本發(fā)明涉及天然氣井生產安全控制管理技術領域，尤其涉及一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法。

背景技術：

天然氣井在完井后，根據井身結構特點由內向外依次為生產管柱、A環(huán)空、B環(huán)空、C環(huán)空等。其中生產管柱內空間為天然氣生產流動通道，生產管柱是保證高壓天然氣安全流向地面重要安全屏障。隨著氣田開發(fā)時間的增長，生產管柱會出現(xiàn)管體腐蝕穿孔、封隔器密封失效、絲扣泄漏等一系列破壞，進而使高壓天然氣通過破壞點泄漏到A環(huán)空中去，造成環(huán)空帶壓。氣井環(huán)空帶壓存在高壓天然氣泄漏到淺層地層或造成井噴的可能性，是油氣生產過程中的重大安全隱患。尤其是近些年隨著海上石油開發(fā)活動的增加，海上氣井環(huán)空帶壓問題已經十分突出。目前，我國海上油氣田有300余口井不同程度存在環(huán)空帶壓問題，甚至有的平臺出現(xiàn)多口氣井因環(huán)空壓力異常高而關井停產。因此，氣井環(huán)空帶壓治理方法對提高中海油作業(yè)水平、保障氣井安全生產具有重要意義。

目前，天然氣井環(huán)空帶壓主要治理手段為：環(huán)空帶壓輕微時，可定期通過環(huán)空泄壓閥將環(huán)空內的氣體泄去。而針對因管柱泄漏引起的嚴重環(huán)空帶壓問題，只能將生產管柱起出，查找出泄漏途徑，更換新的生產管柱。以上方法，前者需要定期監(jiān)測、泄放，操作麻煩，同時存在因反復泄壓流動造成泄漏點因沖蝕而加劇環(huán)空帶壓的可能性。后者需要關井停產，作業(yè)復雜、成本高。因此開發(fā)一種能夠在在地面不動管柱、不停產治理環(huán)空帶壓的技術方法具有十分重要的意義。

由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關行業(yè)的經驗與實踐，提出一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法，能夠在氣井不停產的情況下去除氣井環(huán)空內壓力，并使其長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，提高天然氣井生產作業(yè)的安全性。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法，所述治理氣井環(huán)空帶壓的方法是通過地面向環(huán)空帶壓氣井的氣井環(huán)空中補充注入密度大于產氣的補充環(huán)空保護液，阻止氣井生產管柱內的產氣向氣井環(huán)空中泄漏，降低環(huán)空帶壓氣井的氣井環(huán)空壓力。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，該治理方法包括以下步驟：

a)在產氣量為第一產氣量時，設立所述氣井生產管柱的壓力剖面，設定為第一壓力剖面；設立所述氣井環(huán)空在環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力剖面，設定為第二壓力剖面，設立所述氣井環(huán)空在氣井環(huán)空井口壓力為0時的壓力剖面，設定為第三壓力剖面；

b)設定所述第一壓力剖面與所述第二壓力剖面的交點為穩(wěn)定壓力平衡點；設定所述第一壓力剖面與所述第三壓力剖面的交點為初始壓力平衡點；所述氣井生產管柱上的泄漏點位于所述初始壓力平衡點的上方，所述生產管柱內的產氣在壓差的作用下經所述泄漏點泄漏到氣井環(huán)空；

c)泄去環(huán)空帶壓氣井的氣井環(huán)空井口壓力；

d)向氣井環(huán)空內注入預定高度的、且密度大于產氣的補充環(huán)空保護液，使所述泄漏點位置的氣井環(huán)空壓力與所述生產管柱內相對位置的壓力達到平衡，使氣井環(huán)空井口壓力降為0。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟d)中，所述氣井環(huán)空井口的壓力降低值為ΔP，所述環(huán)空帶壓氣井的井斜角為θ，所述補充環(huán)空保護液的密度為ρ，向所述氣井環(huán)空內注入的所述補充環(huán)空保護液的高度為ΔH，所述補充環(huán)空保護液的高度對應的環(huán)空壓力變化值為ΔP_c，則，ΔP＝cosθ·ρgΔH-ΔP_c。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟d)中，根據向所述氣井環(huán)空內注入所述補充環(huán)空保護液時的環(huán)空井口壓力值和溫度信息設立第四壓力剖面。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟a)中，所述生產管柱內設置能測量深度和壓力數(shù)據的測井儀器，通過所述測井儀器在產氣量為所述第一產氣量時測出的所述深度和壓力數(shù)據設立所述第一壓力剖面。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟a)中，根據環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)下的環(huán)空井口壓力值和溫度信息設立所述第二壓力剖面。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟a)中，通過套管頭閘板閥將氣井環(huán)空帶壓后的氣井環(huán)空井口壓力泄為0，根據泄壓后的氣井環(huán)空井口壓力值和溫度信息設立所述第三壓力剖面。

