枯竭氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)需要關(guān)注的幾個(gè)關(guān)鍵問題

摘 要

摘要：到2020年，中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣需求量將超過500×108m3，其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭型氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)而獲得。為此，分析指出枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與
摘要：到2020年，中國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣需求量將超過500×108m3，其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭型氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)而獲得。為此，分析指出枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與氣藏開發(fā)本身具有較大的差異性，兩者在建庫(kù)與開發(fā)條件、開采方式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、運(yùn)行過程、工程要求、儲(chǔ)層改造及監(jiān)測(cè)7個(gè)方面都存在著較大差異。因此，在地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和運(yùn)行管理過程中，不能照搬氣藏開發(fā)的模式，必須關(guān)注地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的5個(gè)關(guān)鍵問題：庫(kù)容參數(shù)設(shè)計(jì)、井網(wǎng)部署、氣庫(kù)安全、氣庫(kù)監(jiān)測(cè)和氣庫(kù)運(yùn)行優(yōu)化。做好以上5個(gè)方面的工作，將會(huì)大大縮短建庫(kù)周期，提高枯竭氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行效率。
關(guān)鍵詞：枯竭氣藏；地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)；氣藏開發(fā)；差異性；庫(kù)容參數(shù)；井網(wǎng)部署；安全；監(jiān)測(cè)；庫(kù)群優(yōu)化
    地下儲(chǔ)氣庫(kù)是天然氣產(chǎn)業(yè)中上下游不可分割的重要組成部分，隨著中國(guó)天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的需求將越來(lái)越迫切。目前中國(guó)正在建設(shè)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)絕大部分是由枯竭氣藏改建而成的，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，全國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣需求量將超過500×108m3[1]，而其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭氣藏改建而獲得，因此，抓住枯竭氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵，做好枯竭氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和運(yùn)行管理工作，對(duì)我國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)具有重要意義。
1 氣藏開發(fā)與儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的差異性
    氣田開發(fā)與地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)存在較大的差異性，這種差異性主要表現(xiàn)在以下7個(gè)方面：
    1) 建庫(kù)與開采條件的差異：氣藏開發(fā)需要把各種復(fù)雜條件下的天然氣通過各種方式開采出來(lái)；地下儲(chǔ)氣庫(kù)則需要利用條件最好的氣藏建設(shè)而成。
    2) 開采方式的差異：氣藏開發(fā)需要最大限度地提高采收率，開采周期長(zhǎng)達(dá)(或超過)10年；地下儲(chǔ)氣庫(kù)則需要在很短的時(shí)間(一般是1個(gè)注采周期，即3～4月)內(nèi)把氣庫(kù)中的有效工作氣全部開采出來(lái)，并且還需要在1個(gè)注采周期內(nèi)將地下儲(chǔ)氣庫(kù)注滿達(dá)到滿庫(kù)容。
    3) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的差異：氣藏開采盡量保持穩(wěn)產(chǎn)；地下儲(chǔ)氣庫(kù)產(chǎn)能設(shè)計(jì)則以滿足地區(qū)月(日)最大調(diào)峰需求為原則。
    4) 運(yùn)行過程的差異：氣藏開發(fā)一般產(chǎn)量遞減；地下儲(chǔ)氣庫(kù)的產(chǎn)量則逐年遞增。
    5) 工程要求的差異：氣藏開發(fā)采氣井壽命為10～20年，且開采過程單向從高壓到低壓；地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壽命要求30～50年，且井筒內(nèi)壓力頻繁變化。
    6) 對(duì)儲(chǔ)層改造的差異：氣藏開發(fā)可通過大規(guī)模壓力酸化來(lái)提高單井產(chǎn)能；而地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)壽命長(zhǎng)，如果儲(chǔ)層改造不具備相當(dāng)長(zhǎng)的有效期(8～10年或更長(zhǎng))，則一般不進(jìn)行儲(chǔ)層改造，氣庫(kù)儲(chǔ)層改造的目的主要是改善井底污染。
