一种气井油套环空安全管控装置及其管控方法技术领域
本发明涉及一种气井油套环空安全管控装置及其管控方法，属于油气井安全技术领域。
背景技术
随着石油天然气工业的发展，天然气井生产大都面临高温、高压或高含腐蚀性气体的井下环境。国内外气井油套环空、技管环空等环空异常带压现象逐渐增多，环空带压(SCP)是指井口处的环空压力经过卸压后又重新恢复到卸压前压力水平的现象。油气井都是由很多层套管组成的，构成若干个环形空间。根据环空所处位置不同，可以将环空由内到外依次表示为A环空、B环空、C环空。A环空表示油管和生产套管之间的环空，B环空表示生产套管和与之相邻的上一层中间套管之间的环空，之后往上按字母顺序依次表示每层套管和与之相邻的上一层套管之间的环空。气井环空带压产生的主要原因有：温度导致环空流体热膨胀诱发的环空带压、井下作业施加的环空带压、环空窜流诱发的环空带压以及密封失效导致的环空带压。气井环空带压影响井筒完整性，严重危及井筒本质安全，是全世界石油工业界面临的共同难题和安全问题。
目前，保护气井油套环空、减少环空带压发生的主要技术措施向油套环空中加注环空保护液，它具有杀菌、除垢、缓蚀的作用，同时能降低油管与环空之间的压差，减轻套管头和封隔器承受的压力。对于部分气井仍出现的环空带压情况，通常采用的手段是将环空直接放喷泄压。但这些措施还不够完善，一是缺乏环空保护液液面的监测，不能及时发现环空保护液可能存在的漏失情况和辅助井下作业；二是缺乏对环空中的环空保护液缓蚀效果及气液相介质的压力、温度等参数进行动态监测，并且无法进行取样分析，导致不能有效分析判断环空带压的原因并采取相应的措施。
针对上述问题，需要研究一种气井油套环空安全管控装置及其管控方法，解决五个问题：一是监测A环空的液面高度；二是监测油套环空中介质的压力、温度、流量；三是检测环空介质对管材的腐蚀速率；四是控制环空气体的放喷；五是是根据监测油套环空的各项监测数据，判断环空带压的原因。
发明内容
本发明目的是提供一种气井油套环空安全管控装置及其管控方法，用于监测油套环空中的气液相介质压力、温度、流量、对金属的腐蚀情况及控制油套异常环空带压。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种气井油套环空安全管控装置，主要包括套管头(23)、采油树(24)、金属腐蚀检测装置(35)、气液分离装置(37)、排气管线(39)、排液管线(40)、放喷点火管线(48)、气体取样器(50)、液体取样器(46)、污水罐(53)、气体流量计(41)。所述的采油树(24)上A环空泄压管线(58)一端通过采油树(24)上7#闸阀(10)、8#闸阀(11)与井筒装置(59)中A环空(63)连通，所述的套管头(23)上B环空泄压管线(18)一端与套管头(23)上9#闸阀(15)、10#闸阀(17)与井筒装置(59)中B环空(64)连通，所述的套管头(23)上C环空泄压管线(22)一端与套管头(23)上11#闸阀(19)、12#闸阀(21)与井筒装置(59)中C环空(65)连通；所述的采油树(24)上环空液面监测仪(14)一端与采油树(24)上1#截止阀(13)、1#压力传感器(12)有相接，1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)、气体流量计(41)、A环空液面监测仪(14)的信号电缆汇集于数据终端处理器(67)；A环空泄压管线(58)的另一端与B环空泄压管线(18)、C环空泄压管线(22)的另一端汇集后通过腐蚀检测单元(61)中4#截止阀(34)与金属腐蚀检测装置(35)相连，金属腐蚀检测装置(35)通过环空介质取样单元(62)中1#调节阀(36)与气液分离装置(37)相连，气液分离装置(37)顶部接有排气管线(39)，排气管线(39)上设有7#截止阀(43)、气体流量计(41)、1#温度表(47)、5#压力表(49)、9#截止阀(51)、气体取样口(50)，排气管线(39)通过放喷点火装单元(60)中21#闸阀(55)与放喷管线(48)相连；环空介质取样单元(62)中气液分离器(37)底部接有排液管线(40)，排液管线(40)上设有6#截止阀(42)、4#压力表(44)、8#截止阀(45)、液体取样器(46)，排液管线(40)通过20#闸阀(52)与污水罐(53)相连；污水罐(53)上设有液位计(54)；放喷管线(48)通过5#截止阀(38)与采气树(24)上3#截止阀(33)相连。
