地下儲氣庫井完井管柱及完井方法與流程

2023-10-22 14:00:52

本發明屬於油氣田開發工程地下儲氣庫井建設領域，具體地，涉及一種地下儲氣庫井完井管柱及完井方法。

背景技術：

地下儲氣庫具有儲氣量大、安全係數高、火災概率小、經濟效益好、與LNG技術相比儲氣成本低等優點。此外，地下儲氣庫能夠協調供求關係與調峰，實施戰略儲備，保證供氣的可靠性和連續性，且能有助於優化生產系統和輸氣管網的運行，對於國家安全與區域天然氣使用具有極其重要的作用。

由於儲氣庫注採井採取強採強注的作業方式，其井內天然氣為雙向流動，且注入、採出壓力和溫度不斷變化，井的使用壽命不受可採儲量的限制，而且須保證使用壽命30年以上，所以對完井管串的強度、密封性等提出了更高的要求。目前管柱串設計時往往考慮最大日注採速度進行設計，具有盲目性。

首先，實際配產量隨社會需求、調峰需要等不斷變化，儲氣庫井管柱當前的設計方法難以做到適時應變。

其次，地下儲氣庫的季節調峰功能決定其必須能夠在短時間內承受高速、高壓氣體的衝蝕，尤其是安全閥位置的衝蝕問題和密封失效尤為明顯。現階段安全閥設計一般根據油管規格進行選擇，然而當配產量超過預期設定，或儲氣庫井發生洩漏事故導致注採流速過大時，安全閥位置可能發生功能性失效，甚至造成儲氣庫井洩露、停產，甚至報廢等嚴重事故。

另外，地下儲氣庫井既注又採的雙向作業，使得目前氣井作用的單向安全閥設計不能滿足儲氣庫井作業的安全需求。尤其是注氣過程中，單向安全閥的事故反應不能瞬間切斷天然氣的注入過程，甚至因注入氣體壓力過大造成安全閥失效，引發更大規模的事故。

因此，需要發明一種改進的地下儲氣庫井完井管柱和完井工藝。

技術實現要素：

為克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種地下儲氣庫井完井管柱及完井方法。

為實現上述目的，本發明採用下述方案：

地下儲氣庫井完井管柱，包括套管柱和油管柱，油管柱位於套管柱內，套管柱位於由地層通過鑽井工藝而形成的井筒內；其中：

所述套管柱包括：水泥環和套管，套管通過水泥環與井筒周圍地層連接；

所述油管柱位於套管內，油管柱由井下工具連接裝配而成；所述井下工具，包括：油管掛、配長短節、上流動接頭、上安全閥、中流動接頭、下安全閥、下流動接頭、氣密封油管、循環滑套、上部油管、封隔器、磨銑延伸筒、下部油管、坐落接頭、篩管、引鞋；引鞋、下部油管、篩管、下部油管、坐落接頭、下部油管、磨銑延伸筒、下部油管、封隔器、上部油管、循環滑套、上部油管、氣密封油管、下流動接頭、上部油管、下安全閥、上部油管、中流動接頭、上部油管、上安全閥、上部油管、上流動接頭、上部油管、配長短節、上部油管、油管掛自下而上裝配，上述井下工具間通過變扣短節連接。

優選地，所述上安全閥採用自平衡井下安全閥，所述下安全閥採用自平衡井下安全閥，上安全閥可從地面控制開啟或關閉。

上述地下儲氣庫井完井方法，包括以下施工步驟：完井施工前準備，(二)完井；完井施工過程包括(1)起出酸化管柱，(2)井口及採氣樹試壓，(3)完井管柱下入；所述(3)完井管柱下入施工過程包含井下安全閥施工過程。

相對於現有技術，本發明具有如下有益效果：在不影響地下儲氣庫井正常作業和配產量的前提下，創新性的設計了雙向雙安全閥管柱串，優化完井管柱串和井下安全閥安裝方式，保證地下儲氣庫井發生井口、井下安全事故，如爆炸、洩露、過載時，井筒、管柱和整個儲氣庫井的損失減小到最低，提高管柱在作業工況下的穩定性，保障地下儲氣庫井的長期安全運行。

附圖說明

圖1是地下儲氣庫井完井管柱結構示意圖；

圖2是地下儲氣庫井完井管柱井下安全閥連接線路示意圖；

圖中：1.水泥環，10.套管，11.油管掛，12.配長短節，13.上流動接頭，14.上安全閥，15.中流動接頭，16.下安全閥，17.下流動接頭，18.氣密封油管，19.循環滑套，110.上部油管，111.封隔器，112.磨銑延伸筒，113.下部油管，114.坐落接頭，115.篩管，116.引鞋；21.井筒，22.控制線路，23.壓力傳感器，24.數據存儲器，25.壓力傳感器終端，26.串並聯集線器，27.用戶，28.計算機

