CNG地下储气井安全性分析

天然气工业 2005年1月 CNG地下储气井安全性分析* 刘清友 何霞 孟少辉 (“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油学院) 刘清友等．CNG地下储气井安全性分析．天然气工业，2005；25(1)：138～140 摘 要 压缩天然气(CNG)汽车工业是一个新兴的产业，具有良好的经济效益和社会效益。而CNG地下储 气井的安全性是保证CNG加气站正常运行的关键。针对目前国内用于CNG汽车的高压地下储气井结构简单、施 工工艺不 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 、缺乏安全设施等实际问题，提出了改进现有储气井结构、施工工艺和研发储气井安全系统的技术思 路，为减少城市环境污染，进一步推广CNG汽车的应用提供了技术支持和安全保障。 主题词 储气井 压缩天然气 汽车 加气站 储存 安全性 研究 目前，国内车用压缩天然气的储存一般都采用 储气瓶组或储气罐的地上储气方式。但由于近年来 我国各地“站用瓶”和“车用瓶”爆炸事故时有发生， 使得地面高压储气瓶罐暴露出了一定的安全隐患。 如四川遂宁CNG充装站因钢瓶质量问题发生爆炸， 将一钢瓶炸飞达70m之远，并引起库内的15支钢 瓶发生喷射燃烧，焰柱高达20m以上，造成直接经 济损失18万余元n3。鉴于CNG储存的现状，相关 研究人员在总结国内外10多年来地面储存CNG经 验教训的基础之上，借鉴天然气工业建设地下储气 库的优点，从20世纪90年代初开始研制一种新型 安全、经济的高压储气方式。20世纪末，我国成功地 研制开发出高压地下储存井的工艺与方法，并先后 在四川、重庆、上海、新疆等地打了50多口井进行推 广应用。现场应用 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，这种高压地下储气井具有 安全性较强、储气量大、加气速度快、占地面积小、操 作管理方便、维护检测工作量少、年平均经济消耗低 等优点，并且已通过了四川省有关部门组织的技术 鉴定∞3。 一、CNG地下储气井的安全性 CNG地下储气井是深埋于地下用于储存CNG 的容器，其深度一般为80～200m。目前国内储气 井结构形式一般如图1所示。先用12英寸(1英寸 一2．54cm)钻头钻井10m左右，下表面套管，第一 乒讪。Q 1进气LJ 2出气口 3井口封头 4井身 5井底封头 6排液管 7四通 图1 国内简单的地下储气井示意图 次固井；然后用8英寸钻头继续打井，下入优质防硫 套管，然后将套管与井壁、井底间用水泥封固，安上 井口装置；最后进行水压强度实验，合格后交井。由 于储气井深埋于地下，不直接接触明火，杜绝了地面 的安全隐患；并且还具有成本低，占地面积小，恒温， 抗静电，建成工期短等特点。因此，现已成为国内 CNG加气站的首选储气系统。 *本文系四川省基础研究项目部分成果。 作者简介：刘清友，1966年出；现为西南石油学院教授、博士后、博士生导师、机电工程学院副院长、“岩石破碎学与钻头研 究”四川省重点实验室主任；主要从事机械工程、石油工程的CAD／CAM／CAE及计算机仿真方面的教学科研工作。地址： (610500)四川省成都市新都区。电话：13880551889。E-mail：liuqy66@yahoo．com．cn · 138· 万方数据 第25卷第1期 天然气工地 但从目前国内储气井的结构、工艺、选材等方面 来看，CNG储气井是还存在着一定的安全隐患，主 要体现在以下方面。 I．结构简单 目前国内储气井结构如图1所示，一般由套管 和上下封头等组成。储气井的井内没有安全阀，地 面没有监测系统，虽然目前国内的储气井还没有发 生重大安全事故。但随着使用年限的增长，由于元 器件的磨损变形、锈蚀老化、密封失效以及意外事故 等原因，就有可能引发储存介质泄漏。而目前的 CNG地下储气井都建在人口密集的大城市，如果可 燃气体泄露并聚集在周围环境中，一旦发生事故将 导致众多的人员伤亡和巨大的财产损失。国外的储 气井中一般都装有反应灵敏的安全阀组件，如图2 所示，当地面发生火灾、地震或其他事故引起CNG 的不正常泄漏时，能自动关闭储气井地下与地面的 通道，避免造成更大的灾难。