专利名称：一种油气井快速压喷方法
技术领域：
本发明属于油气井井喷失控事故紧急应对措施技术领域，具体地说，涉及一种油气井快速压喷方法。诸如发生在2009年8月澳大利亚帝汉海泰国石油公司Montara天然气井喷和2010年4月美国墨西哥湾英国石油公司Macondo油井井喷都酿成了巨大灾难。
背景技术：
目前应对油气井井喷失控的技术主要有两项。一项是顶部压喷法，即从事故井顶部泵入压喷泥浆；另一项是救援井法，即钻救援井与事故井底部连通并向事故井底部泵入压喷泥浆。此两项技术都依靠压喷泥浆的重力来达到目的。顶部压喷法在泰国石油公司Montara天然气井喷和英国石油公司Macondo油井井喷事故中均失败了。其失败的原因主要是因为压喷泥浆容易被井喷油气流稀释并携带出井外。救援井法在此两个井喷事故中均压喷成功了，但是该方法费用昂贵且进展缓慢，因为钻救援井通常需要约三个月时间。其后果是大量的原油泄漏在海里，天然气进入空中从而造成严重环境污染，损害当地工商业和给相关石油公司带来巨大损失。尽管每一单个油气井出现井喷的概率都很小，但是就大量的油气井尤其是越来越多的海上油气井钻探来说，未来油气井井喷失控事故的发生是必然的。我们不知道的仅仅是下一个油气井井喷事故会在何时，何地和怎样发生。因此研发一项快速可靠的油气井压喷技术非常必要。
发明内容
正如上述两个油气井井喷事故所展示的，目前使用的泥浆压喷技术均存在严重缺陷顶部泥浆压喷法经常失败很不可靠；救援井底部泥浆压喷法费用昂贵且进展缓慢，因为钻救援井通常需要约三个月时间。另外海上油气井压喷要比陆地油气井压喷困难得多。本发明的技术方案是该技术发明使用固体球压喷，避免了泥浆压喷法的缺点，为油气井井喷事故提供了快速可靠的解决方案。它采取三个步骤解决此问题压制井喷使井喷流量减到很小以赢得时间；修复或更换防井喷器和其它部件并连接生产管线；恢复油气井正常生产。该技术方案通过插入一根小直径钢管至事故井中尽可能大的深度，向其中释放压喷球来阻挡和镇压油气流，并在后来取出部分压喷球增加油气流以恢复生产而达到解决井喷事故之目的。每一个释放入井中的压喷球都占据一定空间并起到镇压流体的作用；大量的压喷球的共同作用就可以把井喷压制到足够小的流量，比如小于初始井喷流量的百分之一。该技术方案的实质是用重固体块的体积阻挡流体和用其重力镇压流体，而球形是进行镇压和恢复油气流操作的一个优化形状。该技术的实施基于如下原理对于一直径为D的油气井和一批数量较大，相同尺寸，质量密度和表面粗糙度的球和一定流体，存在一个流量范围Q min至Q max,在此流量范围内这批球将浮动分布在井底起一定高度内，而具体高度取决于井喷实际流量Q。球的分布密度(单位体积内球的个数)将随流量Q的减小而增加。当Q > Q max时，所有的球都将被流体携带向上运动至井口 ；当<3〈 Q min时，所有的球都将下滑并堆积在井底。流量Q max对应于单个球相对于井中流体的滑落速度。这一原理可用以确定在油气特性及井直径已定的情况下，对于给定的尺寸和质量密度的球，可用以成功实现压喷的井喷流量Q。上述参数值之间的关系可用实验测定并形成计算公式。万一在压喷操作的初期有球被喷出井口，可在压喷管上位于井口上方处设置一球笼以存放被喷出的球并允许流体流出。当越来越多的球被释放于井中压喷从而使流量减小后，球笼中的球将重新落如井中。多数油气井都是分段的，各段的直径由上往下而减小，井底处直径最小。