减缓油气井环空带压的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型有关于一种减缓油气井环空带压的装置，尤其有关于一种天然气开发 及储存技术领域中的减缓油气井环空带压的装置。
【背景技术】
[0002] 石油天然气开发及天然气储存的生产井中，存在多个管柱组成的，没有被水泥封 固的环空，这些环空均充填了不同性能的液体。如生产管柱与生产套管环空，为平衡生产封 隔器上下压力，减缓生产管柱及生产套管环空间的腐蚀，常规做法是在生产管柱及生产套 管环空间注满一定密度的压力平衡保护液;大多数生产套管与技术套管环空，水泥没有返 至井口，里面充满了钻井液。这些环空，均由井口密封组件密封，与下部密封组件（水泥环、 封隔器等）、管柱共同组成了密闭环空。这种做法存在如下几个问题：1)石油天然气生产时， 生产管柱内压力、温度急剧上升，由于压力、温度效益，使各环空压力急剧上升，这种上升难 以判断是生产管柱、封隔器、套管等泄漏引起，还是压力、温度效应引起;2)环空压力的急剧 升高，有可能导致生产管柱、封隔器、套管等的密封失效或破裂。3)为消减压力的急剧升高， 现场不得不采取频繁的压力释放、环空液体的补充等措施，比如环空中接管线出井场，卸压 点火燃烧。在井口密封处高压注入液体，提高生产封隔器上面的压力。这些都会导致现场工 作量的增加和管理成本的上升;4)由于作业程序的改变，如压裂、压井、修井等作业，生产管 柱内压力、温度会降低，生产及环空液体在温度、压力效应的影响下会发生体积收缩，导致 环空压力急剧降低，在井口密封不能及时补充液体的情况下，可能会形成真空段，甚至引起 井口设备、井口段生产管柱及生产套管的密封失效、泄漏，从而易引起井口段环空部件的腐 蚀。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种减缓油气井环空带压的装置，可减缓油气井环空压 力急剧上升或降低，降低生产管柱、套管、封隔器、井口设备密封失效泄露及破裂的可能性。
[0004] 本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0005] 本实用新型提供一种减缓油气井环空带压的装置，其包括储气罐，所述储气罐通 过管线与油气井环空相连通，所述储气罐内灌注有惰性气体。
[0006]在优选的实施方式中，所述储气罐的容积大于或等于2.0m3,所述储气罐的承压压 强大于或等于5. OMPa。
[0007] 在优选的实施方式中，所述储气罐内灌注的惰性气体的压强为I .OMPa~2.OMPa。
[0008] 在优选的实施方式中，向所述储气罐内灌注的惰性气体的体积为V，所述油气井环 空为由内管和套设在所述内管外的外管形成的环形空间，其中，由所述内管的内压力效应 引起的所述内管的体积变量为△ Vi，由所述内管的外压力效应引起的所述内管的体积变量 为AV2,由所述内管的温度效应引起的所述内管的体积变量为AV 3,所述油气井环空内的液 体的体积变量为Δ Vm，则￥= Δ Vi- Δ V2+ Δ V3+ A Vm。
[0009]在优选的实施方式中，所述内管的内半径为a，其外半径为b，所述内管的长度为L， 所述内管的温度变化量为A T，所述内管的热体积膨胀系数为γ，则由所述内管的温度效应 引起的所述内管的体积变量A V3:
[0011]在优选的实施方式中，所述油气井环空的液体的热膨胀系数为am，所述外管的内 半径为c，所述油气井环空的液体的液柱高度SLm，所述内管的温度变化量为ΔΤ，则，所述 油气井环空内的液体的体积变量Δ Vm:
[0013]在优选的实施方式中，所述内管的外半径为b，所述内管的长度为L，由所述内管的 内压力变化引起的所述内管的外径变化量为A Ubl，则，由所述内管的内压力效应引起的所 述内管的体积变量A Vi:
[0015]在优选的实施方式中，所述内管的内半径为a，所述内管的弹性模量为E，所述内管 的内压力变化量为A Pl，所述内管的泊松比为μ，则，由所述内管的内压力变化引起的所述 内管的外径变化量Aubi:
[0017]在优选的实施方式中，所述内管的外半径为b，所述内管的长度为L，由所述内管的 外压力变化引起的所述内管的外径变化量为A Ub2,则，由所述内管的外压力效应引起的所 述内管的体积变量A V2:
