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 大港油田CNG加气站储气系统设计及工艺技术
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6口(套)、总储气量为10m3/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。 |
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