CN209742881U - 一种储气库与天然气井环空压力检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于储气库与天然气井环空压力检测装置，涉及石油勘探开发领域。所述检测装置包括针阀、气液分离器、压力计、流量计和数据采集设备，针阀、气液分流器和流量计顺次连接，压力计位于所述针阀之前，数据采集设备分别与流量计和压力计相连；采用本检测装置及方法可以方便准确的检测井口环空压力情况，并通过分析数据得到任意储气库与天然气井A环空和B环空的环空压力和泄放流量，同时可以通过较短时间的检测，预测环空压力长期变化情况，可以有效的提高检测效率。

Description

一种储气库与天然气井环空压力检测装置

技术领域

本实用新型涉及石油勘探开发领域，尤其涉及一种储气库与天然气井环空压力检测装置。

背景技术

随着天然气市场需求的日益扩大，地下储气库建设方面的投入也逐步加强，对天然气井的开采进一步增多，同时对储气库与天然气井运行经济性和安全性兼顾的要求也越来越强烈。经过长期调研发现，储气库与天然气井受地质条件等因素的影响，容易产生环空压力。这种持续环空压力(SCP)，通常是由于油气井组件泄漏(即存在油管连接处泄漏、填料密封泄漏等，或是水泥未胶结(或胶结较差)或者水泥环损坏)，导致流体流经油气井控制隔离层而引起的。任何有压力的地层都可能引起持续环空压力(SCP)，包括含气层、含水层、浅层气区域、浅层水区域或者是由于生物因素引起。在对储气库与天然气井环空带压的管理办法上，国内外虽然已经形成了环空压力泄漏的检测方法，但在分析研判带压程度时，多为定性分析，缺乏定量描述方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种环空压力检测装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种储气库与天然气井环空压力检测装置，所述检测装置包括针阀、气液分离器、压力计、流量计和数据采集设备，所述针阀、所述气液分流器和所述流量计顺次连接，所述压力计位于所述针阀之前，所述数据采集设备分别与所述流量计和所述压力测试装置相连。

优选地，所述检测装置还包括电源和碱液桶，所述电源为数据采集设备供电，所述碱液桶连接在测试装置的尾部，用于中和尾气中的酸性气体。

优选地，所述检测装置中所述针阀和所述气液分离器之间采用高压软管线相连。

优选地，所述针阀与待测井口的开关阀之间还包括连接阀，连接阀可以根据现场井实际使用的接口进行转换连接，以保证设备可以稳定持续的检测环空压力和流量。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供了一种储气库与天然气井环空压力检测装置，采用本检测装置及方法可以方便准确的检测井口环空压力情况，并通过分析数据得到任意储气库与天然气井A环空和B环空的环空压力和泄放流量，同时可以通过较短时间的检测，预测环空压力长期变化情况，可以有效的提高检测效率。

附图说明

图1是储气库与天然气井环空压力检测装置示意图；

图2是油套环空压力问题简化模型；

图3是是管嘴流过程简化模型；

图4是环空压力预测分析模型示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供了一种用于储气库与天然气井环空压力检测装置，包括所述检测装置包括针阀、气液分离器、压力计、流量计和数据采集设备，针阀用于限制井口压力泄放过程中流入气液分离器的流量，可以通过调节针阀对流入气液分离器的流量进行控制和调节，所述气液分离器主要用于将井口泄漏出来的流体中的气体和液体分开，尽量减少井口泄漏出的液体物质对流量计的损害和测量准确度的影响，流量计主要测试井口放压过程中通过的气体流量和流速，针阀的开启程度对实时流量和流速的影响较大，对累计的流量影响较小。

所述针阀、所述气液分流器和所述流量计顺次连接，所述压力计位于所述针阀之前，所述数据采集设备分别与所述流量计和所述压力计相连。

为了收集井口泄放天然气里面含有的硫化氢等酸性有危害的气体，可以满足环保要求，所述检测装置还包括设置在测试装置尾部的碱液桶；所述电源数据采集设备正常运行提供必要的电量，电源外置方便更换。

