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大港油田CNG加气站储气系统设计及工艺技术


大港油田 CNG 加气站储气系统设计及工艺技术---论文作者:何鑫

陈刚 王雷

摘要: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, 文中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。并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先进思路。 关键词:CNG 储气系统 大港油田 储气井 工程设计 安全性 引 言 随着我国西气东输工程的投入使用,CNG 技术在各地的应用更加广泛。据专家 预测,未来十年里,CNG 市场潜力巨大,CNG 加气站将在现有的基础上猛增 10 倍至 15 倍。 作为 CNG 加气站的主要部分─高压储气系统,由于储存压力高(25MPa),受压面 积大,且安放在地面上,安全问题已引起人们的高度重视。在其质量和安装施工 中任一环节出现问题都将造成恶性爆炸事故。 一、CNG 加气站储气系统的主要类型及特点 储气系统因其内部所储存的 25MPa~30MPa 的 CNG(压缩天然气)而成为安全技 术考虑的重中之重。在储气设备的布置方式、安全可靠性评价、工艺制造以及材 质方面都有着特殊要求。目前,国内外储气装置的形式有三种:一种是采用大容 积储气罐储气;另外一种是采用储气瓶(60L 或 80L),用管线串联成组储气;第 三种是采用地下储气井储气,这种方式在四川使用较多。三种方式各有其特点: 大容积储气罐储气:将 CNG(压缩天然气)储存在球形或者圆柱形的储气罐中,水 容积 2m3~6m3,于上世纪 90 年代后期广泛使用,优点是管阀联结点少,泄漏 因素较低,具有较好的安全性,缺点是爆炸事故发生时,地面冲击波的辐射范围 大、强度大。 储气瓶储气:将若干储气瓶按不同压力分级布置,单瓶容积多为 60L 至 80L,材 质多为无缝优质钢或具有防火功能的缠绕树脂纤维,优点是经济、灵活、建设成 本低;缺点是供气阻力大、管阀漏点多,增加了不安全因素。 地下储气井储气:是将 CNG(压缩天然气)储存在地下储气井内,一般单井水容积 2m3~3m3,采用进口钢材质的套管和钢筋混凝土固井技术,优点是安全牢固、 减少占地、 爆炸事故发生时减少地面冲击波范围和强度,缺点是耐压试验无法检 验强度和密封性、 制造缺陷不能及时发现、 排污不彻底容易对套管造成应力腐蚀。 二、大港油田 CNG 加气站储气系统的确定 CNG 地下储气井技术是将压缩天然气通过石油、天然气钻井特殊工艺储存在地 下 80m-200m 深处,彻底杜绝了地面的安全隐患,避免再建“虹桥”。CNG 地下 储气井技术还有成本低,占地面积小,恒温,抗静电,建成工期短等显著特点。 目前大容积储气罐与地下储气井投资相差不大,鉴于储气井具有占地小,地上连 接简单, 泄漏点少等适应大港油田实际情况的优点,同时随着近几年储气井的技 术逐渐完善, 北方地区也在逐步推广采用该项技术,如果在地质条件允许的前提

