天然气储气井失效及预防措施.pdf

石油 天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 8 月第 3 2 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 4 天然气储气 井失效及预 防措施 何 彬 四 j l I省成都鼎胜科技发展有限责任公司， 四 J I I 成都6 1 0 0 4 1 芮年松 广东省东莞新奥燃气有限公司， 广东东莞5 2 3 0 1 2 杜 成 ，张 威 四J I『 省成都鼎胜 科技 发展有限 责任公司， 四J I I 成都6 1 0 0 4 1 [ 摘要]根据 C NG加气站地 下储 气井事故分析 ，总结和 归纳 了储 气井失 效类型和 主要影响 因素，并从提 高建造质 量、加 强运行管理 2方面提 出 了预 防措施 ，为 降低在 用储气井及 新建储 气井失效 率，避 免储 气 井事故发 生具 有重要意义。 [ 关键词]储气井；失效分析 ；建造质量 ；运行管理；技术完善 [ 中图分类号]TE 8 2 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 4 0 3 7 5 0 3 储气井是一种新型的天然气地下储存方式 ，具有安全性高、储存量大、占地小 、成本低、不受环境 影响等诸多优点。目前全 国范围内储气井拥有量已接近 5 0 0 0 13，占 C N G汽车加气站储气方式 的 8 0 ％ 以上 ，并逐步 应用 到城市 燃气调 峰站 、工业 应急 储气 库 、城 镇 C NG储 配站 等多 个 领域 。随 着储 气井 的 快速发 展 ，储 气井失 效及 失效 引起 的 安全 问题 也 日益 突 出。 因此 ，分 析 总结 储 气 井失 效 类 型 和影 响 因 素 ，研 究和采取 相应 的预 防性措 施 十分 必要 。 1 储气井失效类型 根据 四J I l 、重庆 、陕西 、新疆 、湖北等地 1 0 0座 C N G加气站的调研 ，高压地下储气井系统失效主 要有 4种 类型 1 ． 1 井 口泄漏 失效 井 口泄露指 地面 以上套 管螺 纹 、井 口阀门 、连 接管 件 、压 力表 等处发 生 的泄露 而失效 ，井 口泄漏 失 效最 为 常见 ，也 较容 易发现 和处 理 ，一般 不会 发生 严重后 果 。 1 ． 2井 筒泄漏 失效 。 井管泄漏发生在井下，多出现在套管螺纹连接处或管壁出现裂纹、穿孔等现象。储气井在使用 中如 果不能稳压 ，又排除了井 口泄漏因素后 ，即可判定为井管泄漏失效 ，一旦出现这种情况，目前很难采取 有效补 救措施 ，只有报 废 。 1 ． 3井筒 窜动 失效 井 筒窜 动失效 是 固井 水泥 环不 足 以固定井筒 ，井 筒就 会随压 力变 化 自由地伸 长或缩 短 。其表现 形式 有① “ 高涨低缩”现象 。压力升高时 ，埋地井筒上冒；压力降低 时，井 口恢复原位。② “ 上爬”现 象。在使用过程中，井筒逐年慢慢 “ 上爬” 。③ “ 下沉”现象。井筒在多次伸缩变化中，水泥环被破坏， 在 自重 作用下 井 口整 体下 沉 。④ “ 井 下窜 动”现 象 。部分储 气井上 部 固井较 好 ，而下部 较差 ；在压力 升 高时 ，下部井 筒就 向下位 移 ；相 反 ，井 筒上 升 ；这种 “ 井下 窜动 ” 隐蔽 、不 易被发 现 ，安全 隐患大 。 1 ． 4井筒爆裂 井筒 因长 期腐蚀 、疲 劳破坏 、“ 氢 脆” 而发生 突然 爆 裂 。如果 固井质 量 好 ，爆 裂后 仅 发生 地层 下 的 [ 收稿白期]2 0 1 0 0 6 2 3 [ 作者简介]何彬 1 9 7 1 一 ，男 ，1 9 9 2年大学毕业 ，工程师 ，现主要从事储气井方面的技术研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 8月 天然 气泄露 ，危 害较小 ；如果 固井质 量差 ，可能会 导致 爆裂 部位 以上 的井 筒拔地 腾空 而起 ，导致重 大安 全事 故 。 2 储气井失效的主要影响因素 导 致储气 井失效 的 因素很 多 、也很 复杂 ] ，就 目前 的认 识来看 ，可 归纳 为 4点 。 2 ． 1固井质 量 储气井的主要优点是将储气容器深埋地下，通过水泥环将大地与套管连成整体 ，以大地作为安全屏 障减少套管疲劳破坏 、降低意外爆炸事故的危害性 。