儲(chǔ)氣庫(kù)注采井環(huán)空帶壓分析

劉瀟瀟，張強(qiáng)

（濮陽(yáng)石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濮陽(yáng) 457001）

API RP90對(duì)氣井環(huán)空帶壓做了明確定義，即指環(huán)空中的壓力經(jīng)過(guò)放壓后短時(shí)間恢復(fù)至放壓前壓力等級(jí)的現(xiàn)象。井筒中環(huán)空包括油管-生產(chǎn)套管間環(huán)空、生產(chǎn)套管與技術(shù)套管之間環(huán)空、技術(shù)套管與表層套管之間環(huán)空。環(huán)空帶壓通常分為持續(xù)環(huán)空帶壓、熱致環(huán)空帶壓、操作所引起的環(huán)空帶壓。根據(jù)以上分類(lèi)可知，環(huán)空帶壓機(jī)理大致分為以下3類(lèi)：井筒密封性失效、流體熱膨脹、人為原因。氣井油套環(huán)空帶壓、技套環(huán)空帶壓是影響氣井安全生產(chǎn)的重要問(wèn)題。環(huán)空帶壓對(duì)氣井的安全生產(chǎn)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，是全世界石油工業(yè)面臨的共同難題[1]。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外環(huán)空帶壓情況及形成原因進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，以?xún)?chǔ)氣庫(kù)注采井為例，通過(guò)對(duì)油套曲線的分類(lèi)，分析環(huán)空帶壓形成的原因，通過(guò)實(shí)例計(jì)算，根據(jù)環(huán)空帶壓風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行安全評(píng)估[2]。

1 儲(chǔ)氣庫(kù)環(huán)空帶壓情況

1.1 油套環(huán)空帶壓情況

儲(chǔ)氣庫(kù)新井油套起壓共計(jì)18口，技套起壓1口。其中套壓超過(guò)10 MPa井共計(jì)10口，套壓超過(guò)5 MPa井共計(jì)5口。

1.2 技套環(huán)空帶壓情況

技套帶壓井共1口，該井油套環(huán)空不起壓，放壓前技套壓力15 MPa，2019年8月2日放壓后技套至今無(wú)壓力。

2 儲(chǔ)氣庫(kù)注采井環(huán)空帶壓原因分析

對(duì)環(huán)空帶壓井進(jìn)行了套管環(huán)空放壓，均能放壓至0 MPa，因此均為滲漏導(dǎo)致環(huán)空帶壓。根據(jù)套壓隨油壓的變化趨勢(shì)、套壓值大小、泄壓后套壓恢復(fù)時(shí)間，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)油套起壓井進(jìn)行分類(lèi)。

2.1 油套環(huán)空壓力與油壓變化趨勢(shì)一致

儲(chǔ)4-4、儲(chǔ)4-8井套壓與油壓變化趨勢(shì)一致，且?guī)褐到咏蛪?。推斷環(huán)空帶壓原因是油管柱、封隔器存在漏點(diǎn)，或生產(chǎn)套管螺紋連接處不密封。

圖1 儲(chǔ)4-4井油壓套壓變化曲線

圖2 儲(chǔ)4-8井油壓套壓變化曲線

2.2 油套環(huán)空值變化幅度較小，不受油壓影響

儲(chǔ)4-1、儲(chǔ)8-4井油套環(huán)空壓力值比較穩(wěn)定，不隨油壓變化而變化，可推斷井筒無(wú)漏點(diǎn)，由圖可知，投產(chǎn)一段時(shí)間后，油套起壓，判斷起壓原因可能是由于注入環(huán)空保護(hù)液時(shí)氣體進(jìn)入油套環(huán)空，在注采過(guò)程中井筒壓力溫度的變化引起環(huán)空內(nèi)流體熱脹冷縮，導(dǎo)致環(huán)空帶壓。

圖3 儲(chǔ)4-1井油壓套壓變化曲線

圖4 儲(chǔ)8-4井油壓套壓變化曲線

2.3 泄壓后關(guān)閉環(huán)空，環(huán)空壓力恢復(fù)至泄壓前水平

儲(chǔ)4-2井考克泄漏后套壓穩(wěn)步上升且恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)QSY1486—2012 中壓力恢復(fù)曲線，可推斷環(huán)空帶壓原因是生產(chǎn)套管螺紋連接處不密封。儲(chǔ)8-6井泄壓后環(huán)空壓力迅速增長(zhǎng)至泄壓前壓力，推斷其環(huán)空帶壓原因是油管柱、封隔器等密封件滲漏，造成氣體進(jìn)入環(huán)空，導(dǎo)致環(huán)空起壓。

2.4 油套環(huán)空帶壓的原因

綜合以上分析可以得出：

1）生產(chǎn)套管管體連接處漏失、封隔器等密封組件失效，造成氣體進(jìn)入環(huán)空，導(dǎo)致環(huán)空帶壓。

2）環(huán)空保護(hù)液注入的過(guò)程中，氣體進(jìn)入油套環(huán)空，注采過(guò)程中井筒壓力溫度的變化引起環(huán)空內(nèi)流體熱脹冷縮，導(dǎo)致環(huán)空帶壓。