另外，除了在储气井里 装有安全阀组件以外，在地面上还装有传感器来监 测储气系统的安全可靠性。 1套管 2胶筒 3封隔器 4锚爪 5上接头 6螺纹扣 7安全阀 8阀 9长套筒 10下接头 11接头 12阻塞头 图2国外带有安全阀的地下储气井示意图 2．施工质量缺乏保障措施 固井是油气钻井过程中的关键环节，其质量的 好坏直接影响生产井的寿命和油气的产量。在油气 田上，对固井工艺的质量要求很高，需按一定的标准 执行，并且还有固井施工评价，即固井施工后根据不 同的施工要求检查是否达到施工目的，其评价手段 有水力测试、声波测井、核子测井等。 从储气井现场施工可以看出，储气井在固定套 管时，其水泥是不能循环的，其目的也只能达到固定 套管的作用。如果此水泥层达不到质量要求，则地 层的流体就可能通过水泥层接触套管，从而腐蚀套 管。只要套管发生泄露，高压气体就会窜入地层，造 成大量浪费。并且，由于存在的CNG压力高，储气 井又不深。因此一旦高压CNG窜入地层，就会窜出 地面，造成极大危害。 储气井完成后，有一些井做过简单的固井质量 检查，即水压强度试验。但按工程技术要求，储气井 还必须进行气密性实验和氮气吹扫置换作业，目前 国内还没有一口井做过这方面的实验。所以，储气 井在地下是否漏气还是一个未知数。 3．材料选择缺乏科学依据 国内储气井结构如前所述，井体由分段井身、上 下封头组合而成，各组合件采用套管丝扣连接，整体 上属于螺纹连接的压力容器。储气井选材为AP— IN80钢级，查手册得其化学成分如表1所示。 表1储气井用N80钢级套管的化学成分表％ 钢号 C Si Mn P S Cr MO 28CrM060．290．290．690．030．030．640．17 30M040．300．221．020．030．03 —— —— 根据原劳动部压力容器安全监察 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 规定，用 于焊接结构的压力容器的低合金钢，其含碳量不应 大于0．25Voo，而从表1中可以看到，储气井所选用的 两种N80级的低合金钢的含碳量都超过了 0．25％。3。一般来说，碳含量越高，延伸率越低，塑 性越不好。如果材料缺乏足够的延塑性，即缺乏在 局部应力作用下产生局部屈服而导致应力能趋于均 匀化的再分布能力，亦即对应力集中极为敏感，则在 各种原因所引起的局部高应力区必然就极易引起开 裂而最终使压力容器失效。 二、改进措施 针对国内不少储气井结构简单、施工质量缺乏 保障措施、材料选择缺乏科学依据的问题，提出以下 改进措施。 (1)考察国内安全阀的生产设计现状，设计出 适合国内市场的地下储气井安全阀。当储气井系统 出现CNG泄漏时，该阀能自动关闭储气井地下与地 面的通道。 · 1 39· 万方数据 天然气工业 2005年1月 (2)CNG地下储气井施工时，一般采取将水泥 直接灌注下去的方式来固定井筒，故应研究合适的 水泥配方，将水泥浆自下而上灌注。这样，水泥紧固 层密度高、井筒与井壁一体性好，固定性和防腐性均 佳，可有效提高井筒的使用强度和寿命；并且，还应 在固井完成之后，对固井施工进行评价。这套评价 标准和有效的定期检漏办法必须建立。 (3)在选用低合金钢时应选用含碳量低于 0．25％的钢材。 (4)CNG地下储气井的地面没有监测系统，加 气站工作人员仅靠“听、摸、看、闻”的方式来检测 CNG是否泄漏，这样很不科学。因此，建议开发一 套储气井安全系统，该系统能自动监控整个储气井 系统，当发生CNG泄漏时能自动关闭地下储气井与 地面的通道，设备出现故障时能自动 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 、显示故障 出现部位。 三、结束语 CNG地下储气井具有占地面积小、运行费用 低、操作维护简便等优点。但在储气井的结构、施工 工艺及选材等方面还存在着一定的安全隐患，必须 引起高度重视。虽然目前国内储气井还未发生事 故，但加气站内的储气井一般都建在人口密集的城 市，如发生窜气、爆炸，其后果不堪设想。