鹽穴儲氣庫井注采外環空帶壓問題探討

楊海軍，李建君，任眾鑫

（中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫項目部，江蘇鎮江212000）

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鹽穴儲氣庫井注采外環空帶壓問題探討

楊海軍，李建君，任眾鑫

（中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫項目部，江蘇鎮江212000）

鹽穴儲氣庫在注氣排鹵階段和生產運行階段，由于管柱本身或工藝方面原因，注采管柱外環空有時會出現帶壓現象，該問題若處理不善有導致安全生產事故發生的可能。本文針對環空帶壓這一問題進行了簡要分析，并闡述了一種環空泄漏速率的計算思路，最后結合現場工藝提出了關于環空帶壓問題的處理方法與防治措施，為環空帶壓問題的最終解決提供了一定的參考與借鑒。

鹽穴儲氣庫；注采井；環空帶壓；泄漏速率

隨著社會經濟的發展，人們對天然氣的需求量越來越大，用氣集中時段的調峰需求量也相應在逐年增加。地下儲氣庫由于儲氣容量大、經濟、安全可靠等優點，正成為各國在地質條件允許下最主要的調峰方式。按照中國石油集團公司的儲氣庫規劃和天然氣市場發展，2020年儲氣庫工作氣量將達到197×108m3，占調峰需求的81%并將慢慢扛起調峰的主力大旗。我國正在逐漸加快儲氣庫布局建設的步伐，其中鹽穴儲氣庫具有注采率高、短期吞吐量大、墊氣量低并可完全回收等特點［1］，在建設過程中也引起了格外關注。

圖1　注氣排鹵階段注采外環空漏失位置示意圖

鹽穴儲氣庫在生產運行階段和注氣排鹵階段，由于管柱本身或工藝方面原因，注采外環空有時會出現帶壓現象，該問題若處理不善有導致安全生產事故發生的可能。為此，筆者針對該現象的相關問題做一初步探索，以為環空帶壓問題最終的處理解決提供參考與借鑒。

1　環空帶壓問題的提出

注采外環空產生帶壓問題的直接原因就是注采通道出現了泄漏。在儲氣庫生產運行和注氣排鹵過程中，產生泄漏并導致注采外環空帶壓的可能因素主要有注采井口、注采管柱本體質量問題及注采管柱的螺紋結構、井下封隔器位置，其中就導致泄漏問題發生的原因出現頻次而言，由于注采井口原因而致的相對較少，封隔器和注采管柱方面原因出現較多。鹽穴儲氣庫在注氣排鹵過程中注采外環空漏失位置示意圖（見圖1），投入生產運行時會將該結構最中間的4-1/2"排鹵管柱起出，此時腔內鹵水已被天然氣驅替排出。

2　環空帶壓計算

環空泄漏速率是評價環空帶壓嚴重程度的重要參數，也是環空泄漏計算的重要部分。本文采用微分原理的思路，對注采外環空泄漏速率進行計算。

計算前對氣體泄漏中的流動過程做如下假設：氣體在泄漏點處管柱厚度Δd內的流動加速度固定且從0m/s開始加速。由動量定理知，一定質量氣體在該過程中有：

其中：pi、po1-泄漏點處管柱內側、外側壓力值，MPa；A-泄漏截面積，m2；Δt-該質量氣體從管柱內側流動到外側所經時間，min；m-氣體一定質量，kg；vo1-管柱外側氣體流動速度，m/s。

整理上式得出管柱外側氣體流動速度vo1，并求取該處泄漏速率表達式為：

對于特定泄漏情況，泄漏截面積A、管柱厚度Δd、氣體質量都是可以確定的，對上式進行簡化：

其中，λ-計算確定值；QV-泄漏速率，m/min。由此，環空泄漏速率與管柱內外側的壓力差值有關，要確定上述具體表達式，只需得到一組泄漏速率值和管柱兩側壓力值，代入上式求出λ即可。