因此 ，固井质量是储气井安全性的基本保障。但在 建造 中 ，由于采 用 的 固井技 术不 科学 ，施 工 管理监督 不严 ，固井 质量差 ，导致 安全 隐患 ；固井质 量差包 括 ①固井质量差，降低了井管与地层的胶结程度和摩擦力，造成井管长期频繁地 自由伸长和缩 短，产生极大的疲劳破坏 ，大大降低储气井使用寿命 ；②固井质量差 ，环空无水泥 ，造成井管外壁与地 层 水和地层 中其 他腐蚀 介质 直接 接触 ，加 快套 管的外 壁腐蚀 速度 ；③ 固井 质量差 ，地层不 能紧 紧的 固定 井 管 ，如 果井管 一旦发 生爆 裂 ，裂 口上部 井管及 井 口就会 冲出地 面 ，酿成 重大安 全事 故 。 2 ． 2 储气 井套 管选材 不符 合技术标 准 储气井管材是储气井安全的首要保证 ，选材必须符合相关 国家和行业标准 。在 C NG加气站储气井 建造 中 ，有 不少 使用 的是 日本 井管 或选用 强度偏 低 的钢级 ，个 别 的甚 至使 用 废 旧井 管 。根据 相关 规 定 ， 储气 井井筒 应采 用符合 AP I S P E C S C T要 求 、钢级 N8 0以上 的石油 专用套 管 ] 。 2 ． 3 C N G加 气站天 然气气 质不 符合标 准 根据 GB 1 8 0 4 7 车用压缩天然气对压缩天然气的技术要求 ，水露点和硫化氢含量是 2 个最重要的 指标 ，这 2 项指标对储气井的安全性影响也最大 ，是导致井管内腐蚀及 “ 氢脆”主要原因。但根据加气 站实 际运行调 查 ，有 8 5 的加气站 含水量 和 4 5 的加气 站硫化 氢浓度 超标 l 3 ] 。 2 ． 4 井 口设 计不 便于拆 卸 ，无法 实现 定期检 测 2 0 0 8年 以前 的大 多数储气 井井 口采 用 螺纹 连 接 ，不 能 拆卸 或 拆卸 不便 ，一旦 拆 卸就 会 导致 封 头或 套管螺纹损坏 ，根本无法进行定期检测 ，也无法进行维护 、保养 ，存在一定的安全隐患。 3 失效预防措施 储气 井 由于高压 和介质 可燃爆 两大 事故 因素 ，无论 发 生何种 失效 ，都 可 能引发 泄漏 、火灾 、化 学爆 炸和物理 爆炸 等安全事 故 。如果 事故得 不到有效 控制 ，还 可相互 作用 ，相 互影 响 ，促 使事 故扩大 蔓延甚 至产生巨大的冲击波 ，对加气站及周围设备、建筑物和人体造成不同程度的危害，应严格控制储气井建 造 质量 、加强运 行管理 ，以降低在 用储气 井和新 建储气 井失 效率 。 3 ． 1 严 格控制储 气 井建造质 量 1 设计控制包括 ①储气井设计单位应 当同时持有 A1级和 S AD压力容器设计资格 ；②储气井 井 口装置易于拆卸，打开通径与井管内径相同，便于检验维修 ；③应有设计图样和强度计算书，并加盖 有有 效 的设计 资格 印章 ；④储 气井 图样所依 据标 准规 范应具有 符合性 和有 效性 。 2 材质控制 压力容器 由相关设计单位按照相应的国家标准、行业标准设计 ，施工单位应严格按 照设计图纸进行加工制造，施工期间不得任意修改各项技术参数 、材料性能。包括储气井主体材料 套管应具有材质证明书、检验及试验报告，其管径 、扣型 、钢级 、厚度应与设计图样相符 ；上 、下 封头应具有材质证明书、合格证和监检报告 ，其几何尺寸与设计 图样应相符 ；水泥、密封脂 、添加剂等 原材料应有质量证明文件 ，并符合设计 图样要求。 3 裸 眼井控制 应根据地层情况 ，选择合理的钻头和套管组合 ； 选择合理的钻具组合 ，控制一定 的钻井 速度 ，保证井 眼垂 直度 ；对漏失 量较 大的漏 层或水 层进行 处理 ，保证 井 眼畅通 。 完钻后调整钻井液性能，降低粘度和切力 ，使其利于被水泥浆顶替 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 4期 何彬等 天然气储气 井失 效及预防措施 4 保证 固井质量选择科学 、成熟的 “ 内插管正循环固井工艺” ；严格监控井固井用水泥浆量，保 证实际用量大于理论计算值 ；采用连续混配方式 ，并调节水灰 比控制水泥浆密度波动 ，提高固井质量 ； 测定 人井水 泥浆 以及井 口返 出水泥 浆 比重 ，二 者相 差不 大于 0 ． 1 。 