    7) 監(jiān)測(cè)差異：氣藏開發(fā)一般不單獨(dú)鉆監(jiān)測(cè)井；地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)運(yùn)行過程中有時(shí)會(huì)大量部署監(jiān)測(cè)井，以控制監(jiān)測(cè)庫(kù)區(qū)及周邊的各種異常情況。
2 枯竭氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)關(guān)注的重要問題
    正是由于氣藏開發(fā)與地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)存在著較大的差異，因此在地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和運(yùn)行管理過程中，不能照搬氣藏開發(fā)的模式，必須關(guān)注地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的以下關(guān)鍵問題。
2.1 應(yīng)注重庫(kù)容參數(shù)和單井注采氣能力設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性
    對(duì)于庫(kù)容量來(lái)說(shuō)，枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容量不能等同于氣藏的儲(chǔ)量，需考慮多方面因素來(lái)確定。地質(zhì)儲(chǔ)量指氣藏原始含氣孔隙體積的含氣量，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量是在氣藏較低速開采條件下對(duì)應(yīng)的可動(dòng)用儲(chǔ)量。庫(kù)容量則是地下儲(chǔ)氣庫(kù)在高速注采過程中壓力波及的地層可動(dòng)含氣孔隙體積對(duì)應(yīng)的氣量。由于受氣藏多年開采、壓力下降和水侵等多種因素的影響，枯竭氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)后的氣體占據(jù)就的孔隙體積往往小于原始孔隙體積[2]。
    對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不應(yīng)過高追求枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣比例，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)、地面和經(jīng)濟(jì)等各方面因素，合理加以確定。理論上儲(chǔ)氣庫(kù)的工作氣量是氣庫(kù)上下限壓力范圍內(nèi)的最大采氣量，在實(shí)際運(yùn)行過程中是1個(gè)注采周期內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)所有井在上下限壓力范圍內(nèi)注(采)氣量之和。工作氣量的確定與儲(chǔ)氣庫(kù)下限壓力關(guān)系密切，但一定要考慮在1個(gè)注采周期內(nèi)整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行壓力能否均勻有效控制在上下限運(yùn)行壓力范圍以內(nèi)。過低的下限壓力可能導(dǎo)致氣藏邊底水侵入，反而降低儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容速度和工作氣規(guī)模。對(duì)于滲透性較差的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，過高的工作氣比例需要有大量的注采井才能實(shí)現(xiàn)，這將帶來(lái)較大的成本壓力。因此，對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量的設(shè)計(jì)而言，不僅要考慮地質(zhì)條件的可行性，還應(yīng)對(duì)地面設(shè)施和管道等各種條件加以綜合考慮。
    對(duì)于單井產(chǎn)能的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井單井注采氣能力的確定一定要考慮調(diào)峰高峰期或短期應(yīng)急大排量采氣的需要。氣藏開發(fā)氣井產(chǎn)量主要是根據(jù)氣井產(chǎn)能并結(jié)合方案設(shè)計(jì)的采氣速度進(jìn)行配產(chǎn)確定。地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井注采能力的設(shè)計(jì)主要由儲(chǔ)層滲流能力和井筒性質(zhì)決定，應(yīng)最大限度地發(fā)揮氣井的采氣能力[3]，滿足儲(chǔ)氣庫(kù)大流量調(diào)峰和應(yīng)急的需要，相同條件下，儲(chǔ)氣庫(kù)氣井配產(chǎn)量通?？蛇_(dá)到氣藏開發(fā)井配產(chǎn)量的2～3倍。
2.2 儲(chǔ)氣庫(kù)的井網(wǎng)部署應(yīng)以最大限度控制庫(kù)容、滿足工作氣注采需要為目的，不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)“稀井高產(chǎn)”
    儲(chǔ)氣庫(kù)注采井網(wǎng)部署與氣藏開發(fā)井網(wǎng)部署存在較大的區(qū)別，這主要是由于儲(chǔ)氣庫(kù)采用大流量雙向循環(huán)注采所致。井網(wǎng)部署是否合理直接關(guān)系到儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行效率的高低。氣藏開發(fā)井網(wǎng)部署一般是在構(gòu)造高部位或儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)集中布井，“稀井高產(chǎn)”以獲取較長(zhǎng)的穩(wěn)產(chǎn)年限和較高的采收率。儲(chǔ)氣庫(kù)井網(wǎng)部署則要滿足強(qiáng)采強(qiáng)注的要求，需要一定的井網(wǎng)密度，且布井要兼顧儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)、不發(fā)育區(qū)及水淹區(qū)，以擴(kuò)大氣體波及效果和提高庫(kù)容動(dòng)用程度。
2.3 高度重視地下儲(chǔ)氣庫(kù)的安全