圖5 儲(chǔ)8-6井油壓套壓變化曲線

圖6 儲(chǔ)4-2井油壓套壓變化曲線

此外，環(huán)空帶壓原因影響因素較多，氣源確定難度大，可能來(lái)自于目的層，也可能來(lái)自于非目的層，環(huán)空帶壓的壓力差別大，且存在于固井后的任何時(shí)期，開(kāi)采時(shí)間越長(zhǎng)，帶壓幾率越大。因此，要確定具體帶壓原因，需進(jìn)一步開(kāi)展氣質(zhì)分析、測(cè)試、找漏等工作[3]。

2.5 技套環(huán)空帶壓分析

儲(chǔ)8-2井油套環(huán)空不起壓，說(shuō)明管柱密封性較好，不存在漏點(diǎn)，技套環(huán)空帶壓15 MPa，壓力較高，氣體能量較大，初步判斷是由于套管固井質(zhì)量問(wèn)題造成氣竄導(dǎo)致的環(huán)空帶壓， 建議開(kāi)展氣體同位素監(jiān)測(cè)，確定原因。此外，引起技套、表套環(huán)空帶壓的原因還有水泥漿中氣體順著微裂縫通道上竄到井口造成環(huán)空起壓。但此情況起壓值較低，泄壓后壓力恢復(fù)較為緩慢，壓力波動(dòng)隨溫度變化趨勢(shì)明顯[4]。

圖7 儲(chǔ)8-2井油壓套壓變化曲線

3 環(huán)空帶壓管理

3.1 環(huán)空最大許可壓力的計(jì)算理論

結(jié)合中石油《油氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)安全技術(shù)規(guī)程》與儲(chǔ)氣庫(kù)氣井井筒完整性關(guān)鍵因素[5]，油層套管環(huán)空上限壓力值主要參照以下指標(biāo)的最小值。

3.1.1 油套環(huán)空最大許可壓力

1）生產(chǎn)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的50%。

2）技術(shù)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的80%。

3）油管抗外擠強(qiáng)度的75%。

4）生產(chǎn)套管破裂時(shí)最大允許環(huán)空帶壓值。套管容易發(fā)生破裂的點(diǎn)為封隔器之上，以套管為研究對(duì)象，可得出：pA1=σ內(nèi)×75%+(ρ水泥gh-ρ保護(hù)液gh)/10-6。

5）油管擠毀時(shí)最大允許環(huán)空帶壓值。油管最容易發(fā)生擠毀的點(diǎn)為封隔器之上，以油管為研究對(duì)象，套管內(nèi)：p1=pA+ρ保護(hù)液gh；油管內(nèi)：p2=p油+ρ保護(hù)氣gh。

綜上可得油套環(huán)空最大許可壓力：

pA2=σ外×75%+p油+(ρ氣gh-ρ保護(hù)液gh)/10-6。

3.1.2 技套環(huán)空最大許可壓力

技術(shù)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的50%、生產(chǎn)套管抗外擠強(qiáng)度75%、該層套管套管頭強(qiáng)度60%[6]。

3.2 環(huán)空最大許可壓力的計(jì)算實(shí)例

以?xún)?chǔ)4-6井為例，套管數(shù)據(jù)如表1所示，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 儲(chǔ)4-6井套管數(shù)據(jù)表

通過(guò)表1、表2可知，以套管和油管為受力對(duì)象算出的最大環(huán)空允許壓力值為57.19 MPa，比API RP90標(biāo)準(zhǔn)推算方法計(jì)算值高30%。

表2 儲(chǔ)4-6井計(jì)算結(jié)果

因生產(chǎn)時(shí)間較短，因此本算法未考慮套管腐蝕影響，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)公式進(jìn)行修正。隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間推進(jìn)，在井口油壓下降、套管腐蝕加重后，油套環(huán)空允許帶壓最大值也逐漸下降，因此，在環(huán)空壓力管理時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理[7]。

4 結(jié) 論

環(huán)空帶壓值差別較大，根據(jù)每口井儲(chǔ)層壓力與氣體竄流通道的不同，環(huán)空帶壓值差別較大，帶壓程度輕的環(huán)空壓力接近大氣壓力，帶壓程度高的接近注氣壓力。通過(guò)環(huán)空壓力釋放，環(huán)空壓力可以降為0 MPa，當(dāng)關(guān)閉環(huán)空后，出現(xiàn)不同程度的壓力恢復(fù)，部分井恢復(fù)至放壓前壓力。由于受多種因素影響，包括井口油壓、腐蝕、環(huán)空壓力等，井的生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)空帶壓安全許可壓力值是一個(gè)動(dòng)態(tài)的值，對(duì)井的安全評(píng)估也是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程[8]。