本发明涉及的气井油套环空安全管控装置的操作方法包括以下步骤：
1、常开套管头(23)上7#闸阀(10)、9#闸阀(15)、11#闸阀(19)；
2、启动1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)，每隔1min采集1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)发出的压力信号，并记录相应的A环空(63)压力数值、B环空(64)压力数值、C环空(65)压力数值；
3、打开套管头(23)上1#截止阀(13)；
4、启动A环空液面监测仪(14)，监测A环空(63)液面深度，在终端处理器中每隔15min采集并记录A环空(63)液面深度；
5、关闭A环空液面监测仪(14)，关闭1#截止阀(13)；
6、打开8#闸阀(11)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
7、打开1#调节阀(34)，使环空介质通过金属腐蚀检测装置(40)；
8、打开5#截止阀(36)，使环空介质通过气液分离装置(37)；
9、打开7#截止阀(43)和9#截止阀(51)，取出1—5L环空气相介质后，关闭9#截止阀(51)；
10、打开6#截止阀(42)和8#截止阀(45)，取出0.5—1L环空液相介后，关闭8#截止阀(45)；
11、打开21#闸阀(55)、22#闸阀(56)，气体进入放喷点火装置(57)放喷点火；
12、液体取样结束后，打开20#闸阀(52)，液体进入污水罐(53)；
13、每隔30s采集气体流量计(41)的数据，并记录相应的气体介质流量；
14、读取4#压力表(44)，每隔1h记录液相介质压力；
15、读取1#温度表(47)、5#压力表(49)，每隔1h记录气相介质温度、压力；
16、A环空(63)压力数值降低50％后关闭8#闸阀(11)；
17、1#压力传感器(12)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、1#调节阀(36)、6#截止阀(42)、8#闸阀(11)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
18、确认井场放喷完毕后，关闭21#闸阀(55)、22#闸阀(56)；
19、打开10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
20、重复步骤7至15；
21、B环空(64)压力数值降低50％后关闭10#闸阀(17)；
22、2#压力传感器(16)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、5#截止阀(36)、6#截止阀(42)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
23、重复步骤18；
24、打开12#闸阀(21)；
25、重复步骤7至15；
26、C环空(65)压力数值降低50％后关闭12#闸阀(21)；
27、3#压力传感器(19)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、5#截止阀(36)、6#截止阀(42)、12#闸阀(21)；
28、重复步骤18。
本发明的有益效果为：
(1)该装置同时监测A环空(63)、B环空(64)、C环空(65)的压力情况；
(2)该装置监测环空介质对井筒管材的腐蚀情况；
(3)该装置可以对环空中的气液相介质进行分离，并分别进行取样，通过分析气液相介质的性质实现对气井环空安全状况的进一步评价；
(4)分离后的气体通往放喷管线点火放喷，分离后的液体收集进入污水灌，不会对环境造成污染；
(5)根据监测油套环空的各项监测数据，判断环空带压的原因；
(6)形成一套独立、安全的管路系统，能够精确的监测气井环空各项参数，操作过程简单方便，不影响气井的其他作业。
附图说明
图1是气井油套环空管控装置流程图。
