地长江平湖盆地吴江盆地金坛盐矿金坛盐矿 盐穴储气库老腔利用改造技术 二、面临的困难与挑战二、面临的困难与挑战 盐穴储气库老腔利用改造技术|困难困难1：国内首次，技术手段匮乏国内首次，技术手段匮乏v盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国是一个崭新盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国是一个崭新盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国

5、是一个崭新盐穴储气库已有采卤井腔改造在中国是一个崭新的课题，有很多技术问题需要探索、研究和实践的课题，有很多技术问题需要探索、研究和实践的课题，有很多技术问题需要探索、研究和实践的课题，有很多技术问题需要探索、研究和实践v国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次，国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次，国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次，国内在盐层内建造天然气地下储气库尚是首次，没有相关经验和资料可以借鉴。没有相关经验和资料可以借鉴。没有相关经验和资料可以借鉴。没有相关经验和资料可以借鉴。v技术手段严重缺乏技术手段严重缺乏技术手段严重缺乏技术手段严重缺乏 盐穴储气库老腔利用改造技术|困

6、难困难2：已有采卤老腔情况复杂已有采卤老腔情况复杂套管腐蚀严重，固井质量差，老井井筒和环套管腐蚀严重，固井质量差，老井井筒和环空密封存在严重问题，空密封存在严重问题，处理非常困难处理非常困难采卤过程中，复杂与事故多，采卤过程中，复杂与事故多，腔体状态不明腔体状态不明 盐穴储气库老腔利用改造技术|困难困难3：国际上无此类工程先例国际上无此类工程先例国外文献调研表明，国外文献调研表明，没有发现在层状盐岩中将没有发现在层状盐岩中将已有溶腔改造方面的实例已有溶腔改造方面的实例从国外获得指导性或经验性的资料几乎不可能，从国外获得指导性或经验性的资料几乎不可能，这在一定程度上增加了老井老腔修复与利用技这在

7、一定程度上增加了老井老腔修复与利用技术的研究难度。术的研究难度。盐穴储气库老腔利用改造技术|困难困难4：安全性要求高安全性要求高地下腔体无阻力，如出现密封问题，会在短期地下腔体无阻力，如出现密封问题，会在短期内出现大量溢漏，且无法压井内出现大量溢漏，且无法压井地面经济发达，人口密集地面经济发达，人口密集一旦出现事故，后果不一旦出现事故，后果不 堪设想堪设想美国发生的由于气体渗漏而引起爆炸美国发生的由于气体渗漏而引起爆炸 盐穴储气库老腔利用改造技术|金坛储气库已有盐腔改造工程金坛储气库已有盐腔改造工程技术难技术难度高、风险大、不确定因素多，需要度高、风险大、不确定因素多，需要多专业协作，多专业协

8、作，是一项的复杂的系统工是一项的复杂的系统工程程 盐穴储气库老腔利用改造技术 三、储气库老腔利用改造技术系列三、储气库老腔利用改造技术系列 盐穴储气库老腔利用改造技术 C老腔筛选程序老腔筛选程序以影响程度、权重系数为序建立了筛以影响程度、权重系数为序建立了筛选程序选程序1 1、定量评价老井腔可利用的筛选标准、定量评价老井腔可利用的筛选标准u建立了老腔预选标准建立了老腔预选标准-腔体经济性、密封性及稳定性为基础腔体经济性、密封性及稳定性为基础u根据储气库特点，建立了腔体筛选程序根据储气库特点，建立了腔体筛选程序C老腔老腔预选标准预选标准l单腔容积单腔容积-经济性经济性容积容积8万方以上万方以上

9、l腔体是否连通腔体是否连通-密封性密封性独立腔体独立腔体如连通，则考虑井口间距如连通，则考虑井口间距l井口间距井口间距-稳定性稳定性独立腔体，井距应尽量大独立腔体，井距应尽量大l腔体形成过程中无重大事腔体形成过程中无重大事故故 盐穴储气库老腔利用改造技术 经研究与分析，从经研究与分析，从4343口已有采卤溶腔中口已有采卤溶腔中筛选出筛选出1515口口井腔井腔v茅兴井区茅兴井区8 8口口茅茅1 1、茅茅2 2、茅茅6 6、茅茅7 7、茅茅8 8、茅茅9 9、溪溪3 3、溪溪4 4v直溪桥井区直溪桥井区2 2口口西西1 1、西、西2 2v东岗井区东岗井区4 4口口岗岗1 1、岗、岗2 2、东、东1

