CN111852455A - 高温高压自喷地热井压井装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压自喷地热井压井装置及方法，保证施工人员和设备的安全。该高温高压自喷地热井压井装置，包括井口法兰、吊卡、油管、单流阀、环形气囊和气管；所述吊卡、井口法兰自上而下依次空套在油管上部，吊卡与井口法兰相对固定；所述环形气囊空套在油管的井口法兰下方，与井口法兰相对固定，用于随吊卡以及井口法兰下潜地热井内；所述气管经地热井套管伸入气囊内，气管位于地热井套管内的部分与油管平行，气管位于地热井套管外的部分安装有压力检测单元和气阀。本发明还实现临时性封堵和随时封堵，保证施工人员和设备的安全；另外，还在油管径向外侧设置引流管和引流阀门，可排放溢流出来的井水。
Description
技术领域
本申请涉及一种地热井压井装置及方法。
背景技术
地热是一种新型的清洁资源和能源，它集热、矿、水为一体，在洗浴、医疗保健、供暖、发电、种植与养殖、矿泉饮用等领域有着广泛的应用。
地热井，通常指井深3500米左右的地热能或水温大于30℃的温泉水来进行发电的方法和装置，地热分高温、中温和低温三类。高于150℃，以蒸汽形式存在的，属高温地热；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，属中温地热；高于25℃、低于90℃，以温水、温热水、热水等形式存在的，属低温地热。
压井，是溢流发生后，为防止井喷，在井内重新建立一个钻井液液柱压力来平衡地层压力的工艺。
地热井与油气井不同,地热井的钻井液必须循环冷却，以防汽化，压井技术也与油井的控制技术也不同。如果井喷发生在浅水层,解决的难度更大。
对于高温高压地热井，尤其重视安全高效压井，使其在生产运行中正常进行起下泵作业，进而不影响在采暖季过程中正产供暖，以确保高效运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温高压自喷地热井压井装置及方法，保证施工人员和设备的安全。
为了实现以上发明目的，本发明提出以下方案：
一种高温高压自喷地热井压井装置，包括井口法兰、吊卡、油管和单流阀，所述油管与地热井套管同轴设置，所述单流阀安装于油管的下端；所述吊卡、井口法兰自上而下依次空套在油管上部；吊卡与井口法兰相对固定；其特殊之处在于，还包括环形气囊和气管；所述环形气囊空套在油管的井口法兰下方，与井口法兰相对固定，用于随吊卡以及井口法兰下潜地热井内；所述气管经地热井套管伸入气囊内，气管位于地热井套管内的部分与油管平行，气管位于地热井套管外的部分安装有压力检测单元和气阀。
进一步地，所述气囊分为上气囊和下气囊，依次空套在油管的井口法兰下方区域，上气囊与下气囊之间气路连通。
进一步地，所述压力检测单元和气阀整体为仪表气阀。
进一步地，还配置有高压气源，用于连接气管的上端，向气囊注入氮气。
进一步地，还包括引流管和引流阀门，所述引流管沿径向连通油管在井口法兰与气囊之间的区域，用于排放溢流出来的井水。
进一步地，所述引流管的型号为DN125，引流管与地热井套管焊接，并在焊缝位置设置有菱形加强板。
进一步地，所述吊卡设置有安全销，用于在吊装操作时锁紧吊卡以及井口法兰。
进一步地，还配置有高压泵车，用于向油管内注入隔离液以及压井液。
进一步地，所述环形气囊采用抗高压硅胶气囊，耐压等级大于15Map。
基于上述高温高压自喷地热井压井装置的压井方法，包括以下步骤：
1)在地面安装环形气囊，通过气管连接高压气源以及控制气阀、排气阀；
2)吊起吊卡在油管接箍以下位置，环形气囊通过原井口法兰放入地热井套管内，吊卡与井壁距离5cm居中；
3)打开与油管连接的控制阀门，将高压水龙带出口放于可外排放水的位置；
4)高压气源开始供气，迅速打开控制气阀，高压气体通过气管进入环形气囊内腔，环形气囊受压扩张，封闭地热井套管内环空；
5)关闭与油管连接的控制阀门；
6)关闭控制气阀，观察控制气囊回路注入氮气，观测气囊压力表压力表是否稳定，观察地热井压力表，做好记录；若气囊压力表稳定，地热井压力表压力不升高，则将地热井套管在井口法兰以下150mm位置开孔；