針對氣井環空帶壓問題，可按照有關規定選用適應規格的針形閥進行泄壓。泄壓時調節針形閥并觀察環空壓力表，當壓力表數據穩定時，可認為此時的泄壓速率與環空泄漏速率相等，則求出此時的泄壓速率值即可完成上述表達式的確定。相關泄壓速率的計算可參照有關文獻及模型介紹，本文不做贅述［2］。

3　環空帶壓處理

環空壓力超過100 psi時，可對該井進行泄壓測試，以判斷環空帶壓具體情況。泄壓時可通過使用1/2"針形閥將壓力泄至原值的80%左右，然后關閉環空，觀察壓力恢復情況并做好相關記錄。

若環空壓力值在24 h內恢復比較緩慢或處于基本穩定狀態，則判斷環空泄漏較為微小或由于熱力因素所致帶壓；若壓力值在24 h內恢復較為明顯或達到原壓力值，則判斷井下泄漏嚴重，存在一定的安全風險。該環空壓力值若達到了最大允許井口壓力，須進行隱患處理，找出故障所在并消除。注采外環空最大允許井口壓力值MAWOP可通過下式計算確定［3］：

式中：P1-注采管柱抗內壓強度，MPa；P2-生產套管抗內壓強度，MPa；P3-注采管柱的抗外擠強度，MPa。

4　環空帶壓預防

為防止鹽穴儲氣庫井注采外環空出現帶壓問題，需要從注采完井及注氣排鹵階段入手，制定合理的工藝措施進行預防處理。（1）注采完井時，在注采套管下井過程中，嚴格對逐根進行氣密封性測試，排除由于管柱螺紋上扣問題所導致的后續泄漏隱患。（2）井下封隔器座封完成注采完井結束后，對整個注采通道進行整體氣密封試壓，以進一步確保系統整體密封完整性。（3）嚴格把關注采完井施工管理，確保各項數據與施工設計吻合無偏離。（4）在后續注氣排鹵及注采運行過程中，可通過在注采外環空安裝高精度壓力表進行環空壓力監測，強化生產動態跟蹤管理。

5　結論

（1）產生注采外環空帶壓問題的直接原因就是注采通道出現了泄漏。泄漏問題多是由于注采管柱本體質量問題、注采管柱的螺紋結構及井下封隔器等方面因素所致。

（2）環空泄漏速率是評價環空帶壓問題的重要參數。本文通過采用微分原理，對注采外環空泄漏速率計算過程進行了簡述，為環空泄漏計算提供了一種思路借鑒。

（3）注采外環空帶壓問題的防治需要從多個階段入手。在注氣排鹵及注采完井過程中，通過制定合理的工藝措施，并加強后續生產監測管理，以達到有效處置環空帶壓問題的目的。

［1］井文君，楊春和，等．基于層次分析法的鹽穴儲氣庫選址評價方法研究［J］．巖土力學，2012，33（9）：2683-2690．

［2］劉中良，羅志云，等．天然氣管道泄漏速率的確定［J］．化工學報，2008，59（8）：2121-2125．

［3］張智，等．高含硫高產氣井環空帶壓安全評價研究［J］．鉆采工藝，2011，34（1）：42-44．

Discussion of sustained casing pressure in injection-production well in salt-cavern gas storage

YAN GHaijun，LI Jianjun，REN Zhongxin
（Gas Storage Project Department，West-East Pipeline Company，PetroChina，Zhenjiang Jiangsu 212000，China）

There maybe sustained casing pressure problem in the injection-production well by reason of tubing string or technique on the stage of production or injecting gas to eject brine，which may results in safety accident if not handled carefully.This paper brief analyzed the problem，expounded a calculating way of leak rate，and presented some countermeasures combining with field technique，which can provide some reference value for the final settlement of the problem.

salt-cavern gas storage；injection-production well；sustained casing pressure；leak rate

TE972

A

1673-5285（2016）07-0140-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.07.036

2016－06-23

楊海軍，男（1961-），高級工程師，畢業于大慶石油學院，學士學位，現在中國石油西氣東輸管道公司儲氣庫項目部從事儲氣庫工程研究與管理工作，郵箱：yhjun@petrochina.com.cn。