图中：1、1#压力表，2、1#闸阀，3、2#闸阀，4、3#闸阀，5、2#压力表，6、4#闸阀，7、5#闸阀，8、3#压力表，9、6#闸阀，10、7#闸阀，11、8#闸阀，12、1#压力传感器，13、1#截止阀，14、环空液面监测仪，15、9#闸阀，16、2#压力表传感器，17、10#闸阀，18、B环空泄压管线，19、11#闸阀，20、3#压力表传感器，21、12#闸阀，22、C环空泄压管线，23、套管头，24、采油树，25、13#闸阀，26、14#闸阀，27、2#截止阀，28、15#闸阀，29、16#闸阀，30、17#闸阀，31、18#闸阀，32、19#闸阀，33、3#截止阀，34、4#截止阀，35、金属腐蚀检测装置，36、1#调节阀，37、气液分离装置，38、5#截止阀，39、排气管线，40、排液管线，41、气体流量计，42、6#截止阀，43、7#截止阀，44、4#压力表，45、8#截止阀，46、液体取样器，47、1#温度表，48、放喷管线，49、5#压力表，50、气体取样器，51、9#截止阀，52、20#闸阀，53、污水罐，54、液位计，55、21#闸阀，56、22#闸阀，57、放喷点火装置，58、A环空泄压管线，59、井筒装置，60、放喷点火单元，61、腐蚀检测单元，62、环空介质取样单元，63、A环空，64、B环空，65、C环空，66、井口装置单元，67、数据终端处理器。
图2是信号采集流程图。
图3是示例由渗漏引起的A环空带压。
图4是示例由井筒热膨胀引起的A环空带压。
图5是示例由A、B环空间有压力传递，相互连通。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步说明。
一种气井油套环空安全管控装置，其特征在于包括井筒单元(59)、井口装置单元(66)、腐蚀检测单元(61)、环空介质取样单元(62)、放喷点火单元(60)。所述的井筒单元(59)包括A环空(63)、B环空(64)、C环空(65)，所述的井口装置单元(66)包括套管头(23)、采油树(24)；所述的套管头(23)包括3#闸阀(4)、4#闸阀(6)、5#闸阀(7)、6#闸阀(9)、B环空泄压管线(18)、C环空泄压管线(22)、2#压力表(5)、3#压力表(8)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)，所述的采油树(24)包括闸阀(2)、闸阀(3)、闸阀(10)、闸阀(11)、A环空泄压管线(58)、截止阀(13)、A环空液面监测仪(14)、1#压力传感器(12)、13#闸阀(25)、14#闸阀(26)、15#闸阀(28)、16#闸阀(29)、17#闸阀(30)、18#闸阀(31)、19#闸阀(32)、2#截止阀(27)、3#截止阀(33)、数据终端处理器(67)。
所述的腐蚀检测单元(61)包括4#截止阀(34)、腐蚀检测装置(35)；所述的环空介质取样单元(62)包括1#调节阀(36)、7#截止阀(43)、6#截止阀(42)、8#截止阀(45)、9#截止阀(51)、20#闸阀(52)、气液分离装置(37)、排气管线(39)、排液管线(40)、流量计(41)、气体取样器(50)、液体取样器(46)、污水罐(53)、液位计(54)、5#压力表(49)、1#温度计(47)。
所述的井场放喷单元(60)包括5#截止阀(38)、22#闸阀(56)、放喷装置(57)、放喷点火管线(48)。
所述的采油树(24)上A环空泄压管线(58)一端通过采油树(24)上7#闸阀(10)、8#闸阀(11)与井筒装置(59)中A环空连通，B环空泄压管线(18)一端与套管头(23)上9#闸阀(15)、10#闸阀(17)与井筒装置(59)中B环空(64)连通，C环空泄压管线(22)一端与套管头23)上11#闸阀(19)、12#闸阀(21)与井筒装置(59)中C环空(65)连通；环空液面监测仪(14)一端与采油树(24)上1#截止阀(13)、1#压力传感器(12)有相接，A环空泄压管线(58)的另一端与B环空泄压管线(18)、C环空泄压管线(22)的另一端汇集后通过腐蚀检测单元(61)中1#调节阀(34)与金属腐蚀检测装置(35)相连，金属腐蚀检测装置(35)通过环空介质取样单元(62)中5#截止阀(36)与气液分离装置(37)相连，气液分离装置(37)顶部接有排气管线(39)，排气管线(39)上设有7#截止阀(43)、气相流量计(41