盐穴储气库井注采外环空带压问题探讨

杨海军，李建君，任众鑫

（中国石油西气东输管道公司储气库项目部，江苏镇江212000）



盐穴储气库井注采外环空带压问题探讨

杨海军，李建君，任众鑫

（中国石油西气东输管道公司储气库项目部，江苏镇江212000）

盐穴储气库在注气排卤阶段和生产运行阶段，由于管柱本身或工艺方面原因，注采管柱外环空有时会出现带压现象，该问题若处理不善有导致安全生产事故发生的可能。本文针对环空带压这一问题进行了简要分析，并阐述了一种环空泄漏速率的计算思路，最后结合现场工艺提出了关于环空带压问题的处理方法与防治措施，为环空带压问题的最终解决提供了一定的参考与借鉴。

盐穴储气库；注采井；环空带压；泄漏速率

随着社会经济的发展，人们对天然气的需求量越来越大，用气集中时段的调峰需求量也相应在逐年增加。地下储气库由于储气容量大、经济、安全可靠等优点，正成为各国在地质条件允许下最主要的调峰方式。按照中国石油集团公司的储气库规划和天然气市场发展，2020年储气库工作气量将达到197×108m3，占调峰需求的81%并将慢慢扛起调峰的主力大旗。我国正在逐渐加快储气库布局建设的步伐，其中盐穴储气库具有注采率高、短期吞吐量大、垫气量低并可完全回收等特点［1］，在建设过程中也引起了格外关注。

图1　注气排卤阶段注采外环空漏失位置示意图

盐穴储气库在生产运行阶段和注气排卤阶段，由于管柱本身或工艺方面原因，注采外环空有时会出现带压现象，该问题若处理不善有导致安全生产事故发生的可能。为此，笔者针对该现象的相关问题做一初步探索，以为环空带压问题最终的处理解决提供参考与借鉴。

1　环空带压问题的提出

注采外环空产生带压问题的直接原因就是注采通道出现了泄漏。在储气库生产运行和注气排卤过程中，产生泄漏并导致注采外环空带压的可能因素主要有注采井口、注采管柱本体质量问题及注采管柱的螺纹结构、井下封隔器位置，其中就导致泄漏问题发生的原因出现频次而言，由于注采井口原因而致的相对较少，封隔器和注采管柱方面原因出现较多。盐穴储气库在注气排卤过程中注采外环空漏失位置示意图（见图1），投入生产运行时会将该结构最中间的4-1/2"排卤管柱起出，此时腔内卤水已被天然气驱替排出。

2　环空带压计算

环空泄漏速率是评价环空带压严重程度的重要参数，也是环空泄漏计算的重要部分。本文采用微分原理的思路，对注采外环空泄漏速率进行计算。

计算前对气体泄漏中的流动过程做如下假设：气体在泄漏点处管柱厚度Δd内的流动加速度固定且从0m/s开始加速。由动量定理知，一定质量气体在该过程中有：

其中：pi、po1-泄漏点处管柱内侧、外侧压力值，MPa；A-泄漏截面积，m2；Δt-该质量气体从管柱内侧流动到外侧所经时间，min；m-气体一定质量，kg；vo1-管柱外侧气体流动速度，m/s。

整理上式得出管柱外侧气体流动速度vo1，并求取该处泄漏速率表达式为：

对于特定泄漏情况，泄漏截面积A、管柱厚度Δd、气体质量都是可以确定的，对上式进行简化：

其中，λ-计算确定值；QV-泄漏速率，m/min。由此，环空泄漏速率与管柱内外侧的压力差值有关，要确定上述具体表达式，只需得到一组泄漏速率值和管柱两侧压力值，代入上式求出λ即可。

针对气井环空带压问题，可按照有关规定选用适应规格的针形阀进行泄压。泄压时调节针形阀并观察环空压力表，当压力表数据稳定时，可认为此时的泄压速率与环空泄漏速率相等，则求出此时的泄压速率值即可完成上述表达式的确定。相关泄压速率的计算可参照有关文献及模型介绍，本文不做赘述［2］。

3　环空带压处理

环空压力超过100 psi时，可对该井进行泄压测试，以判断环空带压具体情况。泄压时可通过使用1/2"针形阀将压力泄至原值的80%左右，然后关闭环空，观察压力恢复情况并做好相关记录。

若环空压力值在24 h内恢复比较缓慢或处于基本稳定状态，则判断环空泄漏较为微小或由于热力因素所致带压；若压力值在24 h内恢复较为明显或达到原压力值，则判断井下泄漏严重，存在一定的安全风险。该环空压力值若达到了最大允许井口压力，须进行隐患处理，找出故障所在并消除。注采外环空最大允许井口压力值MAWOP可通过下式计算确定［3］：

式中：P1-注采管柱抗内压强度，MPa；P2-生产套管抗内压强度，MPa；P3-注采管柱的抗外挤强度，MPa。

4　环空带压预防

为防止盐穴储气库井注采外环空出现带压问题，需要从注采完井及注气排卤阶段入手，制定合理的工艺措施进行预防处理。（1）注采完井时，在注采套管下井过程中，严格对逐根进行气密封性测试，排除由于管柱螺纹上扣问题所导致的后续泄漏隐患。（2）井下封隔器座封完成注采完井结束后，对整个注采通道进行整体气密封试压，以进一步确保系统整体密封完整性。（3）严格把关注采完井施工管理，确保各项数据与施工设计吻合无偏离。（4）在后续注气排卤及注采运行过程中，可通过在注采外环空安装高精度压力表进行环空压力监测，强化生产动态跟踪管理。

5　结论

（1）产生注采外环空带压问题的直接原因就是注采通道出现了泄漏。泄漏问题多是由于注采管柱本体质量问题、注采管柱的螺纹结构及井下封隔器等方面因素所致。

（2）环空泄漏速率是评价环空带压问题的重要参数。本文通过采用微分原理，对注采外环空泄漏速率计算过程进行了简述，为环空泄漏计算提供了一种思路借鉴。

（3）注采外环空带压问题的防治需要从多个阶段入手。在注气排卤及注采完井过程中，通过制定合理的工艺措施，并加强后续生产监测管理，以达到有效处置环空带压问题的目的。

［1］井文君，杨春和，等．基于层次分析法的盐穴储气库选址评价方法研究［J］．岩土力学，2012，33（9）：2683-2690．

［2］刘中良，罗志云，等．天然气管道泄漏速率的确定［J］．化工学报，2008，59（8）：2121-2125．

［3］张智，等．高含硫高产气井环空带压安全评价研究［J］．钻采工艺，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

杨海军，男（1961-），高级工程师，毕业于大庆石油学院，学士学位，现在中国石油西气东输管道公司储气库项目部从事储气库工程研究与管理工作，邮箱：yhjun@petrochina.com.cn。