10、 1、东、东2 2v荣炳井区荣炳井区1 1口口荣荣1 1 盐穴储气库老腔利用改造技术 v施工时间：施工时间：20032003年年7 7月月1313日至日至8 8月月1010日日v荣荣1 1井因无法提起采卤管柱放弃井因无法提起采卤管柱放弃对预选出的对预选出的1515口井腔进行了声纳检测口井腔进行了声纳检测工程施工工程施工-通井与声纳测腔通井与声纳测腔 盐穴储气库老腔利用改造技术 茅兴井区茅兴井区东岗井区东岗井区直溪桥井区直溪桥井区声纳检测结果声纳检测结果 盐穴储气库老腔利用改造技术 v地质力学稳定性性评价技术地质力学稳定性性评价技术2 2、已有老溶腔可利用性评价技术、已有老溶腔可利用性评价技术s

11、ymmetrysymmetryCavernSaltMudstone6.4 MPa5.4 MPa地质力学稳定性的研究认为，作地质力学稳定性的研究认为，作为储气腔体必须满足：为储气腔体必须满足：盐穴具有极为有限的膨胀性盐穴具有极为有限的膨胀性具有足够高的安全系数具有足够高的安全系数非盐层及盐层不存在张性破裂非盐层及盐层不存在张性破裂可接受的闭合率。可接受的闭合率。腔体稳定性评价模型腔体稳定性评价模型 盐穴储气库老腔利用改造技术 井号井号腔体形腔体形态符合性符合性茅茅1 1井井双双锥体（尖）体（尖）茅茅2 2井井倒陀螺（尖）倒陀螺（尖）茅茅6 6井井倒陀螺（遍）倒陀螺（遍）茅茅7 7井井锥体箱体体箱

12、体组合合茅茅8 8井井倒陀螺（尖）倒陀螺（尖）茅茅9 9井井锥体箱体体箱体组合合溪溪3 3井井倒陀螺（尖）倒陀螺（尖）溪溪4 4井井未知未知？西西1 1井井上上锥体下体下圆柱柱西西2 2井井倒陀螺倒陀螺东1 1井井倒陀螺（遍）倒陀螺（遍）东2 2井井上上锥体下体下圆柱柱岗1 1井井上上锥体下体下圆柱柱岗2 2井井上上锥体下体下圆台台井号井号盐层底界底界m沉砂厚度沉砂厚度m人工人工井底井底符合符合性性茅茅1 1井井1029.29未知未知有有茅茅2 2井井10417831.8有有茅茅6 6井井1038.6522.44有有茅茅7 7井井1028638.1938.19有有茅茅8 8井井1014612.

13、2112.21有有茅茅9 9井井103717.8317.83有有溪溪3 3井井1013258.168.16有有溪溪4 4井井102654.364.36有有西西1 1井井10719689.22有有西西2 2井井106519未知未知有有东1 1井井109134未知未知有有东2 2井井108333.64有有岗1 1井井108228未知未知有有岗2 2井井107165未知未知有有井号井号盐顶-腔腔顶厚厚度度m（实测）盐顶-腔腔顶厚厚度度m（处理）理）符合性符合性茅茅1 1井井-2-20茅茅2 2井井26.926.9茅茅6 6井井55.753.7茅茅7 7井井43436 642426 6茅茅8 8井井2

14、8282 225252 2茅茅9 9井井60601 158586 6溪溪3 3井井12363？溪溪4 4井井608568西西1 1井井265245西西2 2井井11989？东1 1井井5909？东2 2井井199169岗1 1井井15484？岗2 2井井133113腔体形态腔体形态腔体底板情况腔体底板情况盐顶剩余厚度盐顶剩余厚度腔群间距腔群间距C形态符合几何稳定形态（梨形）形态符合几何稳定形态（梨形）C顶部应有合适的剩余厚度，利于密顶部应有合适的剩余厚度，利于密封与腔体稳定封与腔体稳定C底板剩余厚度不小于底板剩余厚度不小于10米，密封良好米，密封良好C腔体间有合适的矿柱距离腔体间有合适的矿柱距