下,采用储气井储气是一种比较理想的形式。 三、大港油田储气井工程设计 1、储气井规格 CNG 母站:其工程量为安装直径 177.8mm、单井井深 100m 的地下储气井装置 6 口(套)、单井水容积为 2m3、总储气量为 12m3/水容积。 CNG 常规站: 其工程量为安装直径 177.8mm、 单井井深 84m 的地下储气井装置 3 6 口(套)、总储气量为 10m /水容积。 2、储气井工艺: 该储气井用于储存天然气硫化氢含量<15mg/m3,露点-54℃的微腐蚀性气体, 储存压力≤25.0MPa 的新建、改建、扩建的 CNG 充气站,高压民用气储存以及 液化气储存。 储气井额定工作压力为 25MPa。 为尽可能多的使用储存气, 宜按 1: 2:3 容积比分为高、中、低压三组,每个储气井设进、排气口、排污阀和压力 表,为使井内气体随时保持干燥,储气井设有排液管。 3、储气井结构施工: 储气井采用钻井方式将储气井井管埋于地下,井口高于该处地面 300mm~ 500mm。储气井井底需用井底封头堵死,井口用特制井口封头封堵,全井工艺 符合 GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》及中华人民共和国石油 天然气行业标准 SY/T6535-2002 《高压气地下储气井》 要求及中国成达化学工程 公司设计要求。其中套管的连接采用螺纹连接,螺纹采用 API 标准套管园螺纹, 采用套管密封加脂聚四氟乙烯密封带密封。 4、地质泥浆设计: 根据大港油田的现场工程地质情况(0m~35m), 为达到快速安全、 优质及低成本 无污染钻井,选用清水或聚合物为主的无固相钻井液,以 40~60 目筛布控制密 度 1.04g/cm3。每 10m 取样分析地层变化,以预测 35m 以下井段地层情况。如 配制优质轻泥钻进,密度应≤1.15g/cm3,粘度 80s~100s,失水 10ml,含砂量 ≤0.5%, 以保证钻屑的完整带出及清水泵的正常运转, 确保地下井管的顺利安装。 5、安装井管: 下套管时应按岗位分工作好劳动组织工作,井管卸车、上井严禁猛击、猛撞,必 须带好护丝, 密封脂必须抹均匀, 缠好生胶带, 扶正后卡好液压大钳, 严防错扣, 按标准扭矩 7″套管壁厚 10.36mm,最佳 8239N·m,最小 6182N·m,最大 10295N·m,上扣扭矩符合国家现行标准《下套管作业规程》的规定,否则视为 报废,必须更换新井管。 6、强度试压 强度试压工作顺序:井口安装完毕,向套管内注入清水,试压泵缓慢加压 20MPa 稳压 15min,观察压力下降,再加压至 37.5MPa 稳压 30min,泄压至 26.5MPa, 压降≤1%合格,在温度恒定不变的情况下,压降为零。 7、完井及气密性检测: CNG 站工程全部竣工并具备增压时,进行气密性试验,用压缩天然气注入井内 替出井内清水, 缓慢加压至规定压力的 10%, 保压 5min~10min 进行初次检查, 继续升压至 50%,无异常后,按 10%逐级升压至 25.0MPa,经 8h 气体温度恒 定后,稳压 4h 无压降为合格,将干躁后的压缩天然气循环注入井内置换湿气, 置换二次即可投入使用。

四、大港油田 CNG 站储气井工艺流程 大港油田压缩天然气站工程包括一座 CNG 母站(设计规模为 5× 104m3/d)一座 CNG 常规站(设计规模为 1× 104m3/d),其功能低压气源经净化、加压到 25MPa 进入地下储气井,从地下储气井取气,给天然气汽车及转运拖车加气(如图 1)。 其中储气井工程包括母站 6 口井、12m3 水容积,常规站 6 口储气井、10m3 水容 积。

储气装置组成及技术参数: 大港油田 CNG 站设计应用的储气井是目前最新型的储气装置,它主要由井底封 头、储气井管、储气井口、进(排)气阀、压力表、井下积液排污管、排污阀等组 成(如图 2),其技术参数如表 1。 该储气装置采用独特的单进出、 双阀设计、避免了在使用中为更换阀门而必须排 放完天然气的弊端,达到使用经济、方便、安全的效果。

五、CNG 储气井技术的发展前景 地下储气井在 CNG 加气站保障供气安全上具有不可代替的作用,地下储气井的 建设受到许多地区的重视, 而且各地方都把地下储气井的建设作为天然气上下游 一体化工程的一个重要组成部分进行总体规划。各 CNG 站在不断加大储气井的 建设力度,以增加储气量。除常规的调峰应急外,已经开始研究建立天然气的战

略储备。地下储气井在 CNG 加气站天然气的供给上发挥着非常大的作用。据统 计,截止 2005 年国内 CNG 加气站用气量,其中约 30%是由地下储气井进行周 转供应。 大港油田发展 CNG 不但可提升经济的可持续发展,创造良好的生存环境,同时 也有利于天然气供需平衡和能源的合理利用及企业经济效益的提高。作为 CNG 站一个重要组成部分,储气井具有安全牢固、占地少、爆炸事故发生低等优点成 为今后 CNG 发展重点, 特别在天然气储备和应急安全上起到越来越重要的作用。


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