CNG加气站地下储气井改造方案优化分析

CNG加气站地下储气井改造方案优化分析

摘要：介绍了当前CNG加气站地下储气井的改造过程，并就现有的改造方案、工艺进行了分析，结果认为使用机械切割工艺拆卸井口封头和在接箍处安装固井装置的方案为最优。

关键词：CNG加气站 地下储气井 改造 优化分析

加气站的储气方案一般在“DOT储气瓶组(Department of Transportation美国运输部)储气瓶组”、“ASME容器单元ASME (American Society of Mechanical Engineer美国机械工程师协会)”、“地下储气井”这三种中选用。经过过多年实践，社会各界普遍认为“地下储气井”储气方案具有占地面积很小、有利于站场平面布置、使用年限长、维修费用低、防雷防静电可靠、更安全的优点，所以大多数加气站采用“地下储气井”储气方案。

虽然“地下储气井”与其他储气方案相比有诸多优点，但在使用中存在 “探伤”和“内窥”不易检测，不能及时发现制造缺陷；排污不彻底，易对套管造成应力腐蚀；固井质量不好，易发生“冒管”、“球形阀冲开”等恶性事故的缺点。在《高压气地下储气井》SY/T6535-2002中明确规定储气井井口装置的密封结构应该是钢圈法兰盘联接方式，实际上2006年以前所有承建高压气地下储气井的单位均没有按照该标准执行。为了确保加气站地下储气井安全性能，

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2008年国家质量技术监督局与北京特种设备检测中心一起发布了《关于加强地下储气井安全监察工作的通知》，推广四川南充储气井安全工作试点经验。按通知精神，四川省技术监督局在2010年开展了在用储气井安全隐患专项整治工作，并要求在

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2008年10月31日前建造的储气井，且在2010年年底前使用满三年的在用储气井必须完成改造和检测。

近年来我公司加气站数量与日俱增，为适应发展需要，加气站生产工艺也较多样，我公司标准站、子站在数量上平分秋色，并且一部分的加气站在工艺流程上，采用了“地下储气井”储气方案，所以我们的地下储气井也即将开始改造和检测工作。目前地下储气井的改造工艺在国内存在多种争议，焦点是在切割工艺和固井技术上，选择怎样的改造方案，对每一个管理人员来说，无疑是一个新的值得深入学习的课题。现对地下储气井改造方案做出以下优化分析，望各位同行可以有所借鉴。

一、储气井基本结构和工艺参数

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螺纹式井口结构 钢圈法兰盘联接

地下储气井主要由井口装置、井底封头、井筒组成（为使井内气体随时保持干燥，还需设排液管）。其主要性能参数如下：直径一般为177.8mm～273.1mm，套管钢级应为TP80CQJ，一般选用N80级油气田开采上用的石油套管,额定工作压力25MPa,疲劳循环次数不少于2.5×104次。

改造后井口简图 储气井结构

二、改造施工流程

1.现场勘查、测量确定改造初步改造方案； 2.改造方案经四川省技术监督局审核通过； 3.设备、人员、配件、材料准备； 4.停止加气；

5.卸井口配件取排液管，注水排气；

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6.强度试压（锅检、用户、施工三方在场）；

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注：若试压发现存在井下泄漏，储气井井口装置改造停止，需重新测井、打井、固井；

7.卸井口封头；

8.井下检测（中国特检院）；

注：可改造完后再通知中国特检院进行检测工作； 9.地面加固； 10.安装新井口； 11.强度试压；

12.安装井口配件连接管线；

13.排液吹扫、气密性试压、交付使用。 三、改造方案优化分析 1.井口封头拆卸工艺优选

在施工步骤中第七步，拆卸井口封头存在两种方式：一是电加热拆卸工艺；二是机械拆卸工艺（直接拆卸或是切割拆卸）。机械切割拆卸是较好的方案。

电加热工艺在卸井口工作的应用：使用电加热带加热井口封头地面部分70%左右，套管接箍处受热膨胀后，旋转卸下井口装置。

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机械拆卸工艺在卸井口工作的应用：直接拆卸法使用管钳直接旋转井口装置，取下井口装置；切割拆卸法将接箍处外部纵向切割，留余量20微米到30微米（不切割穿）径向切掉上部井口封头，其余部分接箍在接口处用工具撬掉，取下井口装置。

目前机械切割拆卸工艺是较好的拆卸方法。因CNG地下储气井技术源自石油钻井技术，地下储气井采用套管连接，各个套管间采用螺纹连接（连接处称为“接箍”），所以封头拆卸时不能破坏套管螺纹。虽然采用电加热工艺是四川省技术监督局要求采用的拆卸方法,但使用电加热工艺可使钢材的力学性能改变、管钳卸封头也可能伤害螺纹，无法判断事故原因。机械切割拆卸工艺，只纵向切割井口封头部分接箍，不破坏套管螺纹，这样避免了电加热损害钢材力学性能，也同时避免了车下井口封头机械伤害螺纹。

2.固井工艺优选

地面固井按照要求应采用加固池法，即在储气井所在地面，向

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下开挖一个加固池，在加固池内使用钢筋

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编织网混凝土浇灌，加固池土方量不得低于20立方米。 ①固井材料选择

固井方案中主钢筋、次钢筋、水泥标号的选择也很重要，建议主钢筋不低于18mm、次钢筋不低于14mm，水泥标号不低于C25。

②固井装置选择

一是常规固井方式，在套管上外加抱箍，并在抱箍上加装预留小孔与主钢筋相连，通过抱箍的预紧力，产生摩擦力固定套管。

二是抗拔桩固井方式，在地下储气井第一根套管接箍处加装销子和插头，利用拉力杆将第一根套管的接箍固定在水泥基座上。

三是常规固井和抗拔桩结合，将套管固定。

固井质量变差，主要由摩擦失效和腐蚀造成。在储气井充气放气的高低压循环中，套管易产生疲劳或形变，加之受到水的腐蚀，所以单纯采用抱箍固井存在摩擦力失效的可能性。抗拔桩固井方案、抱箍与抗拔桩结合的固井方案明显优于单纯抱箍固井方案。

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在固井方案的选择中，无论采用那种设计方案，都必须要求施工方建立储气井失效模型，提供失效模型演算过程，演算储气井最大冲力和固定力，做为固井效果综合评价标准。

四、施工单位选择

按四川省质量技术监督局川质监办[2010]6号文件，对地下储气井改造单位必须具有A1级资质，设计单位必须具有SAD级资质。A1资质为高压容器制造资质，SAD资质为压力容积分析设计资质。施工单位选择时，应注意储气井改造方案、通用工艺应获得四川省技术监督局鉴定通过。

五、结论

通过对地下储气井结构、改造施工流程、改造方案的分析，建议采用机械切割法卸井口封头工艺，这样套管受到的损伤最小；采用接箍处安装固井装置，这样固井失效的可能性最小。最后，固井方案必须建立储气井失效模型，对最终的固井效果作出综合评价。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）