15、离v直观的直观的已有溶腔评价技术已有溶腔评价技术 盐穴储气库老腔利用改造技术 茅兴井区茅兴井区观察井观察井1观察井观察井2茅兴茅溪腔群（茅兴茅溪腔群（8 8个腔体）不能改作个腔体）不能改作储气溶腔储气溶腔直溪桥腔群（直溪桥腔群（2 2个腔个腔体）可改作储气溶腔，体）可改作储气溶腔，需降低运行压力需降低运行压力腔体可利用筛选结果腔体可利用筛选结果东岗腔群（东岗腔群（4 4个个腔体）可改作储腔体）可改作储气溶腔，需降低气溶腔，需降低运行压力运行压力 盐穴储气库老腔利用改造技术 v已有采卤溶腔存在已有采卤溶腔存在套管变形及腐蚀严重、套管变形及腐蚀严重、固井质量差、固井质量差、密封条件差、井筒注采吞吐

16、量小等问题密封条件差、井筒注采吞吐量小等问题v因此，现有采卤井不具备直接转为注采气井的条件，老因此，现有采卤井不具备直接转为注采气井的条件，老井筒必须进行改造井筒必须进行改造3 3、提出一套成熟的已有溶腔修复改造技术、提出一套成熟的已有溶腔修复改造技术 盐穴储气库老腔利用改造技术 根据储气库的要求和老井腔的特点根据储气库的要求和老井腔的特点,提出了三种提出了三种可能的改造技术方案可能的改造技术方案:v方案方案1 1、直接将老井眼封堵直接将老井眼封堵(或环空挤水泥后或环空挤水泥后)，再打大，再打大直径新井直径新井v方案方案2 2、锻铣部分下部套管和水泥，封堵后再打大直径锻铣部分下部套管和水泥，封

17、堵后再打大直径新眼新眼v方案方案3 3、全井套铣，扩眼后下入大直径套管全井套铣，扩眼后下入大直径套管 盐穴储气库老腔利用改造技术 10-20m方案方案1 1：直接封堵：直接封堵+新井新井测井测井试压试压(管内、环空水试、气试管内、环空水试、气试)射孔挤水泥射孔挤水泥管内封堵管内封堵移位钻新井移位钻新井通井通井技术难度低技术难度低,施工工艺简单施工工艺简单密封存在隐患，不能保证老井筒环空的封固质量，一腔多眼，腔体稳定性有隐患密封存在隐患，不能保证老井筒环空的封固质量，一腔多眼，腔体稳定性有隐患施工工序施工工序 盐穴储气库老腔利用改造技术 30-40m10-20m方案方案2 2、锻铣封堵后锻铣封堵

18、后+新井新井测井测井下部套管锻铣下部套管锻铣30-50m30-50m打塞，注水泥封堵打塞，注水泥封堵其它部位锻铣注水泥其它部位锻铣注水泥移位钻新井移位钻新井通井通井扩铣水泥环至新地层扩铣水泥环至新地层施工工序施工工序施工工艺简单，作业风险相对小施工工艺简单，作业风险相对小后期作业困难，一腔多眼，安全隐患多后期作业困难，一腔多眼，安全隐患多 盐穴储气库老腔利用改造技术 水泥面方案方案3 3：套：套 铣铣测井测井下桥塞，堵套管下桥塞，堵套管套铣生产套管套铣生产套管无井底固井无井底固井井腔连通井腔连通通井通井套铣表层套管并固井套铣表层套管并固井安全隐患少，后期作业容易安全隐患少，后期作业容易施工工序

19、多，作业风险相对大施工工序多，作业风险相对大施工工序施工工序 盐穴储气库老腔利用改造技术 套铣钻进套铣钻进工具组合：工具组合：75/8”铣鞋（外铣鞋（外径径81/2”）+75/8”无接箍套铣无接箍套铣管管+变径接头变径接头+5”加重钻杆加重钻杆+5”钻杆钻杆切割：切割：用套管内（外）铣刀切割套用套管内（外）铣刀切割套管管起出套管起出套管u套铣工艺过程套铣工艺过程 盐穴储气库老腔利用改造技术 u长裸眼段套铣技术长裸眼段套铣技术C套铣其实是一种事故处理技术，易发生井下事故与复杂，套铣其实是一种事故处理技术，易发生井下事故与复杂，对工具及施工技术要求高对工具及施工技术要求高C套管套铣技术是已有采卤溶

