２６ 西部探矿工程 ２０１５年第９期 并在非渗透性的盖层下形成一个储气层。含水层型储 气库的数量仅次于枯竭型油气藏储气库，目前全球有 数量超过８０座的含水层型储气库，占全球地下储气库 总数的ｌ５％左右，是满足季节性调峰和战略储备供气 的一种很好选择。 但含水层型储气库具有非常多的缺点：勘探和选 址难度较大，建库周期长，一般需要ｌ５年及以上；钻井 工程量大，观测井所占比例比枯竭型储气库要多；垫层 地下储气库，特别对孔隙性差的地层和岩层的地区，岩 洞型储气库是一种比较实用的地下储气库。但该类型 的储气库具有建库成本高、密封难度大的缺点。白２０ 世纪７０年代以来，一些国家开展了岩洞型储气库的前 期研究工作。 （３）废弃矿井型储气库。废弃矿井型储气库是利 用符合储气条件的废弃矿井进行天然气的存储。由于 气比例非常高，一般占总储气容量的５Ｏ％～６０％，这是 该类型的地下储气库具有密封性差、安全和环保性能 差等缺点，该类型的地下储气库在世界上分布非常少。 该类型储气库的显著特点；储气库建设工程量大、费用 投资高、运行费用高。含水层型储气库的垫层气比例 和含水岩层的渗透性密切相关。例如，在一年的注／采 天然气周期中，高渗透率（＞４９３．４５ｘ１０ Ｉｚｍ ）储气层的 垫层气比例仅为４５％，而低渗透率（＜４９．３５ｘ１０。。ｇｍ ）储 气层的垫层气比例可高达７５％。表１给出了渗透率与 垫层气比例关系。由表１可以看出，渗透性越好，垫层 气比例就越小，储气库运行效率更高。 表１渗透率与垫层气比例关系 渗透率（１０。。 ｍ ） 垫层气比例（％） ４９３．５～９８６．９ ５Ｏ～４Ｏ １９７．４～４９３．５ ６５～５５ ４９．３５ ７５ １．２洞穴型地下储气库 洞穴型地下储气库主要包括盐穴型储气库、岩洞 型储气库和废弃矿井型储气库。 （１）盐穴型储气库。盐穴型储气库是利用水将地 下盐层的盐溶解，以此形成洞穴储存天然气。该类型 的地下储气库具有利用率高、注气时间短、垫层气用量 少和可将垫层气完全采出的优点。但从储气库库容量 来看，盐穴型储气库远远小于枯竭型油气藏储气库和 含水层型储气库的库容量。而且单位有效容积的成本 高，水溶盐造穴所需时间长，建库周期久。目前世界上 有盐穴型储气库约４４座，占地下储气库总数的８％。建 造盐穴具有如下基本原则：只有当盐层中的不溶解物 质含量低于２５％时才能采用浸溶（１ｅａｃｈ）法建造盐穴。 库址附近必须有充足的淡水或者轻度含盐的水；有适 于排放盐水的场所；浸溶过程可分为５～８个阶段，可能 延续几年；各盐穴的间距必须大于规定的距离。 （２）岩洞型储气库。岩洞型储气库是利用在地下 岩层中挖掘出一个封闭的空间来储存天然气。具有选 址方便（可以建在大多数的岩层中）、经济有效的一种 ２地下储气库建设关键技术 ２．１钻井技术 （１）钻井方式的选择。在枯竭油气藏型储气库井 的钻井方式上，为了便于储气库集中管理、减少搬井次 数和节约储气库成本，主要采用丛式井组设计。在地 面布置井组，每个井组钻２～１Ｏ口注采井不等。新钻注 采井井间距应考虑井场面积、布井数量、安全生产以及 后期作业等因素，原则上不小于１０ｍ。例如，荷兰Ｎｏｒｇ 储气库采用的是丛式井的井场设计，其中一个井组完 钻１０口注采井，井间距为１０ｍ。为了提高储气库井的 单井注采能力，储气库注采井应根据储气层的地质特 征，优先采用水平井或定向井与水平井的组合，其中原 则上水平段长度应大于５００ｍ。例如，德国Ｂ－Ｅ储气库 所钻的注采井中，最大水平位移为１５１４ｍ。 （２）井身结构设计。注采井井身结构应满足储气 库长期周期性高强度注采及安全生产的需要，各层套 管下深应结合当前实际地层孔隙压力、坍塌压力、破裂 压力资料进行设计。为了提高储气库单井注采能力， 使储气库能满足季节调峰供气和应急供气的功能，宜 采用较大尺寸的井身结构，原则上生产套管的尺寸不 ，＼、于（ｚ３１７７ ８ｍｍ （３）固井技术。