地下储气库井完井管柱及完井方法与流程

本发明属于油气田开发工程地下储气库井建设领域，具体地，涉及一种地下储气库井完井管柱及完井方法。

背景技术：

地下储气库具有储气量大、安全系数高、火灾概率小、经济效益好、与LNG技术相比储气成本低等优点。此外，地下储气库能够协调供求关系与调峰，实施战略储备，保证供气的可靠性和连续性，且能有助于优化生产系统和输气管网的运行，对于国家安全与区域天然气使用具有极其重要的作用。

由于储气库注采井采取强采强注的作业方式，其井内天然气为双向流动，且注入、采出压力和温度不断变化，井的使用寿命不受可采储量的限制，而且须保证使用寿命30年以上，所以对完井管串的强度、密封性等提出了更高的要求。目前管柱串设计时往往考虑最大日注采速度进行设计，具有盲目性。

首先，实际配产量随社会需求、调峰需要等不断变化，储气库井管柱当前的设计方法难以做到适时应变。

其次，地下储气库的季节调峰功能决定其必须能够在短时间内承受高速、高压气体的冲蚀，尤其是安全阀位置的冲蚀问题和密封失效尤为明显。现阶段安全阀设计一般根据油管规格进行选择，然而当配产量超过预期设定，或储气库井发生泄漏事故导致注采流速过大时，安全阀位置可能发生功能性失效，甚至造成储气库井泄露、停产，甚至报废等严重事故。

另外，地下储气库井既注又采的双向作业，使得目前气井作用的单向安全阀设计不能满足储气库井作业的安全需求。尤其是注气过程中，单向安全阀的事故反应不能瞬间切断天然气的注入过程，甚至因注入气体压力过大造成安全阀失效，引发更大规模的事故。

因此，需要发明一种改进的地下储气库井完井管柱和完井工艺。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种地下储气库井完井管柱及完井方法。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

地下储气库井完井管柱，包括套管柱和油管柱，油管柱位于套管柱内，套管柱位于由地层通过钻井工艺而形成的井筒内；其中：

所述套管柱包括：水泥环和套管，套管通过水泥环与井筒周围地层连接；

所述油管柱位于套管内，油管柱由井下工具连接装配而成；所述井下工具，包括：油管挂、配长短节、上流动接头、上安全阀、中流动接头、下安全阀、下流动接头、气密封油管、循环滑套、上部油管、封隔器、磨铣延伸筒、下部油管、坐落接头、筛管、引鞋；引鞋、下部油管、筛管、下部油管、坐落接头、下部油管、磨铣延伸筒、下部油管、封隔器、上部油管、循环滑套、上部油管、气密封油管、下流动接头、上部油管、下安全阀、上部油管、中流动接头、上部油管、上安全阀、上部油管、上流动接头、上部油管、配长短节、上部油管、油管挂自下而上装配，上述井下工具间通过变扣短节连接。

优选地，所述上安全阀采用自平衡井下安全阀，所述下安全阀采用自平衡井下安全阀，上安全阀可从地面控制开启或关闭。

上述地下储气库井完井方法，包括以下施工步骤：完井施工前准备，(二)完井；完井施工过程包括(1)起出酸化管柱，(2)井口及采气树试压，(3)完井管柱下入；所述(3)完井管柱下入施工过程包含井下安全阀施工过程。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：在不影响地下储气库井正常作业和配产量的前提下，创新性的设计了双向双安全阀管柱串，优化完井管柱串和井下安全阀安装方式，保证地下储气库井发生井口、井下安全事故，如爆炸、泄露、过载时，井筒、管柱和整个储气库井的损失减小到最低，提高管柱在作业工况下的稳定性，保障地下储气库井的长期安全运行。

附图说明

图1是地下储气库井完井管柱结构示意图；

图2是地下储气库井完井管柱井下安全阀连接线路示意图；

图中：1.水泥环，10.套管，11.油管挂，12.配长短节，13.上流动接头，14.上安全阀，15.中流动接头，16.下安全阀，17.下流动接头，18.气密封油管，19.循环滑套，110.上部油管，111.封隔器，112.磨铣延伸筒，113.下部油管，114.坐落接头，115.筛管，116.引鞋；21.井筒，22.控制线路，23.压力传感器，24.数据存储器，25.压力传感器终端，26.串并联集线器，27.用户，28.计算机