7)利用水泵抽出地热井套管与油管之间的积水，然后在开孔处焊接引流管，并安装引流阀门；
8)打开引流阀门，排放溢流出来的井水；
9)打开与油管连接的控制阀门，将气囊控制阀、排气阀打开，环形气囊回位，水从溢流管溢出，观察法兰位置是否溢水，若井口法兰溢水，则关闭排气阀，关闭气囊控制阀；打开气源阀，通过控制气阀向环形气囊内部充气密封，向井内灌注压井液，观察地热井压力数字表，推算能控制在井口不溢流为止；
10)通过吊卡吊出油管短节及环形气囊；
11)放好法兰垫，井口装置对正放到井口法兰上面，穿齐螺丝，井口装置法兰与井口法兰连接牢固并密封；
12)关闭引流阀门，施工完成。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
本发明通过设置环形气囊和气管，随吊卡以及井口法兰下潜地热井内，可实现临时性封堵和随时封堵，保证施工人员和设备的安全。
本发明还在油管径向外侧设置引流管和引流阀门，引流管沿径向连通油管在井口法兰与气囊之间的区域，可排放溢流出来的井水。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明的一个实施例的整体装配示意图。
附图标号：
1-仪表气阀；2-气管；3-油管；4-吊卡；5-原井口法兰；6-地面；7-井口法兰(下落位置)；8-地热井套管；9-上气囊；10-连接管；11-下气囊；12-单流阀；13-引流管；14-引流阀门。
具体实施方式
如图1、图2所示，高温高压自喷地热井压井装置，包括井口法兰7、吊卡4、油管3和单流阀12，油管3与地热井套管8同轴设置，单流阀12安装于油管3的下端；吊卡4、井口法兰7自上而下依次空套在油管3上部；吊卡4与井口法兰7相对固定；
在油管3的井口法兰7下方还空套有环形气囊；环形气囊与井口法兰7相对固定，用于随吊卡4以及井口法兰7下潜地热井内；气管2经地热井套管8伸入环形气囊内，高压气源连接在气管2的上端，向气囊注入氮气；环形气囊分为上气囊9和下气囊11，上气囊9与下气囊11之间气路连通；气管2位于地热井套管8内的部分与油管3平行，气管2位于地热井套管8外的部分安装有压力检测单元和气阀。
该高温高压自喷地热井压井装置及工艺，分为临时性封堵和随时封堵两种，临时封堵就是为了更换改造井口装置，临时使用，更换改造后取出气囊，安装潜水电泵；随时封堵是气囊安装在潜水泵下井管路上，随时可以封闭控制地热井自流，还有提高上水效率和隔绝空气对地热井氧化的作用。
可在油管径向外侧设置引流管和引流阀门，引流管沿径向连通油管3在井口法兰7与气囊之间的区域，用于排放溢流出来的井水。
基于该高温高压自喷地热井压井装置在封堵一开339.7mm井壁内径320.4mm(钢级J55、壁厚9.65mm)，更换潜水泵及改造井口装置时控制高温高压地热水避免外溢烫伤操作人员，在下潜水泵及改造井口施工时泵池内不能淹水，保证施工人员和设备的安全。
一.现场组装封井全套气囊组
1.在地面气囊外部套上339.7mm套管，连接高压气源，连接排气阀门，连接控制气阀，压力表，连结气管至气囊上端进气嘴，关闭排气阀门，打开气源阀门，打开控制气阀向气囊内部充气，气囊受内压膨胀，气囊外壁与339.7套管内壁320.4mm涨紧，密封环形空间，观测压力表，试压一阶段充气压力2Mpa，观察气囊密封情况是否正常；试压二阶段充气压力5Mpa，用小锤敲打339.7mm套管与气囊接触位置外圈听声音是否一致，一致为正常，否则先气囊泄压，查明原因再做试压；试压三阶段充气压力不低于10Mpa，关闭气源，稳压时间不低于60min，气压降小于0.5Mpa为合格，打开控制气阀，缓慢打开排气阀门，缓缓排除气囊内部气体，检查气囊回位情况是否合格。
2.气囊芯管与气囊内管之间增加一条测试通道，监测封闭后的地热井水压变化情况，为保证能发现细小的变化，采用高精度抗震数字压力表测量，发现压力增高，能及时控制气压，防止气囊上窜；测试时连接仪表、泄压阀及泄压管线到试压泵，观察通道是否畅通。
二.气囊上端连接提升油管不低于4.5m。
三.提升油管连接控制阀门及高压水龙带。
四.高压气源连接控制气管至气囊上端进气嘴，用吊车大钩挂吊环，吊起吊卡在油管接箍以下位置，油管吊卡必须穿好安全销，气囊通过井口法兰放入地热井一开339.7mm套管内，吊卡与井壁距离5cm左右居中。
