儲氣庫注采井環空最大允許壓力研究分析

段吉彬

摘要：在天然氣開采中，儲氣庫的應用為冬季天然氣的平穩發展起到了不可替代的作用，就要保障注采井的使用安全性高于氣井。隨著現今注采工作的開展，一部分井已經出現不同程度的環空帶壓問題，對注采井安全來講異常環空帶壓會影響正常生產。本文針對于環空帶壓的影響因素加以研究，同時提出了環空加注氮氣墊有效的緩解注采交替工作導致溫度壓力出現變化的問題，所引起的環空壓力變化，同時在文章中設計出合理的氮氣墊使用長度，保障油套管在高壓下的應用。文章中提出了環空泄露速率計算方法，對環空泄露速率起到定量的作用，根據環空泄露速率定量評價出環空異常帶壓井的風險，其實際應用效果較好。

關鍵詞：儲氣庫;注采井;環空壓力;研究分析

前言：

在長輸管道輸送天然氣的過程中，儲氣庫是天然氣重新注入到地下空間的一種人工氣田或氣藏，儲氣庫主要是在冬季天然氣應急調峰所用，對天然氣的平穩供應發揮了積極作用?，F今世界上有四種典型的儲氣庫，分別為枯竭油氣藏儲氣庫、含水層儲氣庫、鹽穴儲氣庫及廢棄礦坑儲氣庫，相對于氣井而言，儲氣庫注采井的實際開采環境惡劣，可以更好的滿足今后調峰工作開展需求，繼而滿足注采井大排量的強注強采作業，在注采中井筒內的溫度與壓力會發生改變。在近20多年的發展中，大部分的注采井都會出現不同程度環空帶壓的現象，其形成的原因各不相同，需要具體問題具體分析，注采管柱出現泄露導致環空帶壓出現環空異常帶壓，對注采井施工安全造成影響，需要對注采井環空壓力加以深入分析，文章提出一些有效的預防和處理措施。

一、環空帶壓的原因

根據API RP 90的相關標準，將注采井中的環空壓力有效的劃分為熱致環空壓力、操作施加環空壓力以及持續環空壓力。熱致環空壓力指的是，在氣井生產中因為關井與開井施工等存在著不同的工況需求，會在溫度差異的影響下，導致環空內部的流體因為熱脹冷縮出現較大的壓力，此時通過泄放作業的開展，有效的將氣體消除[1]。在進行環空壓力的實際操作中，工作人員根據工作目的的不同，對其展開人為施加環空壓力操作。持續性環空壓力，是在管柱、井下工具本體或螺紋等出現泄露時，或者是在固井水泥時，其使用的環膠結質量比較差，就會導致地層中的流體因為進入到環空出現環空帶壓，這是一種異常的環空帶壓。在環空帶壓完成泄放作業之后，環空壓力也會隨著不同程度的發展逐漸恢復、甚至于升高，但是無法使用泄放作業將其有效消除[2]。在儲氣庫現場施工時，有大部分的注采井其環空帶壓是屬于熱致環空壓力，僅僅只有部分的注采井，會在管柱、井下工具使用中，出現泄露等原因導致環空異常帶壓的出現。

二、最大允許井口操作壓力

在API RP 90相關標準中，更是提出了允許使用井口操作壓力概念，這也是保障氣井環空壓力安全施工的尺度所在，其適用于所有類型的環空壓力井中，其中就包含了熱致環空壓力、操作施加環空壓力以及持續環空壓力[3]。針對于不同的環空井來講，其最大允許的井口操作壓力計算值，所使用到的方法是不相同的，在油套環空中使用最大允許井口操作壓力，是以下各項數值的最小者：在套管的生產過程中其最小的抗內壓強度為50%，在技術套管中最小的抗內壓強度的80%，以及油管最小抗擠強度為75%。

我國很多學者在近些年不斷完善最大允許井口操作壓力的相關計算方法，在基于原本的API RP 90標準之上，強化了套管頭與生產封隔器的壓力等級應用等。

三、氮氣墊

在注采作業施工中，因為儲氣庫注采井自身的特殊性，在井筒內部溫度、壓力交替變換等因素影響下，其實際變換的幅度是比較大的，就會導致投產不久的注采井，會較快的出現環空帶壓現象，一部分的環空壓力超出計算的最大允許井口操作壓力[4]。根據相關原理應用加以推算，注采井在短期的投產中，大部分會因為管柱或井下工具使用失效，導致最終效失誤的可能性是比較小。主要是因為，熱致環空壓力會在密閉的環形空間中，添加一些氮氣墊有效的緩解在注采中，因為溫度變化所導致出現劇烈的環空壓力問題。

通過相關計算的開展，不同的井在不同氮氣墊長度的影響下，其環空壓力變化值會出現一些變化，當其中一個井的深度在2800m，井底的溫度在105℃，如果在注采井中不添加一些注氮氣墊，其熱致環空的壓力就會達到25MPa，超出最大允許井口操作壓力。另一口井的深度則是4700m，井底的溫度為156℃，如果在注采井施工中不添加注氮氣墊，其熱致環空壓力就會達到44MPa，其超出了最大允許井口的操作壓力，會隨著氮氣墊長度的增加而不斷的增加，同時環空壓力也會大幅度的減少，一旦環空壓力范圍值超出了80-150m，環空壓力的總體變化情況就會比較小[5]。氮氣墊使用的長度有一定的最優值，如果在實際施工中只是增加氮氣墊，就喪失了原本的意義，如果氮氣墊的長度比較長時，就會導致環空保護液加注量減少，這樣就無法保障油套管與平衡封隔器上下出現壓差，所以對第二種井來講，需要保障氮氣墊長度可以保持在200m左右，保障注采井采集工作的正常開展。

結語：

在今后的注采井施工開展中，油套環空加注需要在一定長度的氮氣墊應用下，有效的緩解環空壓力存在的變化，其根據實際情況將其長度調節在50-200m;同時在文章中提出一種環空泄露速率計算的使用方法，對注采井環空泄露速率進行定量計算，最終的計算結果與實際現場比較相符合。

參考文獻：

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[3]王兆會，陳俊. 大張坨儲氣庫井油套管腐蝕規律分析[J]. 石油鉆采工藝，2020，42（06）：791-796.

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