20、腔改建成储气库的一项关键技套管套铣技术是已有采卤溶腔改建成储气库的一项关键技术术C在储气库老腔改造方面的应用使该技术上了一个新的台阶在储气库老腔改造方面的应用使该技术上了一个新的台阶 盐穴储气库老腔利用改造技术 q经综合比选，确定了方案经综合比选，确定了方案3，即全井套铣扩眼下大尺寸，即全井套铣扩眼下大尺寸套管固井，为老腔改造方案套管固井，为老腔改造方案q根据上述方案，完成了根据上述方案，完成了6口老井改造的现场施工，实践口老井改造的现场施工，实践证明该方案是老腔改造的最优方案证明该方案是老腔改造的最优方案q利用套铣技术将老井腔转化为储气溶腔的老腔改造方案，利用套铣技术将老井腔转化为储气溶腔的

21、老腔改造方案，整合了整合了套管套铣工艺、饱和盐水泥浆、无井底盐水水泥套管套铣工艺、饱和盐水泥浆、无井底盐水水泥浆固井浆固井等技术，等技术，在世界盐穴储气库建设史上尚属首次，在世界盐穴储气库建设史上尚属首次，是一个创举。是一个创举。盐穴储气库老腔利用改造技术 4 4、腔体密封性试压与评价技术、腔体密封性试压与评价技术X腔体密封性试压是评定腔体能否使用的腔体密封性试压是评定腔体能否使用的X在研究和借鉴国外腔体试压方法的基础上，结合国内盐在研究和借鉴国外腔体试压方法的基础上，结合国内盐层及井腔的实际情况及特点，提出了适合于我国的盐穴层及井腔的实际情况及特点，提出了适合于我国的盐穴腔体密封测试方法腔体

22、密封测试方法X X核心是核心是核心是核心是以空气（或氮气）为介质，以界面检测仪为手段，以空气（或氮气）为介质，以界面检测仪为手段，定量评价气体泄露速率。定量评价气体泄露速率。关键手段关键手段 盐穴储气库老腔利用改造技术 测试介质：空气测试介质：空气向套管和测试管柱环空注入向套管和测试管柱环空注入空气，使气水界面深度达到空气，使气水界面深度达到生产套管鞋以下生产套管鞋以下510m510m的位的位置置通过界面测井仪持续地记录通过界面测井仪持续地记录气水界面的深度，找出液面气水界面的深度，找出液面深度随时间的变化曲线。深度随时间的变化曲线。根据腔体泄漏率随时间的变根据腔体泄漏率随时间的变化趋势和泄漏

23、率的绝对数值化趋势和泄漏率的绝对数值对腔体密封性作出评价。对腔体密封性作出评价。空气空气测试原理测试原理 盐穴储气库老腔利用改造技术 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72结果评价准则结果评价准则试压井口装置示意图试压井口装置示意图闸阀闸阀1 1闸阀闸阀2 2闸阀闸阀3 3悬挂心轴悬挂心轴压力表压力表1 1压力表压力表2 2变变 径径 法法兰兰四通四通上法兰上法兰为试压设计的井口为试压设计的井口泄漏率计算公式如下：泄漏率计算公式如下：盐穴储气库老腔利用改造技术 盐穴腔体密封性试压技术盐穴腔体密封性试压技术填补了国内空白填补了国内空白，为储气库，为储气库建设做好了技术储备建设做好

24、了技术储备该技术不但综合了国外两种测试方法的优点，还具有该技术不但综合了国外两种测试方法的优点，还具有可操作性强、工艺简单、评价结果准确、成本低等可操作性强、工艺简单、评价结果准确、成本低等特特点点为世界各国盐穴储气库建设，提供了一种可资借鉴的为世界各国盐穴储气库建设，提供了一种可资借鉴的腔体密封性检测方法腔体密封性检测方法该项技术已申请了发明专利：该项技术已申请了发明专利：专利申请号专利申请号 2.7 2.7 盐穴储气库老腔利用改造技术 5 5、安全高效地现场施工工艺、安全高效地现场施工工艺 为了安全高效地进行老腔改造现场实施，提出了系统的现为了安全高效地进行老腔改造现场实施，提出了系统的现

