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CNG加气站地下储气井的实践和发展
中国天然气汽车的发展历程充分说明,天然气汽车加气站储气方式的多样化和储气技术的完善和提高,是天然气汽车产业发展的基础。 CNG加气站的储气,从储气方式看,80年代是地面储气瓶储气,到90年代中期四川开发出了地下井式储气;从地面储存容器上看,既有小气瓶组,也有大型气瓶组,四川还开发了大型焊接储存容器。这些储存方式和储存容器的开发,促进了天然气汽车产业的发展。 CNG加气站的高压储气系统,国内外以前一般采用的是高压地面储存装置。由于都是高压容器,多数又安装在地面,对产品质量、安装质量或维修使用要求很高,任何一个环节出现问题,都会造成恶性安全事故;地面储气占地面积较大。尤其在大中城市建设CNG加气站这些问题更显突出。 于是,我们利用石油系统成熟的钻井、储存与生产技术、经验相结合,采用地下井储存高压天然气的方式。 我们首先在华油天然气股份有限公司的荣县CNG加气站应用钻井工艺,打井储气。首批地下储气井投产后,在总结经验的基础上,又在华油天然气股份有限公司的7个CNG加气站上扩大使用,使储气井的工艺技术不断完善和提高。由于储气井储气与气瓶储气相比,优点突出,很受欢迎,于是迅速在自贡、内江、宜宾、隆昌、泸州、重庆、大足推广。近几年,该项技术得到了进一步的完善和提高,并推广到广汉、绵阳、德阳、成都、新都、新疆、上海等地,深受用户的好评,现已在40个CNG加气站打储气井240口,全部投产一次成功。最早的储气井已安全使用8年,至今无一安全事故。99年被四川省人民政府评为“99四川名优特新博览会‘金奖”称号。实践证明,地下储气井是CNG站经济适用、安全可靠的高压储气方式。国家建设部已将此技术列入行业标准CJJ84-2000《汽车用天然气加气站技术规范》中,并以建标[2000]83号通知自2000年7月1日起强制执行。 一、储气井安全可靠。 地下储气井是通过钻井、下套管、固井按石油钻井规程完成的一套石油钻井工艺成果。中国的天然气工业已有四十多年历史,如自贡被国务院命名为“功勋气井”的自二井已产气45亿立方米天然气,H2S含量(80mg/m3),每日带水近70立方米的恶劣生产环境下已连续使用三十多年,至今该井还以每天6万方产气量正常生产。川东地区的气井压力多在40-50MPa,H2S含量平均2-4克/m3,井深4000-5000米,上百口井,已安全生产几十年。 储气井采取钻井下套管的方式将气井井身埋于地下,井口只留下进、出气、排污及压力表系统。一口深度为100米(经济井深)的储气井可存储500-1000立方米天然气,一座日产10000-15000立方米的加气站需打6口储气井。储气井储气能力大,占地面积小,操作简便,安全可靠,而且运行费用低,是目前川渝两地和许多省外CNG站储气方式的首选方案之一。 (一)设计原则 CNG加气站地下井储气执行CJJ84-2000J22-2000《汽车用燃气加气站技术规范》及GB3165《石油井口装置》做到安全、经济。 (二)储气井工艺设计 CNG加气站储气井分三组设置:分别为高压组、中压组、低压组;设计压力32MPa,额定工作压力为25MPa。井身结构:井深为80-150米,套管上、下底封头与套管采用管箍连接,封头采用优质碳素钢材、套管底封头腐蚀裕量大于5mm,套管与井底、井壁空间用水泥浆固井。储气井井口设进出排气口;为排除井内积液,从井口下排液管至井底,通过气压排液;经脱硫、增压、深度脱水后的天然气从井口进气端输入井内,从井口排气端输出,充装CNG汽车。 (三)储气井力学分析和评估 经过中国成达化学工程公司(化八院)使用NASTRAN软件,对储气井结构进行全面力学分析,完全达到设计要求。 (四)材料选择 1.套管 套管选用N80钢级以上的石油套管。该型套管是为了满足石油、天然气勘探开发设计的抗硫专用套管。套管的连接采用API标准螺纹扣。采用NASTRAN软件,把储气井分为9956个单位,20803个节点进行了全面计算和评估。 7套管总体薄膜应力为: Pc(Di+δ)/2δ=25.6×(160.28+8.36)/2 ×8.36 =258.20Mpa 按应力强度最大的端点分析结论如下:
应力分类 强度校核 评定结果 总体薄膜应力 S1=258.20<KStm =278.47MPa 通过 局部薄膜应力 S2=261.01<1.5KStm =417.70MPa 通过 2.井底封头 井底封头选用30CrMo锻件加工制作,采用API标准螺纹与套管连接。井底封头总体薄膜应力为: Dc(Di+S)/48=25.6×(160十20)/4×120=57.60MPa 按
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