在储气库井的建设中，固井技术是 重中之重，一方面储气库具有运行周期长、强注强采和 周期循环的特殊要求，这些给固井带来了严峻挑战；另 外，枯竭型油气藏由于经过多年的开采，地层压力势必 会大大减少，在固井注水泥时会带来压破地层的风险， 这些复杂地质特征给固井施工带来了困难。 为了满足储气库长期交变应力条件下对生产套管 强度的要求，应根据储气库运行压力按不同工况采用 等安全系数法进行设计和三轴应力校核。生产套管材 质应结合油气藏流体性质和外来气质进行选择。生产 套管及上一层技术套管应选用气密封螺纹，套管附件 机械参数、螺纹密封等性能应与套管相匹配。为保证 气密螺纹的气密性能，下套管作业应由专业队伍采用 ２０１５年第９期 西部探矿工程 ２７ 专用工具完成，生产套管应逐根进行螺纹气密性检测， 螺纹密封检测压力为储气库井口运行上限压力的１．１ 倍。生产套管固井不使用分级箍，若封固段长应采用 国、前苏联等一些地下储气库比较发达的国家，从２０世 尾管悬挂再回接方式固井。生产套管固井推荐使用套 管管外封隔器，配合固井措施提高防气窜能力。 生产尾管及盖层段固井应使用具有柔韧性的微 膨胀水泥体系。水泥浆游离液控制为０，滤失量控制 在５０ｍＬ以内，沉降稳定性试验的水泥石柱上下密度 纪７０年代开始，就如何减少储气库中的垫层气量、采用 惰性气体、氮气、二氧化碳或压气机组废弃等代替天然 气作储气库垫层气，开展了广泛而大量的研究工作，并 取得了可喜的成绩。采用惰性气体作垫层气，避免与 天然气发生混合是关键技术问题。法国和美国的解决 办法是在储气层外侧注入惰性气，而不是在整个储气 库均匀注入，这样惰性气体滞留在外侧，可实现隋性气 差应小于０．０２ｇ／ｃｍ。，水泥石气体渗透率应小于０．０５ｘ １０ Ｆｍ ，膨胀率０．０３％～１．５％。①常规密度水泥石 ２４￣４８ｈ抗压强度应不小于１４ＭＰａ，７ｄ抗压强度应不小 于储气库井口运行上限压力的１．１倍，但原则上不小于 ３０ＭＰａ。②低密度水泥石２４￣４８ｈ抗压强度应不小于 １２ＭＰａ，７ｄ抗压强度应不小于储气库井口运行上限压 力的１．１倍，但原则上不小于２５ＭＰａ。各层套管固井水 泥浆均应返至地面，应在施工前对现场样品进行复核 实验。固井过程中应取水泥和水样品评价其性能。生 产套管固井应采用批混批注方式施工，水泥浆密度差 小于０．０２ｇ／ｃｍ。。水泥胶结质量检测应选择声幅／变密 度测井，生产套管及盖层段应增加超声波成像测井，测 井资料按照相应技术要求进行处理，处理结果包括第 一、二界面胶结程度和水泥充填率等内容，并对水泥环 封固质量及层间封隔情况等进行综合评价。生产套管 固井质量胶结合格段长度不小于７０％；对于封固盖层 的技术套管，盖层段固井质量连续优质水泥段不小于 ２５ｍ，且胶结合格段长度不小于７０％。生产套管应采用 清水介质进行试压，试压至井口运行上限压力的１．１ 倍，但不能超出生产套管任一点的最小屈服压力值， ３０ｍｉｎ压降不大于０．５ＭＰａ为合格。 ２．２注气／采气技术 （１）垫层气替换技术。地下储气库总容量中包括 工作气（活动气）和垫层气（残余气）两部分。垫层气的 主要作用是使储气库在一次抽气末期保持一定的压 力、提高气井产量、抑制地层水流动等。垫层气在储气 库中是不能抽出的气体，地下储气库的垫层气量少则 占储气量的１５％，多则占７５％。迄今为止在建库时都 采用注入天然气作垫层气，这不仅大大增加了地下储 气库的储气投资，还沉积了大量的“死资金”。以美国 为例，１９８７年美国地下储气库中总垫层气气量达１０８０ｘ １０。ｍ。。按天然气矿场平均每￥６０／１０００ｍ。，当年垫层气 长期沉积的资金达６４亿美元。 而采用ＣＯ 等惰性气体作为新建地下储气库的垫 层气可节约经济成本；对现有的储气库采用惰性气体 置换出天然气，则可以减少储气操作费用。因此，美 体作为垫层气维持库容容积和压力的功能。 （２）注气／采气工艺流程。一般情况下，地下储气 库注气、采气工艺流程见图２。 —＿＿Ｉ天然气加压机 —．