25、场施工工艺，主要包括：场施工工艺，主要包括：v饱和盐水钻井液饱和盐水钻井液v套铣钻头选型及改进套铣钻头选型及改进v套铣工艺参数优化套铣工艺参数优化v提高半饱和盐水水泥浆固井质量措施提高半饱和盐水水泥浆固井质量措施v人工井底建立技术人工井底建立技术v腔体连通技术腔体连通技术v试压设备选型与施工试压设备选型与施工|每项技术都包含了丰富的内容每项技术都包含了丰富的内容 盐穴储气库老腔利用改造技术 饱和盐水钻井液技术饱和盐水钻井液技术配方：配方：4-6%4-6%钠膨润土钠膨润土+0.5%K-PAM+0.5-+0.5%K-PAM+0.5-1.0%NH4PAN+0.1-0.2%Hv-CMC 1.0%NH4

26、PAN+0.1-0.2%Hv-CMC+0.2%RH-3+0.1-0.2%RH-4+0.2%RH-3+0.1-0.2%RH-4钻井液冲洗液领浆尾浆牛顿牛顿牛顿牛顿流体流体流体流体宾汉宾汉宾汉宾汉流体流体流体流体塑塑塑塑性性性性流流流流体体体体牛牛牛牛顿顿顿顿流流流流体体体体隔离液宾宾宾宾汉汉汉汉流流流流体体体体固井模拟固井模拟套铣钻头优化套铣钻头优化套铣工具优选套铣工具优选密封性试压密封性试压 盐穴储气库老腔利用改造技术 四、应用效果及经济评价四、应用效果及经济评价 盐穴储气库老腔利用改造技术 l利用该项目研究成果，利用该项目研究成果，在在4040多口各类采盐井中最后挑选多口各类采盐井中最后挑选

27、出具备可利用条件的采卤盐腔出具备可利用条件的采卤盐腔6 6个，个，目前已全程改造修复目前已全程改造修复完成，完成，较好地解决了实际施工中的种种难题，取得了巨较好地解决了实际施工中的种种难题，取得了巨大的成功。大的成功。l预计在预计在20062006年初年初，可完成利用腔体的总体积约，可完成利用腔体的总体积约98.551098.55104 4m m3 3，储气库容可达，储气库容可达1.4101.4108 8m m3 3，调峰工作气约调峰工作气约0.78100.78108 8m m3 31 1、现场应用效果、现场应用效果 盐穴储气库老腔利用改造技术 2 2、效益评价、效益评价 该项技术具有巨大的社

28、会与经济效益该项技术具有巨大的社会与经济效益：缩短缩短2-32-3年的建库时间，加快了储气库建设进程年的建库时间，加快了储气库建设进程-利用现有溶腔中的利用现有溶腔中的6 6个老溶腔，至少可节约个老溶腔，至少可节约3 3年的造腔时间，可实现尽早为年的造腔时间，可实现尽早为输气管道提供应急供气。输气管道提供应急供气。减少了建库投资减少了建库投资 -根据初设测算，建造根据初设测算，建造1 1个体积约个体积约25104m325104m3的溶腔，其投资约需的溶腔，其投资约需30003000多万元多万元左右，利用现有体积约左右，利用现有体积约120104m3120104m3的储气溶腔，可节约投资的储气溶

29、腔，可节约投资1.61.6亿多元。亿多元。缓解了卤水出路的压力，为新腔建造创造了条件缓解了卤水出路的压力，为新腔建造创造了条件在国内工业盐市场饱和的情况下，利用现有采卤溶腔可大大缓解建库造腔在国内工业盐市场饱和的情况下，利用现有采卤溶腔可大大缓解建库造腔卤水出路的压力，为提高新腔建库速度创造条件，意义深远。卤水出路的压力，为提高新腔建库速度创造条件，意义深远。盐穴储气库老腔利用改造技术 已有溶腔评价及综合已有溶腔评价及综合利用技术的研究，为利用技术的研究，为西气东输储气库建设西气东输储气库建设争取了时间，节省了争取了时间，节省了投资，改善了建设环投资，改善了建设环境，极大地提高了西境，极大地提高了西气东输工程的可靠性，气东输工程的可靠性，社会效益和经济效益社会效益和经济效益影响深远。影响深远。盐穴储气库老腔利用改造技术 老腔改造技术的研究成果，对于其它项老腔改造技术的研究成果，对于其它项目有较强的借鉴与指导意义目有较强的借鉴与指导意义储油库储油库其它烃类物质储存其它烃类物质储存核工业废物处理核工业废物处理3 3、应用前景、应用前景 盐穴储气库老腔利用改造技术 汇报结束！欢迎多提宝贵意见。