储气库注采井环空最大允许压力研究分析

段吉彬

摘要：在天然气开采中，储气库的应用为冬季天然气的平稳发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气井。随着现今注采工作的开展，一部分井已经出现不同程度的环空带压问题，对注采井安全来讲异常环空带压会影响正常生产。本文针对于环空带压的影响因素加以研究，同时提出了环空加注氮气垫有效的缓解注采交替工作导致温度压力出现变化的问题，所引起的环空压力变化，同时在文章中设计出合理的氮气垫使用长度，保障油套管在高压下的应用。文章中提出了环空泄露速率计算方法，对环空泄露速率起到定量的作用，根据环空泄露速率定量评价出环空异常带压井的风险，其实际应用效果较好。

关键词：储气库;注采井;环空压力;研究分析

前言：

在长输管道输送天然气的过程中，储气库是天然气重新注入到地下空间的一种人工气田或气藏，储气库主要是在冬季天然气应急调峰所用，对天然气的平稳供应发挥了积极作用。现今世界上有四种典型的储气库，分别为枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库及废弃矿坑储气库，相对于气井而言，储气库注采井的实际开采环境恶劣，可以更好的满足今后调峰工作开展需求，继而满足注采井大排量的强注强采作业，在注采中井筒内的温度与压力会发生改变。在近20多年的发展中，大部分的注采井都会出现不同程度环空带压的现象，其形成的原因各不相同，需要具体问题具体分析，注采管柱出现泄露导致环空带压出现环空异常带压，对注采井施工安全造成影响，需要对注采井环空压力加以深入分析，文章提出一些有效的预防和处理措施。

一、环空带压的原因

根据API RP 90的相关标准，将注采井中的环空压力有效的划分为热致环空压力、操作施加环空压力以及持续环空压力。热致环空压力指的是，在气井生产中因为关井与开井施工等存在着不同的工况需求，会在温度差异的影响下，导致环空内部的流体因为热胀冷缩出现较大的压力，此时通过泄放作业的开展，有效的将气体消除[1]。在进行环空压力的实际操作中，工作人员根据工作目的的不同，对其展开人为施加环空压力操作。持续性环空压力，是在管柱、井下工具本体或螺纹等出现泄露时，或者是在固井水泥时，其使用的环胶结质量比较差，就会导致地层中的流体因为进入到环空出现环空带压，这是一种异常的环空带压。在环空带压完成泄放作业之后，环空压力也会随着不同程度的发展逐渐恢复、甚至于升高，但是无法使用泄放作业将其有效消除[2]。在储气库现场施工时，有大部分的注采井其环空带压是属于热致环空压力，仅仅只有部分的注采井，会在管柱、井下工具使用中，出现泄露等原因导致环空异常带压的出现。

二、最大允许井口操作压力

在API RP 90相关标准中，更是提出了允许使用井口操作压力概念，这也是保障气井环空压力安全施工的尺度所在，其适用于所有类型的环空压力井中，其中就包含了热致环空压力、操作施加环空压力以及持续环空压力[3]。针对于不同的环空井来讲，其最大允许的井口操作压力计算值，所使用到的方法是不相同的，在油套环空中使用最大允许井口操作压力，是以下各项数值的最小者：在套管的生产过程中其最小的抗内压强度为50%，在技术套管中最小的抗内压强度的80%，以及油管最小抗挤强度为75%。

我国很多学者在近些年不断完善最大允许井口操作压力的相关计算方法，在基于原本的API RP 90标准之上，强化了套管头与生产封隔器的压力等级应用等。

三、氮气垫

在注采作业施工中，因为储气库注采井自身的特殊性，在井筒内部温度、压力交替变换等因素影响下，其实际变换的幅度是比较大的，就会导致投产不久的注采井，会较快的出现环空带压现象，一部分的环空压力超出计算的最大允许井口操作压力[4]。根据相关原理应用加以推算，注采井在短期的投产中，大部分会因为管柱或井下工具使用失效，导致最终效失误的可能性是比较小。主要是因为，热致环空压力会在密闭的环形空间中，添加一些氮气垫有效的缓解在注采中，因为温度变化所导致出现剧烈的环空压力问题。

通过相关计算的開展，不同的井在不同氮气垫长度的影响下，其环空压力变化值会出现一些变化，当其中一个井的深度在2800m，井底的温度在105℃，如果在注采井中不添加一些注氮气垫，其热致环空的压力就会达到25MPa，超出最大允许井口操作压力。另一口井的深度则是4700m，井底的温度为156℃，如果在注采井施工中不添加注氮气垫，其热致环空压力就会达到44MPa，其超出了最大允许井口的操作压力，会随着氮气垫长度的增加而不断的增加，同时环空压力也会大幅度的减少，一旦环空压力范围值超出了80-150m，环空压力的总体变化情况就会比较小[5]。氮气垫使用的长度有一定的最优值，如果在实际施工中只是增加氮气垫，就丧失了原本的意义，如果氮气垫的长度比较长时，就会导致环空保护液加注量减少，这样就无法保障油套管与平衡封隔器上下出现压差，所以对第二种井来讲，需要保障氮气垫长度可以保持在200m左右，保障注采井采集工作的正常开展。

结语：

在今后的注采井施工开展中，油套环空加注需要在一定长度的氮气垫应用下，有效的缓解环空压力存在的变化，其根据实际情况将其长度调节在50-200m;同时在文章中提出一种环空泄露速率计算的使用方法，对注采井环空泄露速率进行定量计算，最终的计算结果与实际现场比较相符合。

参考文献：

[1]孙富强，闫怡飞，张胜跃等. 储气库注采井环空带压监测与风险分级[J]. 石油管材与仪器，2021，7（01）：38-43.

[2]王兆会，曲从锋，周琛洋等. 基于环空压力的储气库井风险分级及管控程序[J]. 钻采工艺，2020，43（06）：17-20+6-7.

[3]王兆会，陈俊. 大张坨储气库井油套管腐蚀规律分析[J]. 石油钻采工艺，2020，42（06）：791-796.

[4]舒刚，刘健，冯逢等. 储气库注采井水泥环破坏机理实验研究[J]. 钻井液与完井液，2020，37（04）：507-511+520.

[5]周浪，曾青松，汪传磊等. 地下储气库注采井不同井段水泥环密封性能实验[J]. 天然气工业，2020，40（05）：104-108.