鹽穴儲(chǔ)氣庫井注采外環(huán)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(chǔ)氣庫項(xiàng)目部，江蘇鎮(zhèn)江212000）

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鹽穴儲(chǔ)氣庫井注采外環(huán)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(chǔ)氣庫項(xiàng)目部，江蘇鎮(zhèn)江212000）

鹽穴儲(chǔ)氣庫在注氣排鹵階段和生產(chǎn)運(yùn)行階段，由于管柱本身或工藝方面原因，注采管柱外環(huán)空有時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶壓現(xiàn)象，該問題若處理不善有導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故發(fā)生的可能。本文針對(duì)環(huán)空帶壓這一問題進(jìn)行了簡要分析，并闡述了一種環(huán)空泄漏速率的計(jì)算思路，最后結(jié)合現(xiàn)場工藝提出了關(guān)于環(huán)空帶壓問題的處理方法與防治措施，為環(huán)空帶壓問題的最終解決提供了一定的參考與借鑒。

鹽穴儲(chǔ)氣庫；注采井；環(huán)空帶壓；泄漏速率

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)天然氣的需求量越來越大，用氣集中時(shí)段的調(diào)峰需求量也相應(yīng)在逐年增加。地下儲(chǔ)氣庫由于儲(chǔ)氣容量大、經(jīng)濟(jì)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，正成為各國在地質(zhì)條件允許下最主要的調(diào)峰方式。按照中國石油集團(tuán)公司的儲(chǔ)氣庫規(guī)劃和天然氣市場發(fā)展，2020年儲(chǔ)氣庫工作氣量將達(dá)到197×108m3，占調(diào)峰需求的81%并將慢慢扛起調(diào)峰的主力大旗。我國正在逐漸加快儲(chǔ)氣庫布局建設(shè)的步伐，其中鹽穴儲(chǔ)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(diǎn)［1］，在建設(shè)過程中也引起了格外關(guān)注。

圖1　注氣排鹵階段注采外環(huán)空漏失位置示意圖

鹽穴儲(chǔ)氣庫在生產(chǎn)運(yùn)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(huán)空有時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶壓現(xiàn)象，該問題若處理不善有導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故發(fā)生的可能。為此，筆者針對(duì)該現(xiàn)象的相關(guān)問題做一初步探索，以為環(huán)空帶壓問題最終的處理解決提供參考與借鑒。

1　環(huán)空帶壓問題的提出

注采外環(huán)空產(chǎn)生帶壓問題的直接原因就是注采通道出現(xiàn)了泄漏。在儲(chǔ)氣庫生產(chǎn)運(yùn)行和注氣排鹵過程中，產(chǎn)生泄漏并導(dǎo)致注采外環(huán)空帶壓的可能因素主要有注采井口、注采管柱本體質(zhì)量問題及注采管柱的螺紋結(jié)構(gòu)、井下封隔器位置，其中就導(dǎo)致泄漏問題發(fā)生的原因出現(xiàn)頻次而言，由于注采井口原因而致的相對(duì)較少，封隔器和注采管柱方面原因出現(xiàn)較多。鹽穴儲(chǔ)氣庫在注氣排鹵過程中注采外環(huán)空漏失位置示意圖（見圖1），投入生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)會(huì)將該結(jié)構(gòu)最中間的4-1/2"排鹵管柱起出，此時(shí)腔內(nèi)鹵水已被天然氣驅(qū)替排出。

2　環(huán)空帶壓計(jì)算

環(huán)空泄漏速率是評(píng)價(jià)環(huán)空帶壓嚴(yán)重程度的重要參數(shù)，也是環(huán)空泄漏計(jì)算的重要部分。本文采用微分原理的思路，對(duì)注采外環(huán)空泄漏速率進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算前對(duì)氣體泄漏中的流動(dòng)過程做如下假設(shè)：氣體在泄漏點(diǎn)處管柱厚度Δd內(nèi)的流動(dòng)加速度固定且從0m/s開始加速。由動(dòng)量定理知，一定質(zhì)量氣體在該過程中有：

其中：pi、po1-泄漏點(diǎn)處管柱內(nèi)側(cè)、外側(cè)壓力值，MPa；A-泄漏截面積，m2；Δt-該質(zhì)量氣體從管柱內(nèi)側(cè)流動(dòng)到外側(cè)所經(jīng)時(shí)間，min；m-氣體一定質(zhì)量，kg；vo1-管柱外側(cè)氣體流動(dòng)速度，m/s。