＿＿ Ｉ地下储气库卜－． —一注气流程 —Ｉ叫天然气输配管网 采气流程—・－ 一－１净化、调压装置卜－ 图２地下储气库注气，采气工艺 注气工艺流程为：当上游长输管道供应的天然气 流量大于天然气输配管网的用户使用量时，多出的天 然气进入储气库工艺站场的加压机（一般为燃气加压 机）加压后，分别送各储气库储存，加压机出口设计压 力一般等于地下储气库设计压力。采气工艺流程为， 下游天然气输配管网用气高峰期，上游供应量不足或 出现事故时，将地下储气库储存的天然气经过净化、调 压处理后，送天然气输配管网，供用户使用，以弥补上 游供应量的不足。储气库工艺站场设置净化装置的作 用，是净化、分离一些随天然气带出的杂质、水分、轻烃 等物质，避免对管道输送产生不良影响。 ３国内地下储气库展望 地下储气库在天然气工业发展过程中的作用重 ］， 因此，和企业都对此高度重视。依据国家总体战 略部署，中国将形成四大区域性联网协调的储气库群： 东北储气库群、华北储气库群、长江中下游储气库群和 珠江三角洲储气库群。展望２０２０年，国家将规划建设 地下储气库３０座以上，可调峰总量达３２０ｘ１０ ｍ。。随着 国家经济的高速发展和对能源需求的日益增长，地下 储气库将在中国的油气消费、油气安全领域发挥更加 重要的作用，建库目标将从目前的调峰型向战略储备 型方向延伸及发展，建库技术水平也将在实践中不断 得到提高。 ４结论与建议 （１）欲提高储气库新注采井的固井质量，主要从提 ２８ 西部探矿工程 ２０１５年第９；ｌｉ￣ 高顶替效率、提高水泥环密封性和防止气窜三方面制 定技术措施。 （２）生产套管采用气密扣加套管外封隔器的管柱 设计。采用悬挂加回接的固井工艺。悬挂段采用弹性 ［３】范伟华，冯彬，刘世彬，等．相国寺储气库固井井筒密封完整 性技术【Ｊ１．断块油气田，２０１４，２１（１）：１０４—１０６． ［４】谭茂波，何世明，范兴亮，等．相国寺地下储气库低压裂缝性 １０１． 地层钻井防漏堵漏技术 天然气工业，２０１４，３４（１）：９７— 水泥浆体系，回接段采用防气窜水泥浆体系是提高水 泥环气密性的有效措施。 参考文献： ［５】孙海芳．相国寺地下储气库钻井难点及技术对策『Ｊ１＿钻采工 艺，２０１１，３４（５）：１－５． ［６】罗东晓，赵勤．地下储气库技术的应用与展望ｆＪ１．煤气与热 力，２００８，２８（７）：卜３． 【１】赵常青，曾凡坤，刘世彬，等．相国寺储气库注采井固井技术 【７】谭羽非，展长虹，曹琳，等．用ＣＯ：作垫层气的混气机理及运 行控制的可行性『Ｊ】．天然气工业，２００５，２５（１２）：１０５—１０７． ２００８，１７（４）：２３—２５． ［ＪＪ．天然气勘探与开发，２０１２，３５（２）：６５－６９． 【２】刘坤，何娜，张毅，等．相国寺储气库注采气井的安全风险及 对策建议ｆＪ１．天然气工业，２０１３，３３（９）：１３１—１３５． 【８】王艳．天然气地下储气库的应用于发展 石油库与加油站， （上接第２２页） 【２］侯字光．曲靖盆地古近一新近纪构造演化与生物气成藏的 关系ｆＪ１．石油地质，２００７，２８（５）：５４９—５５３． １９２－１９７． 曲靖盆地生物气勘探目标以断阶带为主＿ｇ］。根据 岩相古地理展布，可以提出２个含气远景带： 【３】刘正明．曲靖盆地上新统地层系［Ｊ］．云南地质，２００２，２１（２）： 盆地的东侧，在北部高地与北部缓坡带间的过渡 区，有较丰富的烃源岩。而且茨营组第二段沉积时，北 部为无沉积的隆起带，可形成构造一岩性圈闭。 盆地西部的缓坡带与中部坳陷的过渡区带，为三 【４］于民凤，程日辉，那晓红．陆相盆地主要沉积微相的测井特 征『Ｊ１．世界地质，２００５，２４（２）：１ ８２—１ ８７． 大学出版社，２００２． 【５］孙家振，李兰斌．地震地质综合解释教程［Ｍ】．武汉：中国地质 【６］曾洪流．地震沉积学【Ｍ］．北京：石油工业出版社，２０１ １． 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