因此，笔者 根据国内CNG地下储气井的现状，提出进一步提高 CNG储气井的措施和主要技术思路，并开发出了一 套保证储气井安全运行的配套技术，以促进天然气 能源汽车的推广使用和城市大气质量的改善。 参 考 文 献 1杨云伦．CNG技术的发展前景及消防安全措施探讨．消防 科技，1998；(2)：1 2黄明珠，程宗明．储存车用CNG的最佳选择——地下储 气井．中国能源，2002；(4)：34～35 3舒聿彬．压缩天然气加气站储存系统的大型化趋势．天然 气汽车，1999；12(4)：24 4喻平仁．JII南地区地下储气库选址初步设想．天然气工 业，2003；23(2)：109～113 5赵春林，温庆和等．枯竭气藏新钻储气库注采井完井工 艺．天然气工业，2003；23(2)：93～95 6董德仁，于成冰等．枯竭油气藏储气库钻井技术．天然气 工业，2004；24(9)：148～152 7李国韬，刘飞等．大张坨地下储气库注采工艺管柱配套技 术．天然气工业，2004；24(9)：156～158 (修改回稿日期 2004—11—30编辑居维清) (上接第134页) 30、35，以及弯头55、60及其附近处，管系在、方向上 产生较强的位移响应，同其3、4阶模态振型图很吻 合。 三、结 论 由本研究结果可以看出，管道流体脉动能激发 出较强的管道振动，要减少管道的振动必须对管系 的模态有清楚的了解，并采取相应措施，诸如：①控 制管系的固有频率，使固有频率同流体脉动频率错 开，以避免机械共振的发生；②设计中对具有严重振 动特性的重要管路的转弯尽量少用90。弯头，并尽可 能避免突然变径，以减少激振力，并针对具体振动特 ·140· 点采取有效的减振措施等；③采用管道减振器 (Snubber)或液压式阻尼器。 参 考 文 献 1党锡淇，陈守五．活塞式压缩机气流脉动与管道振动．陕 西西安：西安交通大学出版社，1984 2党锡淇，黄幼玲．工程中的管道振动问题．力学与实践， 1993；15(4) 3王乐勤，何秋良．管道系统振动分析与工程应用．流体机 械，2002；3(10) 4谭平等．电厂输水管系振动分析．汽轮机技术，2004；(2) 5谭平等．电厂管系水击分析．汽轮机技术，2004；(3) (修改回稿日期2004—1l一10编辑居维清) 万方数据 CNG地下储气井安全性分析 作者： 刘清友， 何霞， 孟少辉 作者单位： "油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·西南石油学院 刊名： 天然气工业 英文刊名： NATURAL GAS INDUSTRY 年，卷(期)： 2005，25(1) 被引用次数： 15次 参考文献(7条) 1.杨云伦 CNG技术的发展前景及消防安全措施探讨 1998(02) 2.黄明珠.程宗明 储存车用CNG的最佳选择-地下储气井[期刊论文]-中国能源 2002(04) 3.舒聿彬 压缩天然气加气站储存系统的大型化趋势 1999(04) 4.喻平仁 川南地区地下储气库选址初步设想[期刊论文]-天然气工业 2003(02) 5.赵春林.温庆和 枯竭气藏新钻储气库注采井完井工艺[期刊论文]-天然气工业 2003(02) 6.董德仁.于成冰 枯竭油气藏储气库钻井技术[期刊论文]-天然气工业 2004(09) 7.李国韬.刘飞 大张坨地下储气库注采工艺管柱配套技术[期刊论文]-天然气工业 2004(09) 相似文献(10条) 1.期刊论文 付寿刚.何贵龙.刘建海.李艳艳.黄林 高压储气井在压缩天然气供气站的应用 -煤气与热力2004,24(5) 阐述了高压储气井的结构和在小区压缩天然气供气站的应用,对3种储气方式--高压储气井、高压瓶组拖车、球罐进行了技术经济比较. 2.学位论文 孟少辉 高压气地下储气井安全系统研究 2005 随着社会经济的不断发展，人们越来越重视对环境的保护。我国拥有丰富的天然气资源，并且它是一种绿色清洁能源，在21世纪必将会得到进一步 的推广和应用。利用压缩天然气(CNG)为燃料的CNG汽车工业是一个新兴的产业，具有良好的经济效益和社会效益。将我国天然气资源的优势与推广CNG汽 车、搞好环境保护和带动相关制造业的发展相结合，必将形成新的经济增长点，从而进一步加快我国经济建设，提高人们的生活质量。