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储气井定期检验方法及安全管理探讨
夏健* 丁升王亮
(江西省锅炉压力容器检验检测研究院）
摘要介绍了天然气储气井的基本结构，分析了储气井的失效形式，提出了储气井定期
检验方法和安全管理要求，可为储气井检验检测和安全运行提供参考。关键词储气井失效形式壁厚测定强度校核中图分类号 X 933.4
DOI： 10.16759/j.cnki.issn. 1007-7251.2019.12.008
Discussion on Periodical Inspection Methods and Security Management of
Gas Storage Well
X1A Jian DING Sheng WANG Liang
Abstract: The basic structure of natural gas storage wells was introduced, the failure modes of gas storage
wells were analyzed, and the regular inspection methods and safety management requirements of gas storage wells were put forward to provide reference for inspection and safe operation of gas storage wells.
Key words: Gas storage well; Failure mode; Wall thickness measurement; Strength check
0引言
储气井是一种由井筒、法兰、井底封头等结构组
成的固定式高压压力容器，用于储存压缩天然气的地 下管状设施，其基本结构如图1所示。井筒由套管通 过接箍采用螺纹密封连接而成，井筒与井口法兰及井 底
壁底封头之间同样采用螺纹密封连接；井筒外壁与基础 管污箍水泥固管 并层井井壁的环形空间灌入高强度油井水泥浆封固。
接 排封
套头
储气井作为一种新型的存储设备，具有安全、井井
环保、经济、高效、占地面积小等特点，并且随着 新型天然气汽车被大力推广，储气井已在全国各地 城市得到了快速发展。目前，在用储气井常用套管
尺寸有 0244.88 mmx 11.99/11.05 mm (直径 9 英寸），0 177.8 mm x 10.36/9.19 mm (直径 7 英寸）
图 1储
气井基本结构图
*夏健，男，1986年生，硕士研究生，工程师。南昌市，330029
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化工装备技术第40卷第6期
共4种，井深通常为50~280 m,井筒套管材料采用 P110或NS0两种高强度钢，设计压力为27.5 MPa, 最高工作压力为25.0 MPa,设计温度为-19~50 工作介质为车用压缩天然气。
由于储气井井筒埋设于地下，容易受到富含水、 氧及多种电解质的地层腐蚀，同时，井筒内长期受到 循环疲劳载荷和腐蚀作用，导致井筒减薄甚至危及 储气井的安全运行。为了规范储气井安全监察工作， 国家质检总局印发的《关于地下储气井安全监察有 关事项的公告》（2014年第42号）的规定，地下储 气井应按照m类压力容器进行安全管理和定期检验。 本文参照相关规范标准，对地下储气井的定期检验方 法和安全管理进行了探讨。
1储气井的失效形式
根据储气井的结构、材料、介质及运行方式，结 合目前储气井使用过程及定期检验中发现的问题，总 结了储气井在使用过程中可能发生的主要失效形式。
(1 )井筒内外壁腐蚀
井筒内储存的天然气如果含有一定量的H2S等腐 蚀性成分，就容易导致井筒产生H2S应力腐蚀、氢脆 现象，甚至产生裂纹导致爆裂。在国家质检总局[2008] 637号文发布前，储气井安装过程未强制要求井筒外 部进行水泥环封固，因此早期的储气井井筒外壁易受 地层土壤腐蚀。
(2 )循环疲劳和腐蚀
井筒在长期循环疲劳和腐蚀作用下，套管表面应 力集中处、螺纹连接处易发生疲劳失效。
(3 )密封处泄漏
套管接箍处结构不连续，而长期频繁充放气过程 导致其处于低周疲劳工况，因此该处易发生疲劳失效 导致密封处泄漏。
(4)本体冒井
在井筒与井壁间的环形水泥封固质量不合格的 情况下，封固面的摩擦阻力若不足以抵抗筒体弹性变 形产生的作用力，就会出现整体冒井现象。
上述四种失效形式中，前两种失效形式可能造成 井筒截面或者局部穿透、断裂，导致高压天然气泄漏， 甚至在反冲力作用下，储气井冲出地面，引起安全事 故，因此，有效地检测并掌握井筒腐蚀状况显得尤为