在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述步驟c)中，通過套管頭閘板閥泄去所述氣井環(huán)空井口壓力。

由上所述，本發(fā)明的一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法，通過地面向氣井環(huán)空補充注入密度遠大于產氣的補充環(huán)空保護液，使穩(wěn)定環(huán)空壓力剖面與生產管柱壓力剖面在泄漏點位置設立平衡且將氣井環(huán)空壓力降為0。該操作簡單易行，可以在氣井不停產的狀態(tài)下降低氣井環(huán)空井口壓力，能夠有效阻止氣井環(huán)空帶壓發(fā)展趨勢；

(2)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法中，注入的補充環(huán)空保護液為天然氣完井環(huán)空保護液，不破壞原始生產管柱環(huán)境狀態(tài)，在有效降低氣井環(huán)空井口壓力的同時能夠保護生產管柱和套管柱，防止生產管柱和套管柱腐蝕；

(3)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法降低了治理成本，具有方便、有效、經濟的優(yōu)勢，對提高天然氣井安全生產保障水平有重要意義。

(4)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法可以廣泛應用于氣井環(huán)空帶壓治理方面，包括海上天然氣井、陸上天然氣井、頁巖氣井等。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1：為本發(fā)明的初始狀態(tài)氣井及第一壓力剖面、第二壓力剖面和第三壓力剖面示意圖。

圖2：為本發(fā)明的注入補充環(huán)空保護液后氣井及第一壓力剖面、第二壓力剖面和第四壓力剖面示意圖。

圖3：為圖2中B處放大圖。

圖4：為本發(fā)明的治理氣井環(huán)空帶壓的方法的流程圖。

圖中：

1、生產管柱；11、泄漏點；

2、套管柱；

3、氣井環(huán)空；31、套管頭閘板閥；

4、封隔器；

5、原始環(huán)空保護液；

6、補充環(huán)空保護液。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。

本發(fā)明提供一種治理氣井環(huán)空帶壓(如圖1、圖2所示，天然氣井內，生產管柱1與套管柱2之間構成氣井環(huán)空3，生產管柱1上套設有封隔器4，氣井環(huán)空3中位于封隔器4的上方為原始環(huán)空保護液5，設定原始環(huán)空保護液5的液面處深度為z_l，在氣井井口處設置有套管頭閘板閥31，套管頭閘板閥31與氣井環(huán)空連通設置，氣井環(huán)空3能夠通過套管頭閘板閥31進行泄壓。當封隔器4上方的生產管柱1側壁上出現(xiàn)泄漏點11，生產管柱1內的產氣經泄漏點11泄漏到氣井環(huán)空3，造成氣井環(huán)空帶壓。)的方法，該方法是通過地面向環(huán)空帶壓氣井的氣井環(huán)空3中補充注入密度大于產氣的補充環(huán)空保護液(補充環(huán)空保護液為常用環(huán)空保護液，具體材質在此不再贅述)，阻止生產管柱1內的產氣向氣井環(huán)空3中泄漏，降低環(huán)空帶壓氣井的氣井環(huán)空壓力。該操作簡單易行，可以在氣井不停產的狀態(tài)下降低氣井環(huán)空壓力，能夠有效阻止氣井環(huán)空帶壓發(fā)展趨勢，提高天然氣井生產作業(yè)的安全性。

進一步，本發(fā)明的治理氣井環(huán)空帶壓的方法的具體流程如圖4所示，包括以下步驟：

步驟a)、在產氣量為第一產氣量時(即滿足產氣量形同的前提下)，設立氣井生產管柱的壓力剖面，設定為第一壓力剖面Ⅰ(生產管柱壓力剖面)；設立氣井環(huán)空在環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)下的壓力剖面，設定為第二壓力剖面Ⅱ(穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)空壓力剖面)，設立氣井環(huán)空在氣井環(huán)空井口壓力為0時的壓力剖面，設定為第三壓力剖面Ⅲ(初始環(huán)空壓力剖面)；設定各壓力剖面中壓強為P，深度為z。

在本實施方式中，如圖1、圖2所示，生產管柱1內設置能測量井深和壓力數(shù)據的測井儀器(圖中未示出，現(xiàn)有技術，可以是深度與壓力的監(jiān)測感應儀，能將監(jiān)測數(shù)據傳送至地面)，需要測量時將測井儀器下入生產管柱1內，測量后上提出井，根據測井儀器在產氣量為第一產氣量時測出的井深和壓力數(shù)據設立第一壓力剖面Ⅰ，第一壓力剖面Ⅰ如圖1、圖2所示。

