储气库生产井环空带压现状分析及治理技术措施研究

1 储气库生产井环空带压成因机理分析

1.1 管柱相关成因

管柱作为井筒流体传输与压力隔离的核心载体，其结构完整性失效是环空带压的主要诱因之一。在储气库注采交替工况下，管柱长期承受周期性压力波动与温度变化，易引发多重失效问题。首先，管柱材质缺陷会直接导致密封性下降，如管材冶炼过程中残留的气孔、夹杂物，或加工环节产生的微裂纹，在反复应力作用下逐渐扩展，形成流体通道。其次，螺纹连接失效是高频失效形式，储气库注采过程中，管柱螺纹处承受的轴向拉力、径向压力与周向扭矩不断变化，易造成螺纹脂老化、金属密封面磨损或变形，破坏原有的密封结构，使高压流体沿螺纹间隙窜入环空。

1.2 水泥环相关成因

水泥环是保障井筒环空长期密封的关键屏障，其性能劣化或结构损伤会直接引发环空带压。一方面，水泥环力学性能不匹配易导致开裂，储气库注采过程中井筒温度与压力剧烈变化，使水泥环承受交变的拉应力、压应力与剪切应力，若水泥石弹性模量过高、韧性不足，或与套管、地层之间的界面黏结强度较低，会在应力集中处产生微裂纹，且裂纹会随注采周期不断扩展，形成贯穿性通道。另一方面，水泥环施工质量缺陷为环空窜流提供路径，固井过程中若出现水泥浆顶替效率低、井底沉砂未清理干净、套管居中度差等问题，会导致水泥环出现窜槽、空洞、界面胶结不良等缺陷，高压流体可沿这些缺陷通道在环空内窜动，形成环空带压。

1.3 工况与介质相关成因

储气库特殊的运行工况与介质特性，会通过影响井筒完整性间接诱发环空带压。从工况角度看，注采参数波动过大是重要诱因，储气库注气时压力快速升高，采气时压力急剧下降，频繁的压力交变会使管柱与水泥环产生疲劳损伤，加速密封结构失效；同时，注气过程中气体压缩放热、采气过程中气体膨胀吸热，导致井筒温度在短时间内大幅变化，引发管柱与水泥环的热胀冷缩差异，破坏界面密封性能，为流体窜流创造条件。从介质角度看，多相介质耦合作用会加剧环空带压风险，储气库介质通常为天然气、地层水与少量杂质的混合物，其中天然气的高渗透性使其易沿微小缝隙扩散，地层水中的盐分、矿物质会在环空内结晶，堵塞原有通道的同时可能产生新的应力集中，而杂质颗粒则会磨损密封面，降低管柱与水泥环的密封能力，多重因素共同作用导致环空带压问题凸显。

2 储气库生产井环空带压治理技术措施

2.1 环空带压预防技术（事前控制）

2.1.1 井筒设计优化

井筒设计需充分考虑储气库注采工况特点，提升结构抗风险能力。在管柱设计方面，应选用抗疲劳、耐腐蚀材质，优先采用镍基合金、耐腐蚀涂层钢管等材料，降低介质腐蚀与应力疲劳对管柱的影响；同时，优化管柱螺纹结构，采用金属-金属密封螺纹或特殊结构螺纹，提升螺纹连接的密封性能与抗变形能力。在井筒结构设计方面，需根据储气库地层压力、温度与介质特性，合理确定套管层数与尺寸，确保管柱与地层之间的压力匹配；此外，设计环空监测通道，在套管之间设置压力传感器与监测接口，实现对环空压力的实时监测，便于早期发现潜在风险。

2.1.2 固井工艺优化

固井工艺优化是保障水泥环密封质量的核心环节。首先，水泥浆体系优化需兼顾力学性能与稳定性，研发适用于储气库的柔性水泥浆，通过添加弹性颗粒、纤维等改性材料，降低水泥石弹性模量、提升韧性，减少温度压力变化引发的裂纹；同时，针对酸性介质环境，加入抗腐蚀剂，提高水泥环的化学稳定性。其次，固井施工工艺改进可提升水泥环胶结质量，采用旋转固井、脉冲固井等技术，提高水泥浆顶替效率，减少窜槽风险；使用套管扶正器确保套管居中，保障水泥环厚度均匀；在固井后进行声波、超声波等测井检测，评估水泥环胶结质量，对不合格区域及时采取补救措施。