[0019]在优选的实施方式中，所述内管的内半径为a，所述内管的弹性模量为E，所述内管 的外压力变化量为A p。，所述内管的泊松比为μ，则，由所述内管的外压力变化引起的所述 内管的外径变化量Δ Ub2:
[0021] 本实用新型的减缓油气井环空带压的装置的特点及优点是:本实用新型通过储气 罐与油气井环空相连通，可减缓油气井环空内压力的急剧上升或降低，降低生产管柱、套 管、封隔器、井口设备密封失效泄露及破裂的可能性，本实用新型可减少井口维护保养次 数，降低作业成本。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
[0023] 图1为本实用新型的减缓油气井环空带压的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0025] 如图1所示，本实用新型提供一种减缓油气井环空带压的装置，其包括储气罐1，所 述储气罐1通过管线2与油气井环空3相连通，所述储气罐1内灌注有惰性气体。
[0026] 具体是，该油气井环空3为由内管和套设在内管外的外管形成的环形空间，其下部 通过封隔器7封隔，该内管可为生产管柱4,外管可为套管5,储气罐1设置在井口，其通过管 线2连接至生产管柱4与套管5之间形成的环形空间内；或者，在其他的实施方式中，该内管 可为套管5,外管可为技术套管6,储气罐1设置在井口，其通过管线2连接至套管5与技术套 管6之间形成环形空间内。
[0027]该减缓油气井环空带压的装置，在具体实施前，需了解油气井区域目的层压力情 况、所使用井身结构、套管层次尺寸、完井管柱结构、井口状态及闸阀连接情况、环空流体性 能及生产参数。
[0028] 然后，根据如下的减缓油气井环空带压的方法，计算需要向储气罐1内灌注的惰性 气体的体积及确认储气罐1的承压压强。
[0029] 具体是，该减缓油气井环空带压的装置的实施方法，包括如下步骤：
[0030] a)将储气罐1通过管线2与油气井环空3相连通；
[0031 ] b)向储气罐1内灌注预定体积的惰性气体。
[0032] 在步骤a)中，该储气罐1设置在井口，其通过一管线2与油气井环空3相连通。在该 实施例中，油气井环空3内全部充满液体。
[0033] 在步骤b)中，在本实施例中，向储气罐1内灌注的惰性气体为氮气，其体积为V，该 油气井环空3为由内管和套设在内管外的外管形成的环形空间，其下部通过封隔器7封隔， 其中，由内管的内压力效应引起的内管的体积变量为AVi，由内管的外压力效应引起的内 管的体积变量为△ V2，由内管的温度效应引起的内管的体积变量为△ V3，该油气井环空3内 的液体的体积变量为A Vm，则
[0034] 在步骤b)中，由于温度变化时，内管将发生热膨胀或冷收缩，其体积变化将引起油 气井环空3的体积变化，因此，需计算由内管的温度效应引起的内管的体积变量，该体积变 量AV 3由下述公式求得：
[0036] 式中：a为内管的内半径，单位m;
[0037] b为内管的外半径，单位m;
[0038] L为内管的长度，单位m;
[0039] Δ T为内管的温度变化量，单位°C;
[0040] γ为内管的热体积膨胀系数，单位1/°C。
[0041] 在本实用新型中，假设内管、外管为各向同性固体，其体积膨胀系数γ=3α，其中， α为内管的热线膨胀系数，单位1/°C。
[0042] 进一步的，当温度变化时，将引起油气井环空3内的液体热膨胀或冷收缩，因此，需 计算油气井环空3内的液体的体积变量，该体积变量△ Vm由下述公式求得：
[0044] 式中:am为油气井环空3的液体热膨胀系数，单位1/°C;
[0045] c为外管的内半径，单位m;
[0046] b为内管的外半径，单位m;
[0047] Lm为油气井环空3的液体的液柱高度，单位m;
[0048] Δ T为内管的温度变化量，单位°C。
[0049]再有，根据弹性力学平面应变状态下厚壁筒径向位移公式，得到内管上任一点r处 的径向位移：
[0051 ]式中:μ为内管的泊松比；
[0052] E为内管的弹性模量，单位MPa;
[0053] a为内管的内半径，单位m;
[0054] b为内管的外半径，单位m;
[0055] r为内管上任意一点至内管圆心的距离，单位m;
[0056] pi为内管的内压力，单位MPa;
[0057] p。为内管的外压力，单位MPa。
[005