五.准备工作就绪，打开与油管连接的控制阀门，将高压水龙带出口放于可外排放水的位置。
六.高压气源开始供气，迅速打开控制气阀，高压气体快速进入气管，进入气囊内腔，气囊受压扩张，封闭320.4mm套管内环空。
七.关闭与油管连接的控制阀门。
八.关闭控制气阀，观察控制气囊回路注入氮气，观测气囊压力表压力表是否稳定，观察地热井压力表，做好记录；若气囊压力表稳定，地热井压力表压力不升高，方可将一开339.7mm套管在井口法兰以下150mm位置和去掉长度以下两处画标注线，用等离子切割工具割开，再将切除的套管对面垂直切开，便于取出切除的一开套管。
九.用专用水泵抽出一开339.7mm套管与油管之间环空内积水，在设计位置焊接DN125引流管，安装引流阀门，必要时池底加深安装水泵准备排水。
十.焊接井口法兰连接150mm旁通管与一开339.7mm套管，对齐焊接牢固，承压要求10Mpa以上，并在焊缝位置均布焊接四块长120mm宽60mm的菱形加强板，加强焊口机械强度。
十一.打开引流管阀门，排放溢流出来的井水。
十二.打开与油管连接的控制阀门，将气囊控制阀打开，排气阀打开，气囊回位，水从溢流管溢出，观察法兰位置是否溢水，如井口法兰溢水，关闭排气阀，关闭气囊控制阀，打开气源阀，通过控制气阀向气囊内部充气密封，向井内灌注压井液，观察地热井压力数字表，推算能控制在井口不溢流为止。以上四个气阀一般分别设置于井口气管处、上气囊处、中心管处、下气囊处。
十三.吊车大钩吊油管吊卡吊出油管短节及全套气囊。
十四.放好法兰垫，井口装置对正放到井口法兰上面，穿齐螺丝，井口装置法兰与井口法兰连接牢固并密封不漏水。
十五.关闭引流阀门，施工完成。
十六.安全防范预案
1.12Mpa气源必须一备一用，另外准备15Mpa以上泵车一台，预备在地热井压力增大气源控制不住时，用泵车控制气囊。
2.气囊地面试压时，试压套管两端绝对不允许有人滞留和通过。
3.现场用电不低于两级漏电保护。
4.吊装时吊车臂正面不允许有人操作
5.随时监测封闭气囊后的地热井水压力变化，发现压力增高，及时控制气压，必要时用试压泵打压，防止气囊上窜。
十七.具体施工流程
1.拆除原有全套热水潜水电泵。
2.组装封井全套气囊组，在地面气囊外部一开339.7mm套管试压，气囊试压压力不低于10Mpa。
3.下气囊11下端出液口按设计要求连接加重钻具和单流阀12。
4.上气囊9上端连接上部，油管短节长度3m左右，连接仪表气阀1，气管2至气囊上端进气嘴，用吊车大钩挂吊环，吊起吊卡4在气囊顶部，油管接箍以下位置，油管吊卡4应穿好安全销，气囊通过井口法兰放入地热井339.7mm一开套管内。
5.连接高压空气压缩机，空压机通过仪表气阀1，气管2将高压空气送先进入上气囊9再经连接管进入11下气囊内部，使两气囊受压扩张，封闭339.7mm一开套管内环空。
6.关闭气阀，观察仪表是否稳定，如稳定卸掉气阀与高压空气输入连接管处接头，将339.7mm一开套管在需要位置用等离子等切割工具割开。
7.吊车大钩下放，摘掉油管吊卡4，取出割掉339.7mm一开套管及原井口法兰5。具体操作是，先给上气囊打压观测井口压力，若压力为0则开始切割上气囊处1米井管，若压力不归0则打压至下气囊二次封隔，观测压力归0后再切割井管。
8.套入339.7mm一开套管及井口法兰7，吊车大钩吊4油管吊卡吊住油管短节，用水平尺找平法兰，焊接到339.7mm一开套管顶部。
9.先用高压泵车打入50m3低温隔离液，观察泵压力是否降低。
10.再用搅拌罐搅拌饱和盐水溶液准备压井(尽可能用自来水)，用250型高压泵将搅拌好的溶液从搅拌罐经高压管线至油管短节头压入井下，泵车压力表显示零为止，注入5m3隔离液(清水或冰粒)。
11.吊车吊住吊卡，仪器气阀1放掉气囊内高压空气，观察井口是否还有液体流出，如还有液体流出继续注高压空气封闭339.7mm一开套管内环空继续压井，则可以提出气囊组。
12.安装全套潜水泵及井口装置，水泵弯头下面法兰垫垫子与井口法兰连接，开泵试井。