井中各段流量相同，较小直径段将具有较高流速，因而能够浮起较大质量密度的球。原则上讲应尽可能使用较少的重球从而减少它们堆积在井底的数量和使用尽可能多的轻球并让它们漂浮在流体中从而避免因堆积球的重量损伤井底。本发明的有益效果在于该技术的第一个优点是可靠性。因为压喷球的尺寸较大，它们不会因被喷出而丢失。万一在压喷操作初期有球被喷出井口，它们将被限制在球笼里并将在流量减小后重新落入井中，并且在球笼里时也有一定的镇流作用。因此每一个球都具有有效的压喷作用从而保证了该压喷技术的可靠性。第二个优点是速度快。由于其压喷的有效性，预计该技术最多需要约一天时间就可以释放足够数量的球把井喷减小到一个预期的很小流量。第三个优点是可以通过取出部分球以加大流量恢复生产从而保住油气井资产。
附图1所示为一压喷球释放系统。它包含一个管路系统I和4，一个鼓风机或泵2，一个供球装置3，一个挡球笼5和不同质量密度的球13，14，15，17。该管路系统的顶部是一个循环管路系统，其上安装一鼓风机或泵用以输送压喷球至插入井中的竖直管段。如有必要可在顶部的循环管路与插入井中的竖直管间加一倾斜管段。部件6至12和16属于油气井。它们是环形防喷器6，全封闭闸板7，剪切闸板8，节流管9，压井管10，井口 11，井壁管12和衬管16。如果井喷发生在生产井内，则部件12和16为生产井管。附图2所示为一压喷球回收系统。它包含竖直管4 (附图1中所示)，顶部水平管18，大直径连接管头19，其内装一格栅20，泵21和压喷球储罐22。当防井喷器及其相关元件被修复或更新后，井中的流体可以用泵大力抽出从而将压喷球浮起并使进入竖直管中。生产管线和阀门可以打开增加流量以浮起压喷球。当压喷球到达大直径连接管头时将会落入储罐中。当取出足够数量压喷球后此过程停止，剩余的球有意留在井底。此时井喷已由修复好的防井喷器所控制，油气生产便可开始。如要废弃该井可灌注水泥封井。
具体实施例方式以下结合附图和实施例具体说明本发明。附图1所示为一压喷球释放系统。它包含一个管路系统I和4，一个鼓风机或泵2，一个供球装置3，一个挡球笼5和不同质量密度的球13，14，15，17。该管路系统的顶部是一个循环管路系统，其上安装一鼓风机或泵用以输送压喷球至插入井中的竖直管段。如有必要可在顶部的循环管路与插入井中的竖直管间加一倾斜管段。部件6至12和16属于油气井。它们是环形防喷器6，全封闭闸板7，剪切闸板8，节流管9，压井管10，井口 11，井壁管12和衬管16。如果井喷发生在生产井内，则部件12和16为生产井管。
鼓风机2推动气流流动以运输压喷球和提供流体压力以平衡井中压力。气流将由循环管路返回到鼓风机入口。可用手动或机械操作的供球装置，其内部装一单向阀以阻止流体外泄。挡球笼5安装在竖直管4上并坐落在井喷口上以存放万一在初期被喷出的压喷球。可以用油泵代替鼓风机提供流体循环和平衡井中流体压力。无论是鼓风还是泵油，循环管路中的压力仅为平衡井中流体所带给的压力。当为天然气井喷时，可用氮气或二氧化碳气体作为环路中压喷球输送流体以达到操作安全。附图2所示为一压喷球回收系统。它包含竖直管4 (附图1中所示)，顶部水平管18，大直径连接管头19，其内装一格栅20，泵21和压喷球储罐22。当防井喷器及其相关元件被修复或更新后，井中的流体可以用泵大力抽出从而将压喷球浮起并使进入竖直管中。生产管线和阀门可以打开增加流量以浮起压喷球。当压喷球到达大直径连接管头时将会落入储罐中。