摘要：枯竭油气藏是世界上最适合建设地下储气库的一种类型，在我国也是建设地下储气库的首选类型。为此，对利用枯竭油气藏建设地下储气库的特殊性进行了分析，发现有如下特点：原有老井多、服役时间长、井况复杂；储气层压力低，保护储层防止污染的技术难度大；储气库运行始终处于交变载荷的变化过程中，对工程质量要求更高。针对性地提出了建库工程的配套技术：原有老井处理技术(可利用老井的筛选技术、合理利用老井部署监测观察井技术、可靠封堵报废老井的配套关键技术)和建库新钻注采井在钻井-固井-完井施工全过程中实施保护储层一体化联作方式的关键技术。该配套技术对我国今后建设枯竭油气藏型地下储气库工程具有实用及参考价值。
关键词：天然气储备；枯竭油气藏；储气库工程；老井；储层保护；钻井；固井；完井；封堵报废
枯竭油气藏是世界上最适合建设地下储气库的一种类型[1]，在我国也是首选的建库目标类型。已经枯竭油气田的开发基本上经历了产量增产、稳产、递减3个阶段，地层压力已经下降到废弃压力附近。通过对3个生产阶段资料的分析，可以基本弄清楚能否利用枯竭油气藏建设储气库。假设已经完成了对油气藏地质、气藏工程以及安全性的评价，初步认定枯竭油气藏用作建设储气库是非常可靠的，那么，这时建设枯竭油气藏型储气库的关键就取决于油气田现有井的技术状况以及建库新钻井对储气层的有效保护。
建库工程的配套技术，就是指针对建库目标的具体条件及特殊性，能合理地处理油气田现有老井以保障储气库安全，同时能有效地保护好储层，满足建库施工质量达到储气库设计标准和设计调峰规模的工程配套技术。
1 枯竭油气藏建库的特殊性
1.1 原有老井多、服役时间长、井况复杂
引发储气库泄漏的主要因素有地质因素和工程因素。天然气通过盖层漏失的情况不常见，最常见的是通过老井的漏失[2]。
油气田到了开发末期，老井服役时间一般都在十几年到几十年，老井的固井质量和套管腐蚀老化情况严重，工程报废井、套变井、套损井、管外窜井等井况十分复杂，老井井数多，相当于在完整的构造上开出了“千疮百孔”，极易引发天然气沿老井井筒或套管外发生向上或向下窜通泄漏。因此，建设枯竭油气藏储气库工程的关键技术之一，就是合理筛选、利用、处理老井以及封堵报废建库构造上的全部老井。
1.2 储气层压力低，保护储层防止污染的技术难度大
建设地下储气库工程的评价指标，目前常用的有两个：一是注采气能力，即在1天之内能够采出天然气的最大量；另一个是储气库的工作气量。当油气藏进入衰竭开采期时，储层压力下降到了废弃压力附近，储气库建库时压力系数为0.3左右，已经降到相当低的水平。建库保护储层技术将对新钻注采气井的注采气能力和储气库调峰规模产生十分重要的影响。
建库工程实施过程中，对建库工程材料的质量可靠性要求高，同时对储层保护标准要求严格。因此工程实施技术难度大。
1.3 储气库运行始终处于交变载荷的变化过程中，对工程质量要求更高
利用枯竭油气藏建设储气库不同于常规油气田的开发，建库时油气藏的静态物性特征、储层的生产动态特征都会发生一系列变化。油气田开发是油气藏趋于降压开采的一次性过程，而储气库则既是储气场所，又是方便的供气气源，到注气期结束时，注入的气量将充满气藏，完成一次升压过程；而在用气量增加的时候，就得从储气库中采出气体，到采气期结束时，气藏压力又下降到储气库运行下限压力附近，完成一次降压过程。这样的一次升降压注采气过程，称为储气库运行周期。储气库每年要进行一个周期或多个周期的运行。因此，储气库始终处于反复交变载荷的变化过程当中，这对建库工程的老井处理技术、新钻注采气井的施工和低压储层保护技术都提出了更高的要求。
2 建库工程的配套关键技术
2.1 原有老井处理技术
2.1.1可利用老井的筛选技术
老井服役时间长，井况差，原则上不再用以注采气。但在初期的建库过程中，从有利于恢复储集层储气体积、形成有效库容及其经济性的角度考虑，采用建库数值模拟预测的方法，可注气模拟、测试并筛选出可以利用作为排液井和监测观察井的老井。