具体实施方式

如图1所示，地下储气库井完井管柱，包括套管柱和油管柱，油管柱位于套管柱内，套管柱位于由地层通过钻井工艺而形成的井筒21内；其中：

所述套管柱包括：水泥环1和套管10，套管10通过水泥环1与井筒21周围地层连接。

所述油管柱位于套管10内，油管柱由井下工具连接装配而成；所述井下工具，包括：油管挂11、配长短节12、上流动接头13、上安全阀14、中流动接头15、下安全阀16、下流动接头17、气密封油管18、循环滑套19、上部油管110、封隔器111、磨铣延伸筒112、下部油管113、坐落接头114、筛管115、引鞋116；引鞋116、下部油管113、筛管115、下部油管113、坐落接头114、下部油管113、磨铣延伸筒112、下部油管113、封隔器111、上部油管110、循环滑套19、上部油管110、气密封油管18、下流动接头17、上部油管110、下安全阀16、上部油管110、中流动接头15、上部油管110、上安全阀14、上部油管110、上流动接头13、上部油管110、配长短节12、上部油管110、油管挂11自下而上装配，上述井下工具间通过变扣短节连接。

所述上安全阀14采用自平衡井下安全阀，所述下安全阀16采用自平衡井下安全阀，上安全阀可从地面控制开启或关闭。

上述地下储气库井完井方法包括以下施工步骤：

(一)完井施工前准备，(二)完井；

完井施工前准备施工过程采用目前行业内通用的施工方法，可参考行业规范；

完井施工过程包括(1)起出酸化管柱，(2)井口及采气树试压，(3)完井管柱下入；上述(二)完井施工过程中的(1)起出酸化管柱施工过程、(2)井口及采气树试压施工过程采用目前行业内通用的施工方法，可参考行业规范，本发明不作具体描述；所述(3)完井管柱下入施工过程包含井下安全阀施工过程。

以下结合具体实施例对本发明涉及的地下储气库井完井方法进行描述：

(一)完井施工前准备施工过程：

(1)安装油管四通，并注塑试压。

(2)安装井控设备，做好防喷及压井工作。优选的，地面高压管线水密封试压值至少大于预计施工压力的1.2倍。

(3)替换泥浆。下外加厚油管底带喇叭口，清水顶替井筒内泥浆。

(4)通井。下外加厚油管底带通井规，通井至人工井底，并探人工井底。

(5)刮削套管。下外加厚油管底带刮削器在封隔器附近位置井段反复刮削三次，直至无遇阻现象。

(6)洗井。用清水大排量反洗井，进出口液性一致。

(7)试压。优选的，井筒试压20MPa，满足30min压降小于0.5MPa为合格，然后钻盲板、二次洗井、射孔。

(8)安装带压作业设备。

(9)酸化。

(二)完井施工过程：

(1)起出酸化管柱。

(2)井口及采气树试压。

(3)完井管柱下入。

(三)完井管柱下入施工过程：

(1)检查所有工具的外观是否完好，对上安全阀14和下安全阀16进行现场压力测试，检查封隔器111的坐封销钉数量是否准确。

(2)下入引鞋116+坐落接头114+筛管115工具串。

(3)下入气密封油管18。

(4)下入坐落接头114。

(5)下入气密封油管18。

(6)下入封隔器总成：磨铣延伸筒112+封隔器111工具串。优选的，下入时扶正工具串缓慢下放入井，发现遇阻立即刹住，上提1-2米，遇阻不得超过2吨。优选的，封隔器111下入后要控制纯下钻速度40-60秒每根油管。

(7)下入气密封油管18。

(8)下入循环滑套19。循环滑套19吊上钻头时防止磕碰，下入时撕掉过流孔的保护膜，与气密封油管18连接时引扣。

(9)下入气密封油管18。

(10)下入上部油管110。

(11)下入安全阀总成：上流动接头13+上安全阀14+中流动接头15+下安全阀16+下流动接头17工具串。

(12)下入气密封油管18。

(13)管柱下到预定位置之前1根油管长度位置时，进行电测校深，复核管柱数据，调整配长短节12准确确定封隔器111坐封位置。

(14)优选的，坐放油管挂11验证油管密封性。在滑套上投堵塞器，泵车打压35MPa，保持15min，压降小于0.5MPa为合格。

(15)坐封封隔器111。在坐落接头114上投堵塞器，逐级打压坐封封隔器111。优选的，打压10MPa保持10min，20MPa保持10min，30MPa保持10min，40MPa保持10min，50MPa保持10min，60MPa保持10min。坐封完毕后缓慢泄压。

(16)检验井口密封性。关闭上安全阀14和下安全阀16观察油套压是否有变化，如果有压力则缓慢泄压至零，待油套压全部为零后保持30分钟，油套压不再有变化时拆压井作业设备、防喷器，安装采气树。