    作為調(diào)峰和保障安全供氣的主要設(shè)施，地下儲(chǔ)氣庫(kù)一般建設(shè)在天然氣管道下游用戶區(qū)附近，而儲(chǔ)氣庫(kù)的服役年限又都較長(zhǎng)(一般超過50年)，因此儲(chǔ)氣庫(kù)的安全要求相比氣藏開發(fā)更加嚴(yán)格，氣井及儲(chǔ)氣庫(kù)本身的安全必須引起高度的重視。
    一般來(lái)講，儲(chǔ)氣庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于儲(chǔ)氣庫(kù)注采井的安全與否?？偨Y(jié)歸納儲(chǔ)氣庫(kù)各類井存在的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括以下9項(xiàng)：①地震或地質(zhì)災(zāi)害造成的套管變形、套管錯(cuò)斷和固井質(zhì)量下降；②注采交變應(yīng)力造成的井下設(shè)備損壞和固井質(zhì)量下降；③設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備缺陷及疲勞損傷；④油套管等井下設(shè)備的腐蝕；⑤井下作業(yè)事故；⑥第三方破壞或機(jī)械損壞；⑦洪水等自然災(zāi)害造成的井口破壞；⑧周邊環(huán)境影響；⑨違章指揮與違章作業(yè)。為保證儲(chǔ)氣庫(kù)注采井的安全，應(yīng)保證建井質(zhì)量，加強(qiáng)注采井的監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估，根據(jù)安全評(píng)估及時(shí)制訂風(fēng)險(xiǎn)井的處理方法。
    除了井的安全外，儲(chǔ)氣庫(kù)本身的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)也必須高度重視。地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在4個(gè)方面：①地震或地質(zhì)災(zāi)害引起斷層開啟活動(dòng)而導(dǎo)致天然氣泄漏；②注采交變應(yīng)力誘導(dǎo)斷層開啟而導(dǎo)致天然氣泄漏；③超壓注氣導(dǎo)致蓋層破裂或突破蓋層封堵而導(dǎo)致天然氣泄漏；④高速注氣導(dǎo)致天然氣沿著高滲透帶從溢出點(diǎn)泄漏。為了應(yīng)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)的地質(zhì)評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)，對(duì)超原始地層條件注采進(jìn)行充分試驗(yàn)和論證。
2.4 應(yīng)高度關(guān)注儲(chǔ)氣庫(kù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，包括對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和氣井的安全檢測(cè)
    由于儲(chǔ)氣庫(kù)采取高速注采且注采頻繁交替，不同的注采周期內(nèi)注采速度和注采量會(huì)有差異，加上儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，每個(gè)注采周期內(nèi)，地下油氣水分布都不可能完全相同，因此加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)監(jiān)測(cè)是及時(shí)了解儲(chǔ)氣庫(kù)動(dòng)態(tài)與安全狀況、做好儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行管理必不可少的環(huán)節(jié)。
    儲(chǔ)氣庫(kù)監(jiān)測(cè)體系一般有6大項(xiàng)，主要包括儲(chǔ)氣庫(kù)蓋層密封性監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣庫(kù)斷裂系統(tǒng)密封性監(jiān)測(cè)、上覆淺層水監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)部溫度壓力及流體組分監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣庫(kù)氣液界面及流體運(yùn)移監(jiān)測(cè)、儲(chǔ)氣庫(kù)周邊及溢出點(diǎn)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要是常規(guī)壓力、溫度、地層水烴類含量、地層流體組成和氣液界面，有時(shí)根據(jù)需要采用示蹤劑或氣體同位素等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
   對(duì)于氣井的檢測(cè)，一般包括固井質(zhì)量檢測(cè)、井下設(shè)備腐蝕與損壞監(jiān)測(cè)和套管外氣體聚集檢測(cè)。固井質(zhì)量檢測(cè)主要通過測(cè)井方法實(shí)現(xiàn)，井下設(shè)備的腐蝕與損壞情況主要通過磁脈沖探傷測(cè)井儀檢測(cè)，管外氣體聚集情況主要通過高靈敏溫度測(cè)井儀檢測(cè)。
2.5 應(yīng)注重單個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)及整個(gè)庫(kù)群的注采優(yōu)化，在最大限度發(fā)揮調(diào)峰作用的同時(shí)，提高整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)群運(yùn)行效率
   庫(kù)群整體優(yōu)化是將多座儲(chǔ)氣庫(kù)作為既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的統(tǒng)一體，以采氣計(jì)劃、氣庫(kù)產(chǎn)能、管網(wǎng)壓力節(jié)點(diǎn)、壓縮機(jī)功率等為約束條件，協(xié)調(diào)好各儲(chǔ)氣庫(kù)之間的注采氣運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)群的優(yōu)化配產(chǎn)配注?？傮w優(yōu)化基本模式為：首先進(jìn)行單一氣庫(kù)注采氣能力分析，然后確立庫(kù)群優(yōu)化配置的基本原則及約束條件，在此基礎(chǔ)上建立庫(kù)群整體優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，最后利用建立的模型進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)群的配產(chǎn)方案優(yōu)化。