5 控 制排 污管 质量和 下入 深度 井 筒 内排 液 管 应采 用 不 锈钢 管 ，管 径 不 小 于 1 0 mm，壁厚 不 低 于 1 ． 0 mm；下人 深度 离井底 应不 超过 1 c m；重视排 污管 连接 密封性 ，保 障排 液通 畅 、彻底 。 3 ． 2加强储 气 井安全 运行管 理 1提 高天 然气 气质 内腐 蚀是储 气井 失效 的诱 因之一 ，而 内腐蚀 的主要 控制 手段 就 是加 强天 然气 气质管 理 ，确保天 然气 气质符 合 国标 车用压 缩天 然气 要求 ，避 免水 、硫化 氢等 杂质含 量超标 ，避 免 在井底形成积液腐蚀井底封头以及超标的硫化氢诱发钢管氢脆 ，影响高压储气井的使用寿命 。 2 监控储气井工作压力 C NG加气站用储气井最高工作压力不得大于 2 5 ． O MP a ，否则应停止 向储 气 井充 气 ；正常工作 下 的最低 工作压 力不 得低 于 1 2 ． O MP a ，否则应 立 即用压缩 机 给予补气 、增 压 。 3 控 制充排 气速 度压 缩机初 次 向储气 井 充气 压 力 由 O MP a 上 升 到 2 5 MP a 和储 气 井排 空 压 力 由 2 5 MP a 下 降到 O MP a 时 ，应 控制其 压力 升 、 降速 度不 大 于 0 ． 2 5 MP a ／ mi n 。正 常 充气 、排 气 过程 中，压缩机给储气井补气过程应控制其压力升、降速度不大于 2 MP a ／ mi n 。 4正确及时地排液根据储气井实际情况，必须定期适时排放储气井中的积液，初次使用的 3个 月每 1 5天排 液一次 ，正 常使用 时每 4 ～6月排 液一次 ，具体 周期 根据 气质状 况和 实践经 验确定 ，以保证 储 气井 中压缩 天然气 的气 质和储 气量 。 5 日常维护保养每年对井 口进行一次刷漆防腐 ，对阀件进行一次调试 ，保证阀开、关灵活 ；定 期 对压力 表进行 校对 ；每 日检查 井 口有无泄 漏 、损坏 、严重 锈蚀 ，并保 持井 口装 置清洁 、干燥 ；检查 天 然 气压力 系统是 否稳 定 ，是 否 在 设 计 使 用 压 力 范 围 ；井 管 有 无 上 冒、下 沉 现 象 ；如 有 异 常 ，应 立 即 整 改 。 [ 参考文献] [ 1 ]刘青友 ，朱圆圆 ．高压地下储气井失效故障树 的建立及定性分析 口]．油气地面工程 ，2 0 0 8 ，1 1 3 8 ～l 1 [ 2 ]S Y／ T6 5 3 5 2 0 0 2 ，高压地下储气井 [ s ]． [ 3 ]朱清澄 ， 黄海波 ，何太碧 ． C NG加气站几个安全技术问题 [ J ]．西华大学学报 ，2 0 0 6 ，2 5 1 l 4 ～1 6 ，2 2 ． [ 编辑 ] 苏开科 上 接 第 3 5 2页 油层炮 眼封堵 技术 适用 于稠油 注蒸 汽吞 吐后期 ，油 层 出砂 严重 、采 出程度 高 、地 层亏 空严重 ，岩石 骨架 被破坏 ，油层 形成 大孔 道 ，这 类井 常采用 注水 泥浆 封堵射 孔孔 眼 ，再 进行 重新射 孔 。 套管补贴技术是整形补贴加固工具 由管柱下到预期补贴加固段位置 ，投棒引爆产生高压气体作用于 活塞 ，使活塞与活塞缸发生相对运动，产生强大作用力并传到胀管 ，使之产生径 向力 ，使补贴加固管两 端金属 固定装 置 和密封 系统膨 胀至套 管 内壁 ，后起 出工具 和 附件 ，完 成补 贴工艺 。 2 0 0 9年修 井 、封 窜 1 1 2井次 ，年增 油 1 ． 0 6 5 4 1 0 t ，恢 复 可采 储 量 6 5 1 0 t 。 打更 新井 4口 ，年 产油 0 ． 2 81 0 t 。 3 经济效益评价 2 0 0 9 年 ，对稠油热采各类闲置井 探井、资料井、观察井 、扩边井 、长关井 、低效井 、正常生产 井等以及所有动用和未动用 的层系进行了 4次全面系统的复查和研究 ，共实施低品位难采储量综合治理 措施 调层、补孔、防砂 、堵水 、打更新井 、调剖堵窜、电加热 、降凝等2 1 8井次 ，全年增产 3 ． 1 7 5 5 1 0 t ，投入 产 出 比 11 ． 9 5 。新 增 可动用储 量 5 1 ． 2 9 1 0 t ，恢 复可采 储量 6 5 1 0 t ，取得 了较好 的经 济 效益 。 [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m