材料说明：88.9mm油管(钢级H-40壁厚7.34mm内径76mm通径71.04mm内压屈服强度39.9MPa接头连接屈服强度412KN)；气囊材质为抗高压硅胶材质，耐压等级大于15Map。
Claims (10)
1.高温高压自喷地热井压井装置，包括井口法兰(7)、吊卡(4)、油管(3)和单流阀(12)，所述油管(3)与地热井套管(8)同轴设置，所述单流阀(12)安装于油管(3)的下端；所述吊卡(4)、井口法兰(7)自上而下依次空套在油管(3)上部；吊卡(4)与井口法兰(7)相对固定；
其特征在于，还包括环形气囊和气管(2)；所述环形气囊空套在油管(3)的井口法兰(7)下方，与井口法兰(7)相对固定，用于随吊卡(4)以及井口法兰(7)下潜地热井内；所述气管(2)经地热井套管(8)伸入气囊内，气管(2)位于地热井套管(8)内的部分与油管(3)平行，气管(2)位于地热井套管(8)外的部分安装有压力检测单元和气阀。
2.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，所述气囊分为上气囊(9)和下气囊(11)，依次空套在油管(3)的井口法兰(7)下方区域，上气囊(9)与下气囊(11)之间气路连通。
3.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，所述压力检测单元和气阀整体为仪表气阀。
4.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，还配置有高压气源，用于连接气管(2)的上端，向气囊注入氮气。
5.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，还包括引流管和引流阀门，所述引流管沿径向连通油管(3)在井口法兰(7)与气囊之间的区域，用于排放溢流出来的井水。
6.根据权利要求5所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，所述引流管的型号为DN125，引流管与地热井套管焊接，并在焊缝位置设置有菱形加强板。
7.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，所述吊卡(4)设置有安全销，用于在吊装操作时锁紧吊卡(4)以及井口法兰(7)。
8.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，还配置有高压泵车，用于向油管(3)内注入隔离液以及压井液。
9.根据权利要求1所述的高温高压自喷地热井压井装置，其特征在于，所述环形气囊采用抗高压硅胶气囊，耐压等级大于15Map。
10.基于权利要求1所述高温高压自喷地热井压井装置的压井方法，包括以下步骤：
1)在地面安装环形气囊，通过气管连接高压气源以及控制气阀、排气阀；
2)吊起吊卡在油管接箍以下位置，环形气囊通过原井口法兰放入地热井套管内，吊卡与井壁距离5cm居中；
3)打开与油管连接的控制阀门，将高压水龙带出口放于可外排放水的位置；
4)高压气源开始供气，迅速打开控制气阀，高压气体通过气管进入环形气囊内腔，环形气囊受压扩张，封闭地热井套管内环空；
5)关闭与油管连接的控制阀门；
6)关闭控制气阀，观察控制气囊回路注入氮气，观测气囊压力表压力表是否稳定，观察地热井压力表，做好记录；若气囊压力表稳定，地热井压力表压力不升高，则将地热井套管在井口法兰以下150mm位置开孔；
7)利用水泵抽出地热井套管与油管之间的积水，然后在开孔处焊接引流管，并安装引流阀门；
8)打开引流阀门，排放溢流出来的井水；
9)打开与油管连接的控制阀门，将气囊控制阀、排气阀打开，环形气囊回位，水从溢流管溢出，观察法兰位置是否溢水，若井口法兰溢水，则关闭排气阀，关闭气囊控制阀；打开气源阀，通过控制气阀向环形气囊内部充气密封，向井内灌注压井液，观察地热井压力数字表，推算能控制在井口不溢流为止；
10)通过吊卡吊出油管短节及环形气囊；
11)放好法兰垫，井口装置对正放到井口法兰上面，穿齐螺丝，井口装置法兰与井口法兰连接牢固并密封；
12)关闭引流阀门，施工完成。
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