    國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)群優(yōu)化配產(chǎn)的嘗試，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院根據(jù)中國(guó)石油大港油田板橋儲(chǔ)氣庫(kù)群的不同特點(diǎn)和北京地區(qū)天然氣調(diào)峰需求變化，制訂了6座儲(chǔ)氣庫(kù)最佳的調(diào)峰保供方案。
    歐洲一些儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)營(yíng)公司已經(jīng)在儲(chǔ)氣庫(kù)智能運(yùn)行優(yōu)化方面進(jìn)行了大量研究，目前已經(jīng)開發(fā)出可以同時(shí)模擬12座儲(chǔ)氣庫(kù)、400口注采井的儲(chǔ)氣庫(kù)智能管理系統(tǒng)，將SCADA系統(tǒng)、油藏?cái)?shù)值模擬和專家系統(tǒng)等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，優(yōu)化儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰注采方案。
3 建議
    中國(guó)正在加快地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)步伐，2011-2012年，不少枯竭氣藏將會(huì)建設(shè)為地下儲(chǔ)氣庫(kù)，對(duì)這些即將投入建設(shè)的儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行分析，認(rèn)為主要有以下4個(gè)共同點(diǎn)：①埋深大，基本上都超過了2500m；②都是水侵或水淹的氣藏；③儲(chǔ)層非均質(zhì)性或裂縫系統(tǒng)比較復(fù)雜；④儲(chǔ)層的孔滲條件均不太理想，屬于中低滲儲(chǔ)層。對(duì)此，提出如下建議：
   1) 針對(duì)水淹或水侵的枯竭氣藏：①主要進(jìn)行細(xì)致的儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)前期地質(zhì)研究，分析水侵范圍和侵入量，研究高速注采條件下氣水互驅(qū)效率，進(jìn)而確定合理的庫(kù)容和工作氣量；②同時(shí)研究注采擴(kuò)容過程中驅(qū)水或排水的可行性，從而布置合理的注采井網(wǎng)。
    2) 針對(duì)非均質(zhì)性較強(qiáng)和裂縫系統(tǒng)較復(fù)雜的氣藏：①加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)非均質(zhì)性和裂縫系統(tǒng)分布規(guī)律的研究，分析高速注采氣條件下不同孔滲帶的氣驅(qū)效率；②分析研究不同注采井網(wǎng)對(duì)庫(kù)容和工作氣量的控制效果；③注氣過程中應(yīng)及時(shí)有效地監(jiān)測(cè)和控制不同相帶、不同儲(chǔ)氣層位或裂縫系統(tǒng)以及斷層附近的氣水運(yùn)移狀況，及時(shí)調(diào)整注采井位和注采速度；④應(yīng)盡量避免高滲透帶或高產(chǎn)井超負(fù)荷調(diào)峰采氣而引起水錐或水侵，進(jìn)而導(dǎo)致已經(jīng)建立起來(lái)的庫(kù)容和[作氣量損失。
    3) 針對(duì)中低滲氣藏：①應(yīng)適當(dāng)提高儲(chǔ)氣庫(kù)的下限壓力，降低儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣比例，避免為提高工作氣比例而增加過多的井?dāng)?shù)，導(dǎo)致鉆井投資的增加；②應(yīng)嚴(yán)格控制注采井帶水生產(chǎn)，避免因氣井出水導(dǎo)致注采能力大幅度降低；③應(yīng)慎重評(píng)價(jià)和分析儲(chǔ)層改造的持久性和有效性。
    4) 針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)氣井的安全設(shè)計(jì)：①充分論證并盡可能提高單井產(chǎn)能，以應(yīng)對(duì)極端條件下的注采氣要求；②嚴(yán)格控制建井質(zhì)量，在井身結(jié)構(gòu)、管柱材質(zhì)和固井質(zhì)量等方面嚴(yán)格把關(guān)；③做好深井交變注采應(yīng)力條件下井筒安全性的相關(guān)研究；④提前做好氣井檢測(cè)的技術(shù)儲(chǔ)備，制訂注采氣井檢測(cè)計(jì)劃。
    5) 針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的注采運(yùn)行管理：①應(yīng)及時(shí)制訂注采調(diào)峰計(jì)劃，尤其是在建庫(kù)擴(kuò)容階段，應(yīng)分析各種可能條件下的注采調(diào)峰方式和應(yīng)對(duì)措施；②在多個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)同時(shí)建設(shè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)氣庫(kù)規(guī)模、注采能力和氣藏類型等優(yōu)化制訂注采氣運(yùn)行計(jì)劃；③應(yīng)加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)存管理，研究?jī)?chǔ)氣庫(kù)庫(kù)存管理的有效分析評(píng)價(jià)方法；④加強(qiáng)儲(chǔ)氣庫(kù)的監(jiān)測(cè)。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：丁國(guó)生 王皆明 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)