重要。后两种失效形式是导致爆炸风险和影响加气站 正常运行的主要原因，所以应加强对储气井装置的安 全管理。
2储气井定期检验方法
2.1资料审查
审查储气井运行过程中的相关记录以及运行中 是否出现异常情况等，包括每日巡检记录、定期排液 记录、年度检查报告、H2S和水含量检测记录、定期 检测上冒下沉记录，日充气量和压力循环记录、出厂 相关资料。并根据审查情况，制定检验方案。2.2宏观检验
宏观检验的主要项目包括：（1 )铭牌是否完好； (2 )有无冒井或者沉井等现象；（3 )螺栓有无裂纹、 弯曲、锈蚀等缺陷；（4 )安全附件是否齐全、是否处 于有效期内；（5 )采用内窥镜检查井筒内表面腐蚀和 变形情况。
2.3壁厚测定
(1 )设备工作原理
检测设备采用便携式多通道、360°全方位、高 密度非接触式超声波回波测厚仪，当探头发射的超声 波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射 回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来 确定被测材料的厚度。
(2 )仪器安装
根据检测现场条件，将检测支架、电动卷扬机及 超声测厚仪安装固定，可见图2。
1计数器
1 _ 导向轮
多功能操作板
支架横杆
：se®00
钢丝绳 竖支架
吊环电动卷扬机
测厚仪
导向轮卷扬机固定板
〇
1
锁紧螺帽
待检井
图2仪器检测安装示意图
2019年12月夏健，等：储气井定期检验方法及安全管理探讨
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(3 )数据分析系统
通过分析软件将测厚仪检测的数据导入后，进行 分析处理，得出精确的最小壁厚点和所有通道数据云 图，如图3所示。
图3数据分析图
2.4井筒最小壁厚强度校核
(1 )静强度校核
根据井筒材料，查GB/T 19830—2011《石油天 然气工业油气井套管或油管用钢管》标准可得材料 屈服强度crs和抗拉强度a,,,参照jB/T 4732—1995 (2005年确认）《钢制压力容器——
分析设计标准》、
TSG 21 — 2016《固定式压力容器安全技术监察规程》 计算出材料许用应力；按测得最小壁厚数据计算得出 至下一周期的计算应力rr，若小于材料许用应力则 为满足使用要求。
(2)疲劳强度校核
参照SY/T6535—2002《高压气地下储气井》标 准，按照疲劳循环次数(使用时间）为25 000次(25年） 进行校验，查JB/T 4732— 1995 ( 2005年确认）标准 附录C中对应的S-7V曲线（从保守角度出发，取标 准中的图C-4及表C-1 ),得出循环25 000次时对应 的疲劳强度[SJ ;按10.0〜25.0 MPa循环压力计算出 井筒的应力强度，若其小于疲劳强度[又]则为满足使 用要求。
2.5线性缺陷检测
目前地下储气井缺陷检测主要针对井筒腐蚀减 薄情况，虽然有些研究中提到使用多通道、多角度超 声横波检测方法检测纵向、环向线性缺陷，但都还处 在基础性研究层面。
3储气井安全管理
储气井使用单位应当高度重视储气井运行期间的 安全管理工作，定期对储气井进行检查、维护和保养 是预防事故发生的有效手段。
(1)日常检查和定期检查
使用单位应当建立健全的检查制度和应急救援 预案，相关作业人员必须持证上岗，严格按操作规 范操作，并做好相关记录。日常检查主要包括检查 储气井地上部分是否存在泄漏、冒井、沉井、变形、 腐蚀和部件松动等情况。定期检查包括月度检查和年 度检查，月度检查主要包括检查井筒有无冒井或下 沉现象，安全阀、压力表、测量调控装置是否完好， 各密封面有无泄漏情况。年度检查主要包括储气井安 全管理情况、储气井本体及运行状况和储气井安全附
件检查等。
(2 )定期排污
排污前需做好必要的应急准备，相关责任人员应 在现场进行监护，排污时井内压力不应当超过相关规 定值。平稳开启排污阀，直至没有油污和污水后结束 排污，同时应尽量避免在严寒天气排污。
4检验中存在的问题处理
检验过程应当详细记录危及安全质量的缺陷，并 与历史记录对比确认其是否扩展；当存在严重腐蚀的 储气井经强度校核不满足要求时，应当将检验结果及 时告知使用单位，以便安排检修、缩短检验周期或者 降压使用。
5结论
天然气储气井作为一种新型储气设备，优点多， 发展快，随着使用年限增加，其安全状况不容忽视。 本文根据对储气井失效形式的分析，提出了包括资料 审查、宏观检验、壁厚测定、强度校核储气井定期检 验方法，对储气井安全运行提出了日常检查、定期检 查及定期排污方面的安全管理要求，为天然气储气井 检验检测和安全管理提供参考。
(收稿日期：2019-04-05 )
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