针对目前国内压 缩天然气(CNG)地下储气井结构过于简单，缺乏必要的安全装置等问题，该文融合石油钻井、天然气储运、现代设计方法、自动检测与控制等学科领域的 知识，采用理论研究、分析计算、计算机仿真、现场调研与试验相结合的方法，开展提高地下储气井系统安全性研究。通过对现有储气井的力学分析 ，进一步优化现有储气井的结构；从系统的角度开展储气井安全性相关技术研究，并在此基础上提出可行的储气井安全系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，避免飓风、地震、火 灾、爆炸、人为差错等使CNG泄漏造成更大的灾难。该研究成果将为我国天然气资源的高效利用，进一步推广CNG汽车提供技术支持和安全保障措施。 该论文主要开展了以下几方面的研究工作： 1、国内外高压地下储气井技术现状研究，了解目前CNG加气站储气井系统安全现状，运用安全系统工程理论，从系统的角度出发分析国内外储气井 系统存在的安全隐患； 2、在调研的基础上，综合交叉利用天然气储运、油气井工程、现代机械设计、力学分析、自动控制、检测、计算机仿真、系统可靠性工程等多学科 知识，分析国外高压地下储气井安全系统工作原理，了解其工作机理，为国内CNG加气站高压地下储气井安全系统设计打下基础； 3、比较国内外高压地下储气井结构，针对目前国内生产现状，采用现代设计软件与力学分析相结合的手段，优化储气井结构，设计出适合国内市场 的井下安全阀； 4、针对目前国内高压地下储气井存在的安全隐患，应用安全系统工程原理、自动控制原理、检测、计算机等多方面的知识，开发一套具有自主知识 产权的储气井安全系统； 5、应用系统可靠性工程知识，对储气井安全系统的可靠性分析的思路和方法进行了初步探讨，为进一步科学地评价储气井安全系统的可靠性打下了 基础。 总之，通过该论文的研究工作，在国内率先交叉运用多学科知识对储气井工作机理开展研究工作，并改进现有储气井的结构，增加其可靠性；利用 现代机械设计方法，开发一种适用于国内目前高压地下储气井的安全阀，当地面发生地震、火灾或其它事故时，自动断开储气井与地面的通道，控制灾 难的进一步扩大化；应用安全系统工程原理、自动控制原理、检测、计算机等多方面的知识，在国内首次开发一套具有自主知识产权的储气井安全系统 ；应用系统可靠性理论，对储气井安全系统进行了可靠性分析的思路和方法进行了初步探讨，为进一步科学地评价储气井安全系统的可靠性打下了基础 。 3.会议论文 刘清友.刘清友.孟少辉.何霞 CNG地下储气井安全控制装置设计 2004 针对目前国内没有用于CNG汽车的高压气地下储气井安全控制装置的现状,设计出了一套CNG汽车高压气地下储气井安全控制装置,它由地下储气井、 节能蓄能器、液压泵、微机控制装置、传感器等组成.当地面出现火灾、地震及其它不可预见的事故,使储气井地面设备遭到破坏的紧急情况时,能自动及 时关闭储气井与地面的通道,增强高压气地下储气井的安全性和可靠性,大大减少城市环境污染,为CNG汽车的推广应用提供进一步的技术支持. 4.期刊论文 肖平华 优先/顺序控制盘在压缩天然气储配站中的应用 -城市燃气2009,""(10) 通过对CNG加气站中优先,顺序控制盘的改进.并应用在CNG储配站中,可提高储气井的储气率,实现运行、控制更方便、更灵活、更节能,实践证明是可 行的. 5.期刊论文 卫攸宁.苏真伟.李海鹏.龚科.Wei Youning.Su Zhenwei.Li Haipeng.Gong Ke 压缩天然气储气井内壁 缺陷的激光三角检测 -计算机测量与控制2010,18(5) 针对CNG储气井地下套管的安全状况,在现有金属腐蚀检测技术的基础上,提出了一种用于CNG储气井内壁缺陷检测的激光三角方法;检测器在驱动机构 的带动下沿管道轴线旋转,系统控制CCD摄像机拍摄投射到管道内壁的线激光图像;通过对图像的处理,结合摄像机标定技术计算出离散点的三维坐标,完成 对管道内壁腐蚀缺陷的测量;实验结果表明,该检测系统检测精度较高,具有一定的实用性. 6.会议论文 孟少辉.刘清友.何霞 CNG地下储气井安全阀设计 2004 CNG地下储气井储气是国内CNG加气站的首选储气方式,但目前这种储气井没有安全装置,存在事故隐患.为此,设计了CNG地下储气井安全阀.