注气模拟时，要设置不同注气速度的储气库运行方案。假定当老井所在构造位置的井内气液比大于等于3000m3/t时将自动关井，由此计算出不同注气速度下构造上老井从开始排液到关井时所经历的时间。在注气后期，这些井都先后关井，位于构造较低部位的井，关井较晚；注气速度越高，指进越严重，关井越早。注气排液关井时间不能满足储气库运行周期要求的老井、注气指进严重，很快就气窜的老井，原则上不予采用，而且在建库前期工程施工时就要全部永久性封堵报废。
这样我们就可筛选出注气排液关井时间能够满足储气库运行周期的老井，初步选定为排液井及边界监测观察井，然后再通过老井检测、修复、试压评价，最终确定可利用的老井。
2.1.2合理利用老井部署监测观察井技术
利用老井进行监测，主要是进行储气库安全监测和运行动态观察。
若储气库是受断层岩性控制的储气构造，那么主控断层在储气库周期注采运行过程中的有效封闭性，就是储气库安全运行的监测关键因素之一。随着储气库运行过程的压力、温度变化，对气、油、水边界波动规律的动态观察以及对可能发生泄漏点的监测就成为储气库监测工作中的重点。
在构造的断层附近，部署断层断点部位的观察井，用于监测储气库可能向外发生泄漏的可能性。选择储气库气藏顶部盖层之上的渗透性地层，部署构造顶部观察井，用于监测储气库如果发生泄漏并产生次生气藏的可能性。在构造中有时存在鞍部(也就是最低点)，当天然气到达该处时就会泄漏出去。在靠近气泡一端的构造低点部署气水边界观察井，用来监测该点的气水活动情况，防止天然气泄漏溢出。
根据老井所处构造位置，合理选择水体部位的老井、地质报废井以及筛选评价出的可利用的老井、排液井，可以在后期用作储气库监测观察井。
2.1.3老井封堵报废的关键技术
对于不再利用的老井，建库注气之前就要进行永久性封堵报废。可靠地封堵报废老井对于保障储气库工程的顺利实施及日后储气库的安全运行都至关重要。
从国内外现场实践来看，常用的封层堵剂主要有两类：一类为树脂类堵剂；另一类为水泥类堵剂[3]。采用平均粒径7μm左右的超细水泥材料作堵剂，直接挤注封堵储气层段，具有封堵半径大、与地层和套管粘结牢、封堵强度高、初凝时间可调等优点，可以有效地防止储层天然气从套管内沿井筒或套管外沿水泥环发生泄漏。
老井封堵报废工艺，采取三级封堵带压候凝为主体的永久性封堵报废井工艺，即：第一级在储层以下井段打灰塞，形成底板保护，防止气体向下窜入其他渗透层；第二级采用超细水泥等材料直接挤注储气层段进行封堵；第三级在储层以上井段打水泥塞面直接上返到老井原水泥返高位置，形成顶板双重保护。同时对于固井质量达不到要求的老井，采取套铣或锻铣套管后打水泥塞封堵工艺封堵报废老井。在长江三角洲地区建设枯竭油气藏储气库时，采用上述技术对17口老井实施了封堵报废施工，试压检测质量全部合格[4]。
2.2 建库保护低压储层技术
2.2.1气库注采井的特殊要求
建设储气库的注采气井不同于天然气开发井。一般情况下储气库设计为注采合一井，既是注气井，又是采气井，具有双重功能，所以储气库注采气井要承载交变载荷的变化；其次，储气库的运行特点是采气速度高、强度大，注采气井始终处于强注强采、多周期、大排量吞吐的周期运行过程之中。因此，对储气库注采井的井身质量要求高，要求气密封性好、服役时间长。俄罗斯建设运行的17座枯竭油气藏型储气库，有16座运行时间为19～50天，储气库注采气井的持续生产时间已超过50天。
2.2.2钻井工艺技术
在新钻注采气井时，要求首先预测、核对地层压力，尽可能利用地层敏感性试验分析成果，选择合理的优质钻井液、泥浆处理剂及添加剂。严格控制钻井液密度和滤失量，要求API失水小于5mL。同时加强固相控制，要求含砂量小于0.3%，减少滤液和固相颗粒侵入储层。