根據環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)下的環(huán)空井口壓力值和溫度信息設立第二壓力剖面Ⅱ(穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)空壓力剖面)，第二壓力剖面Ⅱ如圖1、圖2所示。環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)可以是氣井環(huán)空壓力保持在一個穩(wěn)定值P1時、且未泄壓前的狀態(tài)，環(huán)空帶壓穩(wěn)定狀態(tài)還可以是氣井環(huán)空壓力達到穩(wěn)定值P1后泄壓，之后壓力又上升并穩(wěn)定到泄壓前的穩(wěn)定值P1的狀態(tài)。設立第二壓力剖面時，可以將原始環(huán)空保護液5上方的氣井環(huán)空分為若干井段，利用每個井段底部壓力與頂部壓力之間的關系依次計算得出第二壓力剖面Ⅱ的相關數(shù)值，對于每個井段有如下的計算關系式：

式中，P_ci+1為井段底部壓力，P_ci為井段頂部壓力，M_g為氣體相對摩爾質量，g為重力加速度，Δz為井段深度，Z為天然氣壓縮系數(shù)，R為理想氣體常數(shù)，T為環(huán)空溫度。

井口首段的井段的頂部壓力即為氣井環(huán)空井口壓力，可以通過壓力計(現(xiàn)有技術)測量得出，進而可以依次計算每個井段的環(huán)空壓力，最終計算出原始環(huán)空保護液5上方的氣井環(huán)空全井段壓力。特殊的，對于原始環(huán)空保護液5下方的氣井環(huán)空，環(huán)空壓力可以通過下式計算：

P_c＝P_cl+cosθ·ρg(z-z_l)

式中，P_c為環(huán)空壓力，P_cl為液面處環(huán)空壓力，θ為井斜角，ρ為環(huán)空保護液密度，z為深度，z_l為原始環(huán)空保護液的液面深度。

進一步，氣井環(huán)空帶壓后，通過套管頭閘板閥將氣井環(huán)空井口壓力泄為0，根據泄壓后的氣井環(huán)空井口壓力值和溫度信息設立第三壓力剖面Ⅲ(初始環(huán)空壓力剖面)，第三壓力剖面Ⅲ如圖1所示。

設立第一壓力剖面Ⅰ(生產管柱壓力剖面)、第二壓力剖面Ⅱ(穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)空壓力剖面)、第三壓力剖面Ⅲ(初始環(huán)空壓力剖面)時的具體的深度、壓力數(shù)據采集的方法屬于現(xiàn)有技術。

步驟b)、生產管柱1內為流動的產氣，而氣井環(huán)空3中為靜止的氣體，根據流體力學原理，由于生產管柱1內產氣存在流動阻力，導致在原始環(huán)空保護液5液面上方的位置處，生產管柱1內的壓力梯度大于氣井環(huán)空3中的壓力梯度(壓力梯度是指單位深度的壓力變化值，即壓差除以深度差)。而在原始環(huán)空保護液5液面下方的位置處，氣井環(huán)空3中的壓力梯度大于生產管柱1內的壓力梯度。因此，在一定條件下和同一坐標系下，會出現(xiàn)第一壓力剖面Ⅰ與第二壓力剖面Ⅱ、第三壓力剖面Ⅲ相交的特點。

如圖1所示，設定第一壓力剖面Ⅰ(生產管柱壓力剖面)與第二壓力剖面Ⅱ(穩(wěn)定狀態(tài)環(huán)空壓力剖面)的交點為穩(wěn)定壓力平衡點a1；設定第一壓力剖面Ⅰ(生產管柱壓力剖面)與第三壓力剖面Ⅲ(初始環(huán)空壓力剖面)的交點為初始壓力平衡點a2。

由圖1中可見，在完井初始階段氣井環(huán)空井口壓力為0，第一壓力剖面Ⅰ與第三壓力剖面Ⅲ相交于初始壓力平衡點，在初始壓力平衡點上方的生產管柱1內的壓力大于氣井環(huán)空3內的壓力。當初始壓力平衡點上方的生產管柱1側壁上出現(xiàn)泄漏點11，生產管柱1內的產氣在壓差的作用下經泄漏點11泄漏到氣井環(huán)空3，使氣井環(huán)空3內的壓力升高，造成環(huán)空帶壓現(xiàn)象(需要說明的是，根據壓力平衡原理，生產管柱的泄漏點在初始壓力平衡點下方時，泄漏點位置的氣井環(huán)空壓力大于生產管柱內的壓力，氣井環(huán)空壓力不會上升)。當泄漏點11兩側的壓力相等時，生產管柱1內的氣體不再進入氣井環(huán)空3中，氣井環(huán)空壓力不再升高達到穩(wěn)定階段，此時第一壓力剖面Ⅰ與第二壓力剖面Ⅱ相交，構成穩(wěn)定壓力平衡點。