当取出足够数量压喷球后此过程停止，剩余的球有意留在井底。此时井喷已由修复好的防井喷器所控制，油气生产便可开始。如要废弃该井可灌注水泥封井。实施例1 :球形为用以压喷和回取的较佳固体块形状。建议压喷球尺寸要小于油气井内径的30%。实施例2:油井井喷可选用较大尺寸的压喷球，只要竖直管能安全的插入井中较深处即可；天然气井喷可选用较小尺寸的压喷球，因为气体较轻且需要压喷球在井底堆积以形成较小的球间间隙来阻止气流通过。实施例3:在压喷初始井喷强烈，应使用大质量密度的压喷球，之后使用中质量密度，再之后大量小质量密度的压喷球。大质量密度球可为钢铁球或包上钢铁皮的铅球；中质量密度球可为石球或包上钢铁皮的石球；小质量密度球可为包上钢铁皮的橡胶或其它材料球。钢铁和其它对环境友好的材料可用作球皮。实施例4 尽管竖直管最好插入井较大深度，但没有必要超过井深的一半。实施例5 在压喷球回取阶段可打开生产管线和阀门增加流量以帮助浮起压喷球。该技术系统适用于解决各类井喷，但主要是石油工业领域油气井井喷事故问题。
权利要求
1.一种油气井快速压喷方法，其特征在于，用固体块来阻挡、镇压和大幅度降低井喷流量，其中所述固体块为任意形状，优选球形，即固体块优选压喷球。
2.根据权利要求1所述的油气井快速压喷方法，其特征在于，所述操作步骤为:按顺序先后向事故井中释放大质量密度、中质量密度和小质量密度的压喷球。
3.根据权利要求1所述的油气井快速压喷方法，其特征在于，不同质量密度的压喷球可用不同材料制成，如铅、铁、石和橡胶等，并且可包上由铁、钢或其它环保材料制成的壳。
4.根据权利要求1所述的油气井快速压喷方法，其特征在于，使用一个压喷球释放系统，其包含一个管路系统，一个鼓风机或泵，一个供球装置和一个挡球笼。
5.根据权利要求1和4所述的油气井快速压喷方法，其特征在于，所述管路系统的顶部部分是一个环行管路，其上连接鼓风机或泵使流体循环流动以便运送压喷球至深插入井中的竖直管中。
6.根据权利要求1和4所述的油气井快速压喷方法，其特征在于，所述挡球笼用以临时容纳在压喷初期万一被喷出的压喷球，挡球笼中的压喷球会在井喷减小后重新落入井中。
7.一种取出压喷球恢复油气生产方法，其特征在于，当油气井快速压喷后可以用泵抽以增加流量从而浮出部分压喷球恢复油气生产。
8.根据权利要求7所述的取出压喷球方法，其特征在于，使用一个管路系统、一个泵和一个储球罐来实施该方法。
全文摘要
本发明是一项快速可靠的压喷及恢复生产技术和相应的实施系统。该技术发明使用固体块来阻挡和镇压井喷以显著降低井喷流量从而赢得时间修复或更换防井喷器和其它部件并连接生产管线，然后再取出部分固体块以恢复油气井生产。这样可以最大限度地减少环境污染和保住油气井资产。尽管任何形状的固体块都可用，而球形是进行压喷和恢复油气流操作的一个优化形状，因此推荐使用压喷球。一个压喷球释放系统包一个管路系统，一个鼓风机或泵，一个供球装置和一个挡球笼。挡球笼安装在竖直管上并坐落在井喷口上以存放万一在初期被喷出的压喷球，笼中的球会在井喷流量减小后重新落入井中。一个压喷球回收并恢复生产系统包含一管路系统，泵和压喷球储罐等。
文档编号E21B33/10GK103080464SQ201180027652
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年8月18日
发明者刘现华 申请人:刘现华