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天然氣儲氣井失效及預防措施

文檔作者：何彬芮年松杜成張威文檔來源：四川省成都鼎勝科技發(fā)展有限責任公司廣東省東莞新奧燃氣有限公司 (四JI『省成都鼎勝科技發(fā)展有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月17日
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石油天然氣學報(江漢石油學院學報) 2010年8月第32卷第4期
Journal of Oil and Gas Technology(J．JPI) Aug．2010 Vo1．32 No．4
天然氣儲氣井失效及預防措施
何 彬 (四jlI省成都鼎勝科技發(fā)展有限責任公司，四JII成都61 0041)
芮年松 (廣東省東莞新奧燃氣有限公司，廣東東莞52301 2)
杜 成，張 威 (四JI『省成都鼎勝科技發(fā)展有限責任公司，四JII成都610041)
[摘要]根據(jù)CNG加氣站地下儲氣井事故分析，總結和歸納了儲氣井失效類型和主要影響因素，并從提
高建造質量、加強運行管理2方面提出了預防措施， 為降低在用儲氣井及新建儲氣井失效率，避免儲氣
井事故發(fā)生具有重要意義。
[關鍵詞]儲氣井； 失效分析；建造質量；運行管理； 技術完善
[中圖分類號]TE822 [文獻標識碼]A [文章編號]1000—9752(2010)04—0375—03
儲氣井是一種新型的天然氣地下儲存方式，具有安全性高、儲存量大、占地小、成本低、不受環(huán)境
影響等諸多優(yōu)點。目前全國范圍內儲氣井擁有量已接近5000 13， 占CNG汽車加氣站儲氣方式的80％
以上，并逐步應用到城市燃氣調峰站、工業(yè)應急儲氣庫、城鎮(zhèn)CNG儲配站等多個領域。隨著儲氣井的
快速發(fā)展，儲氣井失效及失效引起的安全問題也日益突出。因此，分析總結儲氣井失效類型和影響因
素，研究和采取相應的預防性措施十分必要。
1 儲氣井失效類型
根據(jù)四JIl、重慶、陜西、新疆、湖北等地100座CNG加氣站的調研，高壓地下儲氣井系統(tǒng)失效主
要有4種類型：
1．1 井口泄漏失效
井口泄露指地面以上套管螺紋、井口閥門、連接管件、壓力表等處發(fā)生的泄露而失效，井口泄漏失
效最為常見，也較容易發(fā)現(xiàn)和處理，一般不會發(fā)生嚴重后果。
1．2 井筒泄漏失效 。
井管泄漏發(fā)生在井下，多出現(xiàn)在套管螺紋連接處或管壁出現(xiàn)裂紋、穿孔等現(xiàn)象。儲氣井在使用中如
果不能穩(wěn)壓，又排除了井口泄漏因素后，即可判定為井管泄漏失效，一旦出現(xiàn)這種情況， 目前很難采取
有效補救措施，只有報廢。
1．3 井筒竄動失效
井筒竄動失效是固井水泥環(huán)不足以固定井筒，井筒就會隨壓力變化自由地伸長或縮短。其表現(xiàn)形式
有：① “高漲低縮”現(xiàn)象。壓力升高時，埋地井筒上冒；壓力降低時，井口恢復原位。② “上爬” 現(xiàn)
象。在使用過程中，井筒逐年慢慢“上爬”。③ “下沉”現(xiàn)象。井筒在多次伸縮變化中，水泥環(huán)被破壞，
在自重作用下井口整體下沉。④ “井下竄動”現(xiàn)象。部分儲氣井上部固井較好，而下部較差；在壓力升
高時，下部井筒就向下位移；相反，井筒上升；這種“井下竄動” 隱蔽、不易被發(fā)現(xiàn)，安全隱患大。
1．4 井筒爆裂
井筒因長期腐蝕、疲勞破壞、“氫脆” 而發(fā)生突然爆裂。如果固井質量好，爆裂后僅發(fā)生地層下的
[收稿白期]2010—06—23
[作者簡介]何彬(1 971一)，男，1992年大學畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事儲氣井方面的技術研究工作。
