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天然氣儲氣井失效及預(yù)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(zé)任公司廣東省東莞新奧燃?xì)庥邢薰?(四JI『省成都鼎勝科技發(fā)展有限責(zé)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(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)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(yù)防措施
何 彬 (四jlI省成都鼎勝科技發(fā)展有限責(zé)任公司，四JII成都61 0041)
芮年松 (廣東省東莞新奧燃?xì)庥邢薰?，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(zé)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(jié)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(zhì)量、加強(qiáng)運(yùn)行管理2方面提出了預(yù)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(guān)鍵詞]儲氣井； 失效分析；建造質(zhì)量；運(yùn)行管理； 技術(shù)完善
[中圖分類號]TE822 [文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)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(yīng)用到城市燃?xì)庹{(diào)峰站、工業(yè)應(yīng)急儲氣庫、城鎮(zhèn)CNG儲配站等多個領(lǐng)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(jié)儲氣井失效類型和影響因
素，研究和采取相應(yīng)的預(yù)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(diào)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(yán)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(bǔ)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(fù)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(zhì)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(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事儲氣井方面的技術(shù)研究工作。
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石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報) 2010年8月
天然氣泄露，危害較??；如果固井質(zhì)量差，可能會導(dǎo)致爆裂部位以上的井筒拔地騰空而起，導(dǎo)致重大安
全事故。
2 儲氣井失效的主要影響因素
導(dǎo)致儲氣井失效的因素很多、也很復(fù)雜 ]，就目前的認(rèn)識來看，可歸納為4點。
2．1 固井質(zhì)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(zhì)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(shù)不科學(xué)，施工管理監(jiān)督不嚴(yán)，固井質(zhì)量差，導(dǎo)致安全隱患；固井質(zhì)量差包
括：① 固井質(zhì)量差，降低了井管與地層的膠結(jié)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(zhì)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(zhì)直接接觸，加快套管的外壁腐蝕速度；③ 固井質(zhì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)
儲氣井管材是儲氣井安全的首要保證，選材必須符合相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)度偏低的鋼級，個別的甚至使用廢舊井管。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，
儲氣井井筒應(yīng)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(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)GB18047《車用壓縮天然氣》對壓縮天然氣的技術(shù)要求，水露點和硫化氫含量是2個最重要的
指標(biāo)，這2項指標(biāo)對儲氣井的安全性影響也最大，是導(dǎo)致井管內(nèi)腐蝕及“氫脆” 主要原因。但根據(jù)加氣
站實際運(yùn)行調(diào)查，有85 的加氣站含水量和45 的加氣站硫化氫濃度超標(biāo)l3]。
2．4 井口設(shè)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(dǎo)致封頭或
套管螺紋損壞，根本無法進(jìn)行定期檢測，也無法進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，存在一定的安全隱患。
3 失效預(yù)防措施
儲氣井由于高壓和介質(zhì)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(zāi)、化學(xué)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(kuò)大蔓延甚
至產(chǎn)生巨大的沖擊波，對加氣站及周圍設(shè)備、建筑物和人體造成不同程度的危害，應(yīng)嚴(yán)格控制儲氣井建
造質(zhì)量、加強(qiáng)運(yùn)行管理，以降低在用儲氣井和新建儲氣井失效率。
3．1 嚴(yán)格控制儲氣井建造質(zhì)量
1)設(shè)計控制包括：① 儲氣井設(shè)計單位應(yīng)當(dāng)同時持有A1級和SAD壓力容器設(shè)計資格；② 儲氣井
井口裝置易于拆卸，打開通徑與井管內(nèi)徑相同，便于檢驗維修；③ 應(yīng)有設(shè)計圖樣和強(qiáng)度計算書，并加蓋
有有效的設(shè)計資格印章；④儲氣井圖樣所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)具有符合性和有效性。
2)材質(zhì)控制 壓力容器由相關(guān)設(shè)計單位按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按
照設(shè)計圖紙進(jìn)行加工制造，施工期間不得任意修改各項技術(shù)參數(shù)、材料性能。包括：儲氣井主體材料
— — 套管應(yīng)具有材質(zhì)證明書、檢驗及試驗報告，其管徑、扣型、鋼級、厚度應(yīng)與設(shè)計圖樣相符；上、下
封頭應(yīng)具有材質(zhì)證明書、合格證和監(jiān)檢報告，其幾何尺寸與設(shè)計圖樣應(yīng)相符；水泥、密封脂、添加劑等
原材料應(yīng)有質(zhì)量證明文件，并符合設(shè)計圖樣要求。
3)裸眼井控制 應(yīng)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(jìn)行處理，保證井眼暢通。
完鉆后調(diào)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(yù)防措施
4)保證固井質(zhì)量選擇科學(xué)、成熟的“內(nèi)插管正循環(huán)固井工藝”；嚴(yán)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(diào)節(jié)水灰比控制水泥漿密度波動，提高固井質(zhì)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(zhì)量和下入深度 井筒內(nèi)排液管應(yīng)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(yīng)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(qiáng)儲氣井安全運(yùn)行管理
1)提高天然氣氣質(zhì) 內(nèi)腐蝕是儲氣井失效的誘因之一，而內(nèi)腐蝕的主要控制手段就是加強(qiáng)天然氣
氣質(zhì)管理，確保天然氣氣質(zhì)符合國標(biāo)《車用壓縮天然氣》要求，避免水、硫化氫等雜質(zhì)含量超標(biāo)，避免
在井底形成積液腐蝕井底封頭以及超標(biāo)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(yīng)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(yīng)立即用壓縮機(jī)給予補(bǔ)氣、增壓。
3)控制充排氣速度壓縮機(jī)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(yīng)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(jī)給儲氣井補(bǔ)氣過程應(yīng)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(zhì)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(zhì)和儲氣量。
5) 日常維護(hù)保養(yǎng)每年對井口進(jìn)行一次刷漆防腐，對閥件進(jìn)行一次調(diào)試，保證閥開、關(guān)靈活；定
期對壓力表進(jìn)行校對；每日檢查井口有無泄漏、損壞、嚴(yán)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(shè)計使用壓力范圍；井管有無上冒、下沉現(xiàn)象；如有異常，應(yīng)立即
整改。
[參考文獻(xiàn)]
[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(shù)問題[J]．西華大學(xué)學(xué)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(shù)適用于稠油注蒸汽吞吐后期，油層出砂嚴(yán)重、采出程度高、地層虧空嚴(yán)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(jìn)行重新射孔。
套管補(bǔ)貼技術(shù)是整形補(bǔ)貼加固工具由管柱下到預(yù)期補(bǔ)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(yùn)動，產(chǎn)生強(qiáng)大作用力并傳到脹管，使之產(chǎn)生徑向力，使補(bǔ)貼加固管兩
端金屬固定裝置和密封系統(tǒng)膨脹至套管內(nèi)壁，后起出工具和附件，完成補(bǔ)貼工藝。
2009年修井、封竄112井次，年增油1．0654×10 t，恢復(fù)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(jì)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(kuò)邊井)、長關(guān)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(jìn)行了4次全面系統(tǒng)的復(fù)查和研究，共實施低品位難采儲量綜合治理
措施(調(diào)層、補(bǔ)孔、防砂、堵水、打更新井、調(diào)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(fù)可采儲量65×10 t，取得了較好的經(jīng)
濟(jì)效益。

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