)、1#温度表(47)、5#压力表(49)、9#截止阀(51)、气体取样器(50)，排气管线(39)通过井场放喷点火装单元(60)中21#闸阀(55)与放喷管线(48)相连；环空介质取样单元(62)中气液分离器(37)底部接有排液管线(40)，排液管线(40)上设有6#截止阀(42)、4#压力表(44)、8#截止阀(45)、液体取样器(46)，排液管线(40)通过20#闸阀(52)与污水罐(53)相连；污水罐(53)上设有液位计(54)；放喷管线通过5#截止阀(38)与采气树(24)上3#截止阀(33)相连；1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)、气相流量计(41)、A环空液面监测仪(14)的信号电缆汇集于数据终端处理器(67)。
本发明涉及的气井油套环空安全管控装置的操作方法包括以下步骤：
1、常开套管头(23)上7#闸阀(10)、9#闸阀(15)、11#闸阀(19)；
2、启动1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)，每隔1min采集1#压力传感器(12)、2#压力传感器(16)、3#压力传感器(20)发出的压力信号，并记录相应的A环空(63)压力数值、B环空(64)压力数值、C环空(65)压力数值；
3、打开套管头(23)上1#截止阀(13)；
4、启动A环空液面监测仪(14)，监测A环空(63)液面深度，在终端处理器中每隔15min采集并记录A环空(63)液面深度；
5、关闭A环空液面监测仪(14)，关闭1#截止阀(13)；
6、打开8#闸阀(11)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
7、打开1#调节阀(34)，使环空介质通过金属腐蚀检测装置(40)；
8、打开5#截止阀(36)，使环空介质通过气液分离装置(37)；
9、打开7#截止阀(43)和9#截止阀(51)，取出1—5L环空气相介质后，关闭9#截止阀(51)；
10、打开6#截止阀(42)和8#截止阀(45)，取出0.5—1L环空液相介后，关闭8#截止阀(45)；
11、打开21#闸阀(55)、22#闸阀(56)，气体进入井场放喷点火装置(57)放喷点火；
12、液体取样结束后，打开20#闸阀(52)，液体进入污水罐(53)；
13、每隔30s采集气体流量计(41)的数据，并记录相应的气体介质流量；
14、读取4#压力表(44)，每隔1h记录液相介质压力；
15、读取1#温度表(47)、5#压力表(49)，每隔1h记录气相介质温度、压力；
16、A环空(63)压力数值降低50％后关闭8#闸阀(11)；
17、1#压力传感器(12)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、1#调节阀(36)、6#截止阀(42)、8#闸阀(11)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
18、确认井场放喷完毕后，关闭21#闸阀(55)、22#闸阀(56)；
19、打开10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
20、重复步骤7至15；
21、B环空(64)压力数值降低50％后关闭10#闸阀(17)；
22、2#压力传感器(16)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、5#截止阀(36)、6#截止阀(42)、10#闸阀(17)、12#闸阀(21)；
23、重复步骤18；
24、打开12#闸阀(21)；
25、重复步骤7至15；
26、C环空(65)压力数值降低50％后关闭12#闸阀(21)；
27、3#压力传感器(19)采集的数据显示正常时依次关闭4#截止阀(34)、5#截止阀(36)、6#截止阀(42)、12#闸阀(21)；
28、重复步骤18；
29：以套管压力压力降低20％的时间和压力作为坐标原点，横坐标为时间，纵坐标为套管压力作图。实例如线图所示：
A：如图3所示：由渗漏引起的A环空带压。
B：如图4所示：井筒热膨胀引起的A环空带压。
C：如图5所示：A、B环空间有压力传递，相互连通。