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石油天然氣學報(江漢石油學院學報) 2010年8月
天然氣泄露，危害較小；如果固井質量差，可能會導致爆裂部位以上的井筒拔地騰空而起，導致重大安
全事故。
2 儲氣井失效的主要影響因素
導致儲氣井失效的因素很多、也很復雜 ]，就目前的認識來看，可歸納為4點。
2．1 固井質量
儲氣井的主要優(yōu)點是將儲氣容器深埋地下，通過水泥環(huán)將大地與套管連成整體，以大地作為安全屏
障減少套管疲勞破壞、降低意外爆炸事故的危害性。因此，固井質量是儲氣井安全性的基本保障。但在
建造中，由于采用的固井技術不科學，施工管理監(jiān)督不嚴，固井質量差，導致安全隱患；固井質量差包
括：① 固井質量差，降低了井管與地層的膠結程度和摩擦力，造成井管長期頻繁地(自由)伸長和縮
短，產(chǎn)生極大的疲勞破壞，大大降低儲氣井使用壽命；② 固井質量差，環(huán)空無水泥，造成井管外壁與地
層水和地層中其他腐蝕介質直接接觸，加快套管的外壁腐蝕速度；③ 固井質量差，地層不能緊緊的固定
井管，如果井管一旦發(fā)生爆裂，裂口上部井管及井口就會沖出地面，釀成重大安全事故。
2．2 儲氣井套管選材不符合技術標準
儲氣井管材是儲氣井安全的首要保證，選材必須符合相關國家和行業(yè)標準。在CNG加氣站儲氣井
建造中，有不少使用的是日本井管或選用強度偏低的鋼級，個別的甚至使用廢舊井管。根據(jù)相關規(guī)定，
儲氣井井筒應采用符合API SPEC SCT要求、鋼級N80以上的石油專用套管 ]。
2．3 CNG加氣站天然氣氣質不符合標準
根據(jù)GB18047《車用壓縮天然氣》對壓縮天然氣的技術要求，水露點和硫化氫含量是2個最重要的
指標，這2項指標對儲氣井的安全性影響也最大，是導致井管內腐蝕及“氫脆” 主要原因。但根據(jù)加氣
站實際運行調查，有85 的加氣站含水量和45 的加氣站硫化氫濃度超標l3]。
2．4 井口設計不便于拆卸，無法實現(xiàn)定期檢測
2008年以前的大多數(shù)儲氣井井口采用螺紋連接，不能拆卸或拆卸不便，一旦拆卸就會導致封頭或
套管螺紋損壞，根本無法進行定期檢測，也無法進行維護、保養(yǎng)，存在一定的安全隱患。
3 失效預防措施
儲氣井由于高壓和介質可燃爆兩大事故因素，無論發(fā)生何種失效，都可能引發(fā)泄漏、火災、化學爆
炸和物理爆炸等安全事故。如果事故得不到有效控制，還可相互作用，相互影響，促使事故擴大蔓延甚
至產(chǎn)生巨大的沖擊波，對加氣站及周圍設備、建筑物和人體造成不同程度的危害，應嚴格控制儲氣井建
造質量、加強運行管理，以降低在用儲氣井和新建儲氣井失效率。
3．1 嚴格控制儲氣井建造質量
1)設計控制包括：① 儲氣井設計單位應當同時持有A1級和SAD壓力容器設計資格；② 儲氣井
井口裝置易于拆卸，打開通徑與井管內徑相同，便于檢驗維修；③ 應有設計圖樣和強度計算書，并加蓋
有有效的設計資格印章；④儲氣井圖樣所依據(jù)標準規(guī)范應具有符合性和有效性。
2)材質控制 壓力容器由相關設計單位按照相應的國家標準、行業(yè)標準設計，施工單位應嚴格按
照設計圖紙進行加工制造，施工期間不得任意修改各項技術參數(shù)、材料性能。包括：儲氣井主體材料
— — 套管應具有材質證明書、檢驗及試驗報告，其管徑、扣型、鋼級、厚度應與設計圖樣相符；上、下
封頭應具有材質證明書、合格證和監(jiān)檢報告，其幾何尺寸與設計圖樣應相符；水泥、密封脂、添加劑等
原材料應有質量證明文件，并符合設計圖樣要求。
3)裸眼井控制 應根據(jù)地層情況，選擇合理的鉆頭和套管組合；選擇合理的鉆具組合，控制一定
的鉆井速度，保證井眼垂直度；對漏失量較大的漏層或水層進行處理，保證井眼暢通。
完鉆后調整鉆井液性能，降低粘度和切力，使其利于被水泥漿頂替。
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第32卷第4期 何彬等：天然氣儲氣井失效及預防措施