所述检测装置中所述针阀和所述气液分离器之间采用高压软管线相连。

所述检测装置的针阀与待测井口开关阀之间还包括连接阀，连接阀可以根据现场井实际使用的接口进行转换连接，以保证设备可以稳定持续的检测环空压力和流量。

实施例2

本实施例提供一种环空压力检测方法，包括以下步骤：

S0，将储气库环空压力检测装置与井口通过连接阀进行紧密连接，校准储气库环空压力检测装置，打开储气库与天然气井环空压力检测装置电源；

S1，打开开关阀和针阀，通过数据采集设备实时采集压力检测装置和流量计的数据，得到环空压力泄放曲线、泄放流速和流量曲线；

S2，当压力表读数至0或0.1MPa左右时，完全关闭针阀；通过数据采集设备实时采集压力检测装置的数据，得到环空压力聚集曲线。

S3，分析环控压力和环空压力和泄放流量，并预测环空压力变化情况；

S31，根据是否知道环空体积判断是A环空的压力变化情况还是B环空的压力变化情况；若为A环空工况，则直接进入步骤S32，若为B环空工况，则进入步骤S33；

S32，针对环空体积已知的情况，利用压力恢复曲线确定等效漏点直径，从而确定开放泄流量和长期压力恢复曲线；

S33，针对环空体积未知的情况，首先利用完整的压力泄放曲线及部分压力恢复曲线确定环空体积，然后由环空体积结合部分压力恢复曲线确定等效漏点直径，最后根据等效漏点直径确定开放泄流量、封闭泄流量和长期压力恢复曲线。

S4，测试结束后，关闭储气库与天然气井环空压力检测装置电源，断开储气库与天然气井环空压力检测装置与井口连接。

注意的是，步骤S32具体为以下步骤：

①建立油套环空压力问题简化模型，如图2所示，a.两个连通器均为密闭容器；b.容器B内的压力变化可测；c.容器B的体积已知；

②根据测得的压力泄放曲线，选定A、B两点的时间，t_A和t_B以及对应的压力值P_A和P_B，则在Δt＝t_A-t_B的时间内，容器B内气体物质的量变化通过下式计算得到：

式中n_A——检测时间为t_A时容器B内气体的物质的量，mol；

n_B——检测时间为t_B时容器B内气体的物质的量，mol；

P_A——检测时间为t_A时容器B内气体的压力，MPa；

P_B——检测时间为t_B时容器B内气体的压力，MPa；

V——容器B的体积，m³；

Z_A——检测时间为t_A时容器B内气体的压缩系数，无量纲；

Z_B——检测时间为t_B时容器B内气体的压缩系数，无量纲；

R——理想气体常数，R＝8.314472m³·Pa/(K·mol)；

T_anu——环空内的温度，K；

Δn——容器B内气体物质的量的变化，mol；

由于连通流动可知：

式中Δn_rel——在Δt时间内流入容器B气体的物质的量，mol；

Δt——检测时间t_A和t_B之间的时间间隔，s；

q——在单位时间内，管嘴中气体的流量，m³/s；

P_sd——容器B外的压力，即标准大气压，Pa；

T_sd——容器B外的温度，即当地的气象温度，K；

根据质量守恒定律得到下式：

③在容器B上选取两个过流断面，如图3所示，设在第一过流断面(1-1)上的流体参数为p₁，u₁，t₁，ρ₁和在第二过流断面(2-2)上的流体参数为p₂，u₂，t₂，ρ₂；

对两个过流断面建立气体伯努利方程：

在第一过流断面上气体的流速为0，所以u₁＝0，设此时的压力和密度分别为p₀和ρ₀。而此时该伯努利方程化简得到下式：

以p₂与p₀的比值为未知数，则可以推出下式：

将上式进行进一步化简得到下式：

最终得到

设u₂＝C＝C_c为第二过流断面处的临界流速，且则上式化简得到下式：

式中k——气体绝热系数，对于天然气可以取1.3，无量纲；

根据伯努利方程可以求得第二过流断面处的流速u₂，进而求得该处的流量q_2-2如下式：

式中q_2-2——第二过流断面处的流量，m³/s；

A——第二过流断面处的横截面积，m²；

d_2-2——第二过流断面处的等效漏点直径，m；

上式中u₂可以用下式求得：

并且则带入常数最终计算得到下式：

当第二过流断面的流体流速达到临界流速的时候，上述流量公式可以表示为下式：

④等效漏点直径表达式：将流量表达式带入气体物质的量守恒的方程，得到下式：

如果选取的两点在到达临界点之前，则等效漏点直径为：

如果选取的两点在到达临界点之后，则等效漏点直径：

⑤已知等效漏点直径，可以得到开放泄流量、封闭泄流量和长期环空压力恢复曲线；

开放泄流量为拟合曲线初始斜率与预测时间的乘积：

封闭泄流量为流量与预测时间的乘积：

Q_c＝qt (19)