钻开储层时，要保持钻井液流变性能的稳定，保证其各项性能指标始终符合保护储层及稳定井壁的要求。严格控制施工排量、泵压等参数，力求做到平衡或微超平衡钻井。
当钻进至储层前50m时应充分除砂除泥，适当降低黏切，均匀加入暂堵剂材料，对储层进行屏蔽暂堵，保护好储层，有效防止污染。钻开储层后，为减少钻井液对储层的浸泡时间，应该在48h内进行电测井和固井作业施工。
考虑到储气库注采过程中注采井“吞吐”作用引起的交变应力对井筒的影响和注采气井流物对套管的腐蚀，井身质量应满足长期使用的要求，生产套管宜选用厚壁气密封螺纹套管。
2.2.3固井工艺技术
储气库运行的特点要求注采气井能承受低压、高压交替性的变化，使用年限尽可能长[5]。世界上最早建成运行的储气库注采气井的寿命已经超过50a，至今还在正常运行。所以注采气井的固井对水泥石的强度及致密性、水泥环与套管、井壁的胶结质量和长期密封性的要求更高。储气库注采井的特殊性要求固井时水泥浆必须返至地面。
考虑到利用枯竭油气藏建库注采井水泥浆封固井段长，保护储层的固井工艺技术主要采用双级固井工艺。一级固井首先保证套管鞋处的固井质量，固井时要考虑水泥浆零析水。二级固井水泥浆返至地面，固井时利用钻井储层屏蔽暂堵效果，采用低密度水泥浆体系，同样要控制API滤失量小于50mL，析水量小于2mL，从而在固井过程中实现对低压储层的保护。
2.2.4完井工艺技术
由于建库时枯竭油气藏地下亏空严重，为了保护射孔后的储层不受压井液的污染，完井采用射孔-完井联合作业的一次完井工艺技术。射孔后将射孔管柱丢入井底，即可直接投产，不仅避免了对储层的二次污染，还可缩短井下作业工期，大大节省作业成本。
针对枯竭油气藏在建库施工过程中不可避免会发生储层污染的问题，射孔时用液氮掏空井筒，确定合理的负压值，采用深穿透负压射孔技术(目前深穿透射孔弹的穿深大于900mm)进一步改善储层近井壁地带的渗流能力，提高储层的导流能力。
注采气井的完井管柱要选择气密封型生产管柱，配套设施必须能对井下异常情况下的高压气流实施快速控制，要求安装带有井下安全阀和地面安全阀的自动控制系统。
3 结论
1) 利用枯竭油气藏建设储气库在我国是首选的建库类型。建设储气库工程配套的关键技术，是建库构造原有老井的处理技术和新钻注采气井的储层保护技术。
2) 针对改建储气库的油气藏的具体条件及特殊性，采用建库数值模拟预测的方法，合理地筛选处理利用老井作为边界排液井和部署为监测观察井，可以减少建库钻井数量，降低建库工程投资。
3) 通过筛选、检测、评价，确定不再利用的老井，建库注气升压之前就要进行永久性封堵报废。防止储气库运行过程中因老井诱发天然气泄漏，这是决定建库工程安全的关键之一。老井封堵报废一般采取三级封堵带压候凝为主体的永久性封堵报废井工艺，这对于保障储气库工程质量至关重要。
4) 建库保护低压储层技术，新钻注采气井应该从钻井技术-固井技术-完井技术系列的施工全过程，实施配套的保护储层一体化联作方式。这是建设枯竭油气藏型地下储气库工程，实现新钻注采气井达到储气库设计规模和设计产能指标的重要保障。
参考文献
[1] 宋德琦，苏建华，任启瑞，等.天然气输送与储存工程[M].北京：石油工业出版社，2004.
[2] 奥林·弗拉尼根.储气库的设计与实施[M].张守良，陈建军，万玉金，等译.北京：石油工业出版社，2004.
[3] 张平，刘世强，张晓辉，等.储气库区废弃井封井工艺技术[J].天然气工业，2005，25(12)：111-114.
[4] 李建中.西气东输地下储气库初步设计[R]廊坊：中国石油勘探开发研究院廊坊分院，2008.
[5] 华爱刚，李建中，卢林生.天然气地下储气库[M].北京：石油工业出版社，1999.
(本文作者：李建中1 徐定宇2 李春1 1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院；2.中国石油规划总院)