2.1.3 完井与注采参数控制

完井与注采参数的科学控制，可减少工况波动对井筒完整性的影响。在完井作业中，严格控制完井液性能，避免完井液与地层流体、管柱材质发生不良反应；采用优质密封附件，如封隔器、井口装置等，确保井筒各环节密封可靠。在注采参数控制方面，制定合理的注采压力与温度曲线，避免压力、温度骤升骤降，降低交变应力对管柱与水泥环的损伤；注气时采用阶梯式升压方式，分阶段提升压力，给管柱与水泥环足够的适应时间；采气时控制压力下降速率，避免井筒内产生过大负压，减少介质窜流风险。

2.2 环空带压治理技术（事后处理）

2.2.1 低压带压治理技术（≤3MPa）

对于低压环空带压井，优先采用低成本、低风险的治理技术。环空泄压技术是常用手段，通过在井口环空接口安装泄压阀，将环空压力控制在安全范围内，同时监测泄压流体成分，判断窜流通道来源，为后续治理提供依据；该技术适用于环空压力稳定、无持续高压流体补充的场景。化学封堵技术可实现对微小窜流通道的封堵，向环空注入低黏度、高封堵性的化学堵剂，如凝胶、树脂等，堵剂在压力差作用下进入窜流通道，通过化学反应固化或膨胀，形成致密封堵层；施工时需精准计算堵剂用量与注入压力，避免堵剂进入生产管柱影响正常生产。

2.2.2 中高压带压治理技术（ >3MPa ）

中高压环空带压井风险较高，需采用高强度、高可靠性的治理技术。套管补贴技术适用于管柱腐蚀穿孔或裂纹导致的带压问题，通过向套管内下入补贴管，采用液压膨胀或爆炸膨胀方式，使补贴管与套管紧密贴合，形成新的密封层，阻断流体窜流通道；补贴管材质需与原套管匹配，且具备良好的抗腐蚀与抗疲劳性能。水泥环修复技术可解决水泥环开裂、窜槽等缺陷，采用挤水泥工艺，向环空注入高强度、高流动性的修复水泥浆，水泥浆在高压作用下进入水泥环缺陷区域，固化后恢复水泥环密封性能；对于复杂缺陷，可采用定向射孔-挤水泥联合技术，通过定向射孔精准定位缺陷位置，再注入水泥浆实现针对性修复。

2.2.3 新兴治理技术

随着技术不断发展，新型治理技术为环空带压难题提供了更多解决方案。智能封堵技术融合了监测与治理功能，采用可降解、自修复型堵剂，堵剂注入环空后可自主识别窜流通道，通过环境响应性材料实现精准封堵，同时内置传感器实时监测封堵效果，若出现封堵失效，堵剂可自动启动修复机制；该技术大幅提升了封堵的精准性与长效性。激光修复技术适用于管柱微小裂纹治理，利用高能激光束对管柱裂纹区域进行局部加热，使金属材料重新熔合，修复裂纹并形成强化层，避免裂纹扩展；该技术具有施工效率高、对管柱损伤小的优势，尤其适用于深井、复杂井的管柱修复。此外，纳米材料加固技术可提升水泥环性能，将纳米颗粒掺入修复水泥浆或直接注入水泥环缺陷区域，纳米颗粒填充水泥石孔隙，改善水泥环微观结构，提升其强度、韧性与抗腐蚀能力，延长水泥环使用寿命，从根本上减少环空带压风险。

结语

综上所述，储气库生产井环空带压成因涉及管柱、水泥环、工况与介质等多方面，需通过“ 事前预防-事后治理” 全周期防控体系应对。事前优化设计与工艺可从源头降低风险，事后差异化治理技术能精准解决带压问题，新兴技术更为难题突破提供新路径。未来需持续深化成因研究与技术创新，进一步提升环空带压防控水平，为储气库安全高效运行筑牢屏障。

参考文献

[1]刘少华.储气库生产井环空带压现状分析及治理技术措施研究[J].中国石油和化工标准与质量,2025,45(09):151-153.

[2]任海阳,姚建蓬.储气库生产井环空带压现状分析及治理技术措施研究[J].内蒙古石油化工,2022,48(08):64-67.

[3]卫思祺.苏桥储气库注采井环空带压安全评价与治理[D].中国石油大学(北京),2022.