⑥采用最小二乘法，用实测的压力恢复曲线进行拟合，得到部分压力恢复曲线，并通过下式预测得到长期环空压力恢复曲线：

步骤S33具体包括以下步骤：

A,建立技套环空压力定量分析模型，如图4所示，在模型中，n₁为流入容器的气体的物质的量，n₂为流出容器的气体的物质的量，建立气体状态方程下式所示：

PV＝ZnRT (20)

式中P——气体的绝对压力，MPa；

V——气体的体积，m³；

Z——气体的压缩系数，无量纲；

n——气体的物质的量，mol；

R——理想气体常数，R＝8.314472m³·Pa/(K·mol)；

T——气体的温度，K；

在压力释放过程中，检测时间t_A和时间t_B的压力值分别为P_A和P_B，则在Δt＝t_A-t_B的时间内，流出容器的气体物质的量可以通过以下推导求得：

式中n_A——检测时间为t_A时环空内的物质的量，mol；

n_B——检测时间为t_B时环空内的物质的量，mol；

P_A——检测时间为t_A时环空内的压力，MPa；

P_B——检测时间为t_B时环空内的压力，MPa；

V₀——环空(密闭容器)体积，m³；

Z_A——检测时间为t_A时环空内气体的压缩系数，无量纲；

Z_B——检测时间为t_B时环空内气体的压缩系数，无量纲；

T_anu——环空内的温度，K；

则容器内物质的量的变化Δn如下式所示：

B,对压力释放过程，容器中气体的总量进行分析：在压力释放过程中，环空内单位时间流出的气体的物质的量v_n可以用流量计测得，因此在Δt时间内，流出环空的气体的物质的量由质量守恒可以得到下式：

式中n₁和V₀均未知。

C,将释放气体的装置关闭，环空中仅有气体的流入，此时监测环空中的压力值得到压力曲线，该曲线表征压力与时间的函数关系，记为P＝f(t)；

a.将释放气体的装置关闭，并监测Δt时间内的环空压力值，得到压力与时间的函数关系P＝f(t)，则

通过积分获得在Δt时间内流入环空中的气体的物质的量；

b.将释放气体的装置关闭，并监测一段时间内的环空压力值，得到压力与时间的函数关系P＝f(t)，在压力与时间的曲线上选取压力值为P₁时，曲线附近的微小时间dt后的压力值P₂，假定P₁与P₂之间直线的斜率为压力值为P₁的时候，压力对时间的导数，由于dt非常小，因此在分析中，不考虑Z的变化，并且认为气体流入的速度均匀且不变；

式中z——压缩系数，无量纲；

P_r——天然气的对比压力，无量纲；

P——天然气的绝对压力，Pa；

P_c——天然气的临界压力，Pa；

T_r——天然气的对比温度，无量纲；

T——天然气的绝对温度，K；

T_c——天然气的临界温度，K；

ρ_r——天然气的对比密度，无量纲；

ρ——天然气的密度，kg/m³；

ρ_a——空气的密度，kg/m³；

D,求得V₀的表达式，设

因此环空压力预测函数表达式如下式所示：

E,将模型转化为已知体积的模型进行计算分析，得到等效漏点直径、开放泄流量、封闭泄流量和长期环空压力预测模型。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种储气库与天然气井环空压力检测装置，其特征在于，所述检测装置包括针阀、气液分离器、压力计、流量计和数据采集设备，所述针阀、所述气液分流器和所述流量计顺次连接，所述压力计位于所述针阀之前，所述数据采集设备分别与所述流量计和所述压力计相连；

所述针阀与待测井口的开关阀之间还包括连接阀，连接阀可以根据现场井实际使用的接口进行转换连接，以保证设备可以稳定持续的检测环空压力和流量。

2.根据权利要求1所述的储气库与天然气井环空压力检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括电源和碱液桶，所述电源为数据采集设备供电，所述碱液桶连接在检测装置的尾部，用于中和尾气中的酸性气体。

3.根据权利要求1所述的储气库与天然气井环空压力检测装置，其特征在于，所述检测装置中所述针阀和所述气液分离器之间采用高压软管线相连。