具體實施方式

如圖1所示，地下儲氣庫井完井管柱，包括套管柱和油管柱，油管柱位於套管柱內，套管柱位於由地層通過鑽井工藝而形成的井筒21內；其中：

所述套管柱包括：水泥環1和套管10，套管10通過水泥環1與井筒21周圍地層連接。

所述油管柱位於套管10內，油管柱由井下工具連接裝配而成；所述井下工具，包括：油管掛11、配長短節12、上流動接頭13、上安全閥14、中流動接頭15、下安全閥16、下流動接頭17、氣密封油管18、循環滑套19、上部油管110、封隔器111、磨銑延伸筒112、下部油管113、坐落接頭114、篩管115、引鞋116；引鞋116、下部油管113、篩管115、下部油管113、坐落接頭114、下部油管113、磨銑延伸筒112、下部油管113、封隔器111、上部油管110、循環滑套19、上部油管110、氣密封油管18、下流動接頭17、上部油管110、下安全閥16、上部油管110、中流動接頭15、上部油管110、上安全閥14、上部油管110、上流動接頭13、上部油管110、配長短節12、上部油管110、油管掛11自下而上裝配，上述井下工具間通過變扣短節連接。

所述上安全閥14採用自平衡井下安全閥，所述下安全閥16採用自平衡井下安全閥，上安全閥可從地面控制開啟或關閉。

上述地下儲氣庫井完井方法包括以下施工步驟：

(一)完井施工前準備，(二)完井；

完井施工前準備施工過程採用目前行業內通用的施工方法，可參考行業規範；

完井施工過程包括(1)起出酸化管柱，(2)井口及採氣樹試壓，(3)完井管柱下入；上述(二)完井施工過程中的(1)起出酸化管柱施工過程、(2)井口及採氣樹試壓施工過程採用目前行業內通用的施工方法，可參考行業規範，本發明不作具體描述；所述(3)完井管柱下入施工過程包含井下安全閥施工過程。

以下結合具體實施例對本發明涉及的地下儲氣庫井完井方法進行描述：

(一)完井施工前準備施工過程：

(1)安裝油管四通，並注塑試壓。

(2)安裝井控設備，做好防噴及壓井工作。優選的，地面高壓管線水密封試壓值至少大於預計施工壓力的1.2倍。

(3)替換泥漿。下外加厚油管底帶喇叭口，清水頂替井筒內泥漿。

(4)通井。下外加厚油管底帶通井規，通井至人工井底，並探人工井底。

(5)刮削套管。下外加厚油管底帶刮削器在封隔器附近位置井段反覆刮削三次，直至無遇阻現象。

(6)洗井。用清水大排量反洗井，進出口液性一致。

(7)試壓。優選的，井筒試壓20MPa，滿足30min壓降小於0.5MPa為合格，然後鑽盲板、二次洗井、射孔。

(8)安裝帶壓作業設備。

(9)酸化。

(二)完井施工過程：

(1)起出酸化管柱。

(2)井口及採氣樹試壓。

(3)完井管柱下入。

(三)完井管柱下入施工過程：

(1)檢查所有工具的外觀是否完好，對上安全閥14和下安全閥16進行現場壓力測試，檢查封隔器111的坐封銷釘數量是否準確。

(2)下入引鞋116+坐落接頭114+篩管115工具串。

(3)下入氣密封油管18。

(4)下入坐落接頭114。

(5)下入氣密封油管18。

(6)下入封隔器總成：磨銑延伸筒112+封隔器111工具串。優選的，下入時扶正工具串緩慢下放入井，發現遇阻立即剎住，上提1-2米，遇阻不得超過2噸。優選的，封隔器111下入後要控制純下鑽速度40-60秒每根油管。

(7)下入氣密封油管18。

(8)下入循環滑套19。循環滑套19吊上鑽頭時防止磕碰，下入時撕掉過流孔的保護膜，與氣密封油管18連接時引扣。

(9)下入氣密封油管18。

(10)下入上部油管110。

(11)下入安全閥總成：上流動接頭13+上安全閥14+中流動接頭15+下安全閥16+下流動接頭17工具串。

(12)下入氣密封油管18。

(13)管柱下到預定位置之前1根油管長度位置時，進行電測校深，覆核管柱數據，調整配長短節12準確確定封隔器111坐封位置。

(14)優選的，坐放油管掛11驗證油管密封性。在滑套上投堵塞器，泵車打壓35MPa，保持15min，壓降小於0.5MPa為合格。

(15)坐封封隔器111。在坐落接頭114上投堵塞器，逐級打壓坐封封隔器111。優選的，打壓10MPa保持10min，20MPa保持10min，30MPa保持10min，40MPa保持10min，50MPa保持10min，60MPa保持10min。坐封完畢後緩慢洩壓。

(16)檢驗井口密封性。關閉上安全閥14和下安全閥16觀察油套壓是否有變化，如果有壓力則緩慢洩壓至零，待油套壓全部為零後保持30分鐘，油套壓不再有變化時拆壓井作業設備、防噴器，安裝採氣樹。