(17)检验封隔器111密封性。优选的，打开上安全阀14和下安全阀16，环空内打压10MPa保持10分钟，压降小于0.5MPa为合格，验证完毕后打捞堵塞器。

(18)注入环空保护液。

(19)完井完成。

(四)完井管柱安全阀施工过程：

(1)上安全阀14、下安全阀16地面开关测试。手压泵内加上液压油，油量为手压泵容积2/3。将控制线路22放到上安全阀14、下安全阀16接口位置，用手压泵排油注入安全阀活塞内，排出活塞内空气，连接控制线路22到上安全阀14和下安全阀16上，进行缓慢打压。确认上安全阀14和下安全阀16均能正常开启后进行泄压操作。卸开手压泵。

(2)下流动接头17、下安全阀16上扣。下安全阀16按GB/T 28259-2012装配，设置采气方向为其工作工况。

(3)下安全阀16连接至油管柱，预留控制线路22的接口。

(4)上流动接头13、上安全阀14上扣。上安全阀14按GB/T 28259-2012装配，设置注气工况为其工作工况，在上安全阀14底部安装串并联集线器26，预留控制线路22的接口。

(5)上安全阀14连接至油管柱，并使用控制线路将上安全阀14接口与步骤(3)所述控制线路22的接口连接。

(6)下放油管柱，并连接上安全阀14接口与控制线路22。

(7)连接手压泵和压力表到控制线路22，手压泵加液压油，油量为手压泵容积3/4。将控制线路22放到下安全阀16接口位置，利用手压泵排出下安全阀16内空气，连接控制线路22到下安全阀16，连接步骤(6)所述控制线路22到串并联集线器26。

(8)第一次试压。优选的，根据地下储气库井最大采气运行压力确定试压压力，控制稳压20分钟，压降不大于0.8MPaPa为合格。

(9)泄掉手压泵压力使下安全阀16内压力至环境压力。

(10)将控制线路22放到上安全阀14接口位置，利用手压泵排出上安全阀14内空气。将控制线路22与串并联集线器26的预留接口连接。

(11)第二次试压。优选的，根据地下储气库井最大注气运行压力确定试压压力，控制稳压20分钟，压降不大于0.8MPa为合格。

(12)下放上安全阀14和下安全阀16到指定井深位置。优选的，试压合格后泄手压泵压力至30MPa，保持开启状态下放安全阀，控制线路22随油管同时下放，并在每个油管结箍位置设置控制线路22保护器。

(13)控制线路22穿越油管挂11。油管挂11连接到油管柱后手压泵泄压至零。油管挂11下部穿越孔密封接头穿到控制线路22上，保持控制线路22长直状态，将控制线路22穿越油管挂11，将油管挂11上部穿越孔密封接头穿到控制线路22上，拧紧密封接头。

(14)控制线路22穿越采气树。将控制线路22从采油树穿越孔穿出，连接采油树与控制线路22的配套接头。优选的，对上述配套接头进行试压，试验压力与安装前井口试验压力相同，稳压20分钟，压降不大于0.8MPa为合格，泄压。

(15)控制线路22连接至地面控制系统的计算机28。地下储气库井测试期间，连接地面控制线路22到采油树针阀；地下储气库井生产期间，地面控制线路22连接到地面控制计算机28。

(16)通过上述施工过程，所述油管柱实现以下功能：上安全阀14与下安全阀16采用控制线路22连接，控制线路22连接到串并联集线器26，压力传感器23测量上安全阀14与上部油管110的接头、以及下安全阀16与上部油管110的接头处的压力数据，压力数据由数据存储器24记录，然后由压力传感器终端25上传至地面计算机28。用户27通过计算机28控制串并联集线器26进行采气、注气工况的切换。

(17)通过上述施工过程，上安全阀14和下安全阀16实现双向串联安装。井下安全阀在注气和采气工况下均能及时反应，封堵油管柱内气体使之不能向上或向下喷发。当采气作业发生井下、井口事故时，下安全阀16启动应急反应，使待采天然气得到密封，保证井筒安全；当注气作业发生井下、井口事故时，上安全阀14与下安全阀16同时启动应急反应，在上安全阀和下安全阀之间形成封闭段，保证已注天然气和正在注入的天然气迅速隔离，保护管柱结构完整，保证井筒安全。

优选的，本发明用于地下储气库井的注气、采气工况。但本发明不限于仅应用于地下储气库井，凡具有注气、采气功能的气井均可应用。

以上所述实施例仅用于说明本发明，并非用以限定本发明的应用范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的结构、连接方式等变化与修改，均应属于本发明保护的范围。