4)保證固井質量選擇科學、成熟的“內插管正循環(huán)固井工藝”；嚴格監(jiān)控井固井用水泥漿量，保
證實際用量大于理論計算值；采用連續(xù)混配方式，并調節(jié)水灰比控制水泥漿密度波動，提高固井質量；
測定人井水泥漿以及井口返出水泥漿比重，二者相差不大于0．1。
5)控制排污管質量和下入深度 井筒內排液管應采用不銹鋼管，管徑不小于10mm，壁厚不低于
1．0mm；下人深度離井底應不超過1cm；重視排污管連接密封性，保障排液通暢、徹底。
3．2 加強儲氣井安全運行管理
1)提高天然氣氣質 內腐蝕是儲氣井失效的誘因之一，而內腐蝕的主要控制手段就是加強天然氣
氣質管理，確保天然氣氣質符合國標《車用壓縮天然氣》要求，避免水、硫化氫等雜質含量超標，避免
在井底形成積液腐蝕井底封頭以及超標的硫化氫誘發(fā)鋼管氫脆，影響高壓儲氣井的使用壽命。
2)監(jiān)控儲氣井工作壓力 CNG加氣站用儲氣井最高工作壓力不得大于25．OMPa，否則應停止向儲
氣井充氣；正常工作下的最低工作壓力不得低于12．OMPa，否則應立即用壓縮機給予補氣、增壓。
3)控制充排氣速度壓縮機初次向儲氣井充氣(壓力由OMPa上升到25MPa)和儲氣井排空(壓
力由25MPa下降到OMPa)時，應控制其壓力升、降速度不大于0．25MPa／min。正常充氣、排氣過程
中，壓縮機給儲氣井補氣過程應控制其壓力升、降速度不大于2MPa／min。
4)正確及時地排液根據(jù)儲氣井實際情況，必須定期適時排放儲氣井中的積液，初次使用的3個
月每15天排液一次，正常使用時每4～6月排液一次，具體周期根據(jù)氣質狀況和實踐經(jīng)驗確定，以保證
儲氣井中壓縮天然氣的氣質和儲氣量。
5) 日常維護保養(yǎng)每年對井口進行一次刷漆防腐，對閥件進行一次調試，保證閥開、關靈活；定
期對壓力表進行校對；每日檢查井口有無泄漏、損壞、嚴重銹蝕，并保持井口裝置清潔、干燥；檢查天
然氣壓力系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是否在設計使用壓力范圍；井管有無上冒、下沉現(xiàn)象；如有異常，應立即
整改。
[參考文獻]
[1]劉青友，朱圓圓．高壓地下儲氣井失效故障樹的建立及定性分析口]．油氣地面工程，2008，11(3)：8～l1·
[2]SY／T6535—2002，高壓地下儲氣井[s]．
[3]朱清澄，黃海波，何太碧．CNG加氣站幾個安全技術問題[J]．西華大學學報，2006，25(1)：l4～16，22．
[編輯] 蘇開科
(上接第352頁)
油層炮眼封堵技術適用于稠油注蒸汽吞吐后期，油層出砂嚴重、采出程度高、地層虧空嚴重，巖石
骨架被破壞，油層形成大孔道，這類井常采用注水泥漿封堵射孔孔眼，再進行重新射孔。
套管補貼技術是整形補貼加固工具由管柱下到預期補貼加固段位置，投棒引爆產(chǎn)生高壓氣體作用于
活塞，使活塞與活塞缸發(fā)生相對運動，產(chǎn)生強大作用力并傳到脹管，使之產(chǎn)生徑向力，使補貼加固管兩
端金屬固定裝置和密封系統(tǒng)膨脹至套管內壁，后起出工具和附件，完成補貼工藝。
2009年修井、封竄112井次，年增油1．0654×10 t，恢復可采儲量65×10 t。打更新井4口，年
產(chǎn)油0．28×10 t。
3 經(jīng)濟效益評價
2009年，對稠油熱采各類閑置井(探井、資料井、觀察井、擴邊井)、長關井、低效井、正常生產(chǎn)
井等以及所有動用和未動用的層系進行了4次全面系統(tǒng)的復查和研究，共實施低品位難采儲量綜合治理
措施(調層、補孔、防砂、堵水、打更新井、調剖堵竄、電加熱、降凝等)218井次，全年增產(chǎn)3．1755
×10 t，投入產(chǎn)出比1：1．95。新增可動用儲量51．29×10 t，恢復可采儲量65×10 t，取得了較好的經(jīng)
濟效益。

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