这种安全 阀由阀体、液压缸、套筒、推杆、阀套、底套阀座、底套、环形阀座和下接头等组成.当储气井地面设备损坏可能发生天然气泄漏时,安全阀通过液压控 制,能自动及时关闭CNG地下储气井与地面的通道,避免发生重大事故.该阀具有节能、使用寿命长、结构简单实用等特点. 7.期刊论文 李海鹏.苏真伟.林仙土.张海锭 一种CNG储气井井壁腐蚀的视频检测系统 -电子测量技术2009,32(10) 本文将光学成像和图像处理技术应用于压缩天然气(CNG)储气井的井壁腐蚀检测,介绍了检测系统的基本组成和测井的基本方法,并对摄像头近距离相 对运动造成的模糊图像进行了矫正,通过滤波、锐化等处理提高图像质量.在此基础上,本文针对CNG储气井检测的特点,采用了一种图像拼接算法--相位相 关算法,把多幅图像拼接成连续的井内壁图像.实验表明,本文的检测系统和方法有助于在役CNG储气井内壁腐蚀的检测. 8.期刊论文 罗东晓.LUO Dong-xiao 地下储气井在天然气加气站的应用 -煤气与热力2007,27(7) 地下储气井储气建造成本低,占地面积小,安全性能高,现已成为国内CNG加气站首选储气方式.介绍了高压地下储气井的特点及技术指标、关键技术、 运行事故与对策、安全技术措施. 9.期刊论文 马宁.刘徐慧.蒲远洋.汪宏伟 高压地下储气井腐蚀与防护 -石油化工腐蚀与防护2008,25(3) 随着国内压缩天然气(以下简称CNG)的大力发展,作为建设周期短、造价较底的CNG储气井将在国内推广使用起来,而CNG地下储气井的安全性是保证 CNG加气站正常运行的关键.针对目前国内CNG加气站高压地下储气井腐蚀的实际问题进行了分析,提出了现有储气井的防护技术,为进一步推广CNG汽车的 应用提供了技术支持和安全保障. 10.期刊论文 何鑫.万丽.He Xin.Wan Li 大港油田CNG加气站储气系统设计及工艺技术 -天然气与石油2007,25(5) 随着CNG技术的广泛应用,燃气车辆和加气站不断增加.作为CNG加气站重要组成部分--地下储气系统,其安全性是保证CNG加气站正常运行的关键,介绍 了压缩天然气加气站储气系统种类,大港油田CNG站储气井设计原理,储气井技术特点及储气井未来发展前景.提出目前大港油田在储气井结构、施工工艺 和研发储气井安全系统技术的思路. 引证文献(13条) 1.林仙土.苏真伟.李海鹏.张海锭 CNG储气井超声波自动检测系统初探[期刊论文]-无损检测 2010(3) 2.肖平华 地下储气井在城镇天然气储配站中的应用[期刊论文]-城市燃气 2010(2) 3.褚荣光.孙华锋.石野.李俊.张良.许多 均匀地应力下套管壁厚对储气井井筒受力的影响[期刊论文]-石油矿场机 械 2010(2) 4.郭凌云 加气站建设与安全[期刊论文]-科技资讯 2009(18) 5.韩占群.黄海波.张劲.黎辉 腐蚀对加气站地下储气井安全性的影响[期刊论文]-西华大学学报（自然科学版） 2008(6) 6.刘竟成.李颖川.曾顺鹏.黎彬.袁福锋 变温情况下地下储气井工况分析与研究[期刊论文]-重庆科技学院学报（自 然科学版） 2008(5) 7.冯霞.刘竟成.杨敏.曾顺鹏.刘为斌 CNG加气站地下储气井接箍有限元分析[期刊论文]-天然气工业 2008(6) 8.张刘樯.周迎.师凌冰 CNG加气站安全评价技术研究[期刊论文]-内蒙古石油化工 2008(8) 9.刘清友.朱园园 高压地下储气井失效故障树的建立及定性分析[期刊论文]-油气田地面工程 2008(3) 10.刘竟成.杨敏.张嘉庆.张春林.曾顺鹏 加气站地下储气井泄漏的安全性分析[期刊论文]-油气田地面工程 2008(3) 11.冯霞.何玉林.黎彬.林铁军.刘讯 加气站地下储气井井底封头有限元分析[期刊论文]-油气田地面工程 2008(3) 12.曾艳斌.刘玉泉.张嘉庆.蒋红明.邢建平.张春林.王宏 CNG井式储气库井下泄漏及安全性分析[期刊论文]-石油矿 场机械 2007(8) 13.何太碧.黄海波.张浩.莫玲 CNG汽车加气站国产设备使用情况研究(Ⅱ)[期刊论文]-天然气工业 2006(9) 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