整理上式得出管柱外側(cè)氣體流動(dòng)速度vo1，并求取該處泄漏速率表達(dá)式為：

對(duì)于特定泄漏情況，泄漏截面積A、管柱厚度Δd、氣體質(zhì)量都是可以確定的，對(duì)上式進(jìn)行簡化：

其中，λ-計(jì)算確定值；QV-泄漏速率，m/min。由此，環(huán)空泄漏速率與管柱內(nèi)外側(cè)的壓力差值有關(guān)，要確定上述具體表達(dá)式，只需得到一組泄漏速率值和管柱兩側(cè)壓力值，代入上式求出λ即可。

針對(duì)氣井環(huán)空帶壓問題，可按照有關(guān)規(guī)定選用適應(yīng)規(guī)格的針形閥進(jìn)行泄壓。泄壓時(shí)調(diào)節(jié)針形閥并觀察環(huán)空壓力表，當(dāng)壓力表數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)，可認(rèn)為此時(shí)的泄壓速率與環(huán)空泄漏速率相等，則求出此時(shí)的泄壓速率值即可完成上述表達(dá)式的確定。相關(guān)泄壓速率的計(jì)算可參照有關(guān)文獻(xiàn)及模型介紹，本文不做贅述［2］。

3　環(huán)空帶壓處理

環(huán)空壓力超過100 psi時(shí)，可對(duì)該井進(jìn)行泄壓測試，以判斷環(huán)空帶壓具體情況。泄壓時(shí)可通過使用1/2"針形閥將壓力泄至原值的80%左右，然后關(guān)閉環(huán)空，觀察壓力恢復(fù)情況并做好相關(guān)記錄。

若環(huán)空壓力值在24 h內(nèi)恢復(fù)比較緩慢或處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，則判斷環(huán)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(nèi)恢復(fù)較為明顯或達(dá)到原壓力值，則判斷井下泄漏嚴(yán)重，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。該環(huán)空壓力值若達(dá)到了最大允許井口壓力，須進(jìn)行隱患處理，找出故障所在并消除。注采外環(huán)空最大允許井口壓力值MAWOP可通過下式計(jì)算確定［3］：

式中：P1-注采管柱抗內(nèi)壓強(qiáng)度，MPa；P2-生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度，MPa；P3-注采管柱的抗外擠強(qiáng)度，MPa。

4　環(huán)空帶壓預(yù)防

為防止鹽穴儲(chǔ)氣庫井注采外環(huán)空出現(xiàn)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(jìn)行預(yù)防處理。（1）注采完井時(shí)，在注采套管下井過程中，嚴(yán)格對(duì)逐根進(jìn)行氣密封性測試，排除由于管柱螺紋上扣問題所導(dǎo)致的后續(xù)泄漏隱患。（2）井下封隔器座封完成注采完井結(jié)束后，對(duì)整個(gè)注采通道進(jìn)行整體氣密封試壓，以進(jìn)一步確保系統(tǒng)整體密封完整性。（3）嚴(yán)格把關(guān)注采完井施工管理，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)與施工設(shè)計(jì)吻合無偏離。（4）在后續(xù)注氣排鹵及注采運(yùn)行過程中，可通過在注采外環(huán)空安裝高精度壓力表進(jìn)行環(huán)空壓力監(jiān)測，強(qiáng)化生產(chǎn)動(dòng)態(tài)跟蹤管理。

5　結(jié)論

（1）產(chǎn)生注采外環(huán)空帶壓問題的直接原因就是注采通道出現(xiàn)了泄漏。泄漏問題多是由于注采管柱本體質(zhì)量問題、注采管柱的螺紋結(jié)構(gòu)及井下封隔器等方面因素所致。

（2）環(huán)空泄漏速率是評(píng)價(jià)環(huán)空帶壓問題的重要參數(shù)。本文通過采用微分原理，對(duì)注采外環(huán)空泄漏速率計(jì)算過程進(jìn)行了簡述，為環(huán)空泄漏計(jì)算提供了一種思路借鑒。

（3）注采外環(huán)空帶壓問題的防治需要從多個(gè)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(qiáng)后續(xù)生產(chǎn)監(jiān)測管理，以達(dá)到有效處置環(huán)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(chǔ)氣庫選址評(píng)價(jià)方法研究［J］．巖土力學(xué)，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(xué)報(bào)，2008，59（8）：2121-2125．

［3］張智，等．高含硫高產(chǎn)氣井環(huán)空帶壓安全評(píng)價(jià)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(jí)工程師，畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在中國石油西氣東輸管道公司儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部從事儲(chǔ)氣庫工程研究與管理工作，郵箱：yhjun@petrochina.com.cn。