(17)檢驗封隔器111密封性。優選的，打開上安全閥14和下安全閥16，環空內打壓10MPa保持10分鐘，壓降小於0.5MPa為合格，驗證完畢後打撈堵塞器。

(18)注入環空保護液。

(19)完井完成。

(四)完井管柱安全閥施工過程：

(1)上安全閥14、下安全閥16地面開關測試。手壓泵內加上液壓油，油量為手壓泵容積2/3。將控制線路22放到上安全閥14、下安全閥16接口位置，用手壓泵排油注入安全閥活塞內，排出活塞內空氣，連接控制線路22到上安全閥14和下安全閥16上，進行緩慢打壓。確認上安全閥14和下安全閥16均能正常開啟後進行洩壓操作。卸開手壓泵。

(2)下流動接頭17、下安全閥16上扣。下安全閥16按GB/T 28259-2012裝配，設置採氣方向為其工作工況。

(3)下安全閥16連接至油管柱，預留控制線路22的接口。

(4)上流動接頭13、上安全閥14上扣。上安全閥14按GB/T 28259-2012裝配，設置注氣工況為其工作工況，在上安全閥14底部安裝串並聯集線器26，預留控制線路22的接口。

(5)上安全閥14連接至油管柱，並使用控制線路將上安全閥14接口與步驟(3)所述控制線路22的接口連接。

(6)下放油管柱，並連接上安全閥14接口與控制線路22。

(7)連接手壓泵和壓力表到控制線路22，手壓泵加液壓油，油量為手壓泵容積3/4。將控制線路22放到下安全閥16接口位置，利用手壓泵排出下安全閥16內空氣，連接控制線路22到下安全閥16，連接步驟(6)所述控制線路22到串並聯集線器26。

(8)第一次試壓。優選的，根據地下儲氣庫井最大採氣運行壓力確定試壓壓力，控制穩壓20分鐘，壓降不大於0.8MPaPa為合格。

(9)洩掉手壓泵壓力使下安全閥16內壓力至環境壓力。

(10)將控制線路22放到上安全閥14接口位置，利用手壓泵排出上安全閥14內空氣。將控制線路22與串並聯集線器26的預留接口連接。

(11)第二次試壓。優選的，根據地下儲氣庫井最大注氣運行壓力確定試壓壓力，控制穩壓20分鐘，壓降不大於0.8MPa為合格。

(12)下放上安全閥14和下安全閥16到指定井深位置。優選的，試壓合格後洩手壓泵壓力至30MPa，保持開啟狀態下放安全閥，控制線路22隨油管同時下放，並在每個油管結箍位置設置控制線路22保護器。

(13)控制線路22穿越油管掛11。油管掛11連接到油管柱後手壓泵洩壓至零。油管掛11下部穿越孔密封接頭穿到控制線路22上，保持控制線路22長直狀態，將控制線路22穿越油管掛11，將油管掛11上部穿越孔密封接頭穿到控制線路22上，擰緊密封接頭。

(14)控制線路22穿越採氣樹。將控制線路22從採油樹穿越孔穿出，連接採油樹與控制線路22的配套接頭。優選的，對上述配套接頭進行試壓，試驗壓力與安裝前井口試驗壓力相同，穩壓20分鐘，壓降不大於0.8MPa為合格，洩壓。

(15)控制線路22連接至地面控制系統的計算機28。地下儲氣庫井測試期間，連接地面控制線路22到採油樹針閥；地下儲氣庫井生產期間，地面控制線路22連接到地面控制計算機28。

(16)通過上述施工過程，所述油管柱實現以下功能：上安全閥14與下安全閥16採用控制線路22連接，控制線路22連接到串並聯集線器26，壓力傳感器23測量上安全閥14與上部油管110的接頭、以及下安全閥16與上部油管110的接頭處的壓力數據，壓力數據由數據存儲器24記錄，然後由壓力傳感器終端25上傳至地面計算機28。用戶27通過計算機28控制串並聯集線器26進行採氣、注氣工況的切換。

(17)通過上述施工過程，上安全閥14和下安全閥16實現雙向串聯安裝。井下安全閥在注氣和採氣工況下均能及時反應，封堵油管柱內氣體使之不能向上或向下噴發。當採氣作業發生井下、井口事故時，下安全閥16啟動應急反應，使待採天然氣得到密封，保證井筒安全；當注氣作業發生井下、井口事故時，上安全閥14與下安全閥16同時啟動應急反應，在上安全閥和下安全閥之間形成封閉段，保證已注天然氣和正在注入的天然氣迅速隔離，保護管柱結構完整，保證井筒安全。

優選的，本發明用於地下儲氣庫井的注氣、採氣工況。但本發明不限於僅應用於地下儲氣庫井，凡具有注氣、採氣功能的氣井均可應用。

以上所述實施例僅用於說明本發明，並非用以限定本發明的應用範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的結構、連接方式等變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。