步驟c)、泄去氣井環(huán)空井口壓力。通過套管頭閘板閥31泄去氣井環(huán)空井口壓力。在注入補充環(huán)空保護液前必須先泄壓，否則在氣井環(huán)空中呈動態(tài)平衡，井口(上邊)注液而井內泄漏點11漏液，泄壓后環(huán)空壓力小于生產管柱內壓力，確保井口(上邊)注液而井內泄漏點11不漏。

步驟d)向氣井環(huán)空內注入預定高度的、且密度大于產氣的補充環(huán)空保護液，使泄漏點位置的氣井環(huán)空壓力與生產管柱內的壓力達到平衡，使氣井環(huán)空井口壓力降為0。

如圖2所示，當初始壓力平衡點上方的生產管柱1側壁上出現(xiàn)泄漏點11，生產管柱1內的產氣在壓差的作用下經泄漏點11泄漏到氣井環(huán)空3，造成環(huán)空帶壓現(xiàn)象。欲降低環(huán)空帶壓氣井的環(huán)空壓力，需要阻止生產管柱1內的產氣向氣井環(huán)空3中泄漏。為阻止產氣泄漏，使用柱塞泵通過套管頭閘板閥31向氣井環(huán)空3內注入預定高度的、且密度大于產氣的補充環(huán)空保護液6，這樣利用液體的密度遠大于氣體密度的性質，使泄漏點11位置處的氣井環(huán)空壓力和生產管柱1內的壓力平衡，生產管柱1內的產氣不再向氣井環(huán)空3中泄漏。注液后，環(huán)空保護液的液面升高，此時，需設立注液后環(huán)空壓力剖面，設定為第四壓力剖面Ⅳ(注液后環(huán)空壓力剖面)，第四壓力剖面Ⅳ如圖2所示；持續(xù)注液過程中，第四壓力剖面Ⅳ的井口壓力值逐漸降低，直至補充環(huán)空保護液6的液面上部的氣井環(huán)空保持壓力為0時，注入的補充環(huán)空保護液6達預定高度，停止注液。

在本實施方式中，氣井環(huán)空井口壓力降低值與注入氣井環(huán)空的補充環(huán)空保護液6高度之間的關系為：

ΔP＝cosθ·ρgΔH-ΔP_c。

式中，ΔP為環(huán)空井口壓力降低值，θ為井斜角，ρ為補充環(huán)空保護液密度，ΔH為注入的補充環(huán)空保護液的高度，ΔP_c為補充環(huán)空保護液的高度對應的環(huán)空壓力變化值，由于ΔP_c的值比較小，計算時可以忽略不計。氣井環(huán)空井口壓力降低值與注入氣井環(huán)空的補充環(huán)空保護液6高度之間的關系如圖3所示。

泄壓后注入的補充環(huán)空保護液6提高了環(huán)空保護液面，同時使原始環(huán)空保護液5上方的生產管柱1和套管柱2浸泡在補充環(huán)空保護液6中，防止生產管柱1和套管柱2腐蝕。

由上所述，本發(fā)明的一種治理氣井環(huán)空帶壓的方法具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法，通過地面向氣井環(huán)空補充注入密度遠大于產氣的補充環(huán)空保護液，使穩(wěn)定環(huán)空壓力剖面與生產管柱壓力剖面在泄漏點位置設立平衡且將氣井環(huán)空壓力降為0。該操作簡單易行，可以在氣井不停產的狀態(tài)下降低氣井環(huán)空井口壓力，能夠有效阻止氣井環(huán)空帶壓發(fā)展趨勢；

(2)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法中，注入的補充環(huán)空保護液為天然氣完井環(huán)空保護液，不破壞原始生產管柱環(huán)境狀態(tài)，在有效降低氣井環(huán)空井口壓力的同時能夠保護生產管柱和套管柱，防止生產管柱和套管柱腐蝕；

(3)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法降低了治理成本，具有方便、有效、經濟的優(yōu)勢，對提高天然氣井安全生產保障水平有重要意義。

(4)本發(fā)明提供的治理氣井環(huán)空帶壓的方法可以廣泛應用于氣井環(huán)空帶壓治理方面，包括海上天然氣井、陸上天然氣井、頁巖氣井等。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。