CNG加氣站儲氣井建設(shè)

             上海申弘閥門有限公司

1 前言

我國汽車用CNG技術(shù)，自80年代真正發(fā)展、應(yīng)用起來后，對于天然氣代替汽油作為汽車燃料的優(yōu)點(diǎn)已被人們所共知。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。 天然氣以甲烷為主，只有少量其他成分。汽車驅(qū)動用時，尾氣排放中CO、CH、NOx和COx等有害化合比汽油為燃料的汽車尾氣分別降低70%、70%、80%、30%以上，環(huán)保效益十分顯著。天然氣價格比汽油便宜，1Nm3NG相當(dāng)于1.12L汽油，可以降低運(yùn)輸成本40%左右。H/C值高達(dá)4左右，有較高的辛烷值(約為130)，使用起來發(fā)動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、冷啟動性能良好，噪音低，不產(chǎn)生焦油，不積碳，運(yùn)動部位潤油油破壞程度小，磨損減少，不必經(jīng)常更換火花塞，汽車大修里程能提高20%左右，可降低汽車維修費(fèi)用約50%，延長汽車發(fā)動機(jī)的使用壽命。對于緩解能源供需結(jié)構(gòu)不平衡性的矛盾，促進(jìn)區(qū)域性經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展有著十分重要的意義。因此，CNG技術(shù)能在全國范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用與推廣。

2 國內(nèi)CNG加氣站儲氣現(xiàn)狀

隨著天然氣事業(yè)的不斷發(fā)展，CNG加氣站儲氣技術(shù)得到不斷完善與提高。目前，上儲氣方案主要有DOT (Department of Transportation美國運(yùn)輸部)儲ASME (American Society of Mechanical Engineer美國機(jī)械工程師協(xié)會)容器單元、地下儲氣井3種方式可供選擇。

2.1 DOT儲氣瓶組

設(shè)計(jì)壓力為25MPa，初期投資較低，一般不作為地面存儲；但其安全系數(shù)相對比較低，占地面積大，運(yùn)行維修成本費(fèi)用高，每3年必須把單元拆開，需對每只氣瓶進(jìn)行水壓試驗(yàn)，沒有結(jié)構(gòu)整體性，容器多，接頭多，泄漏危險大。

2.2 ASME容器單元

設(shè)計(jì)壓力27.6MPa，安全系數(shù)較DOT儲氣瓶組高，通常采用地面存儲；其占地面積小，初期投資較高，運(yùn)行維修成本費(fèi)用低，容器數(shù)量少，接頭少。

2.3 地下儲氣井

設(shè)計(jì)壓力為32MPa，額定工作壓力25MPa。儲氣井深度一般為100m(目前，國內(nèi)單井深達(dá)500m)；初期投資高，運(yùn)行維修成本費(fèi)用低，安全可靠性好，使用年限高達(dá)25年以上，其缺點(diǎn)是制造缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)，排污不*，容易對套管造成應(yīng)力腐蝕。

目前，在國內(nèi)應(yīng)用較多的儲氣方案為ASME容器單元儲氣和地下儲氣井方式。在CNG儲氣方案中儲氣井是的一種儲氣方式。

3 CNG加氣站地下儲氣井工藝設(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)符合國家及行業(yè)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：《汽車用燃?xì)饧託庹炯夹g(shù)規(guī)范》CJJ84、《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB500156、《石油井口裝置》GB3165、《高壓氣地下儲氣井》SY/T 6535；

(2) 儲存介質(zhì)：應(yīng)符合車用壓縮天然氣GB 18047中規(guī)定的天然氣：H2S≤15mg/m3，露點(diǎn)＜54℃；儲存壓力≤25MPa。

(3) 儲氣井設(shè)計(jì)壓力32MPa，額定工作壓力25MPa。為了提高儲氣井采氣率，一般采用按1:2:3或1:1:1容積比分為高、中、低壓3組；

(4) 儲氣井需設(shè)進(jìn)氣口、排氣口、排污閥、壓力表和安全閥；為使井內(nèi)氣體隨時保持干燥，還需設(shè)排液管；

(5) 儲氣井平面布置要合理，工藝流向直觀，安裝方便。

4 CNG加氣站地下儲氣井施工

4.1 工程施工的準(zhǔn)備

4.1.1 鉆井施工主要設(shè)備

儲氣井淺層鉆機(jī)及配件1套、泥漿泵1臺、液壓鉗1套、試壓泵1臺。

4.1.2 工程安裝材料

(1) 儲氣井主材的選用應(yīng)符合《高壓氣地下儲氣井》SY/T 6535中規(guī)定要求，井筒采用符合API Spec 5CT(American Petroleum Institute Spec 5CT，美國石油學(xué)會套管和油管規(guī)范)的要求，直徑一般為177.8mm～244.5mm，套管鋼級應(yīng)為TP80CQJ，一般選用N80級油氣田開采上用的石油套管；

(2) 井口、井底封頭選用30CrMo或35CrMo鍛件加工制作。也有采用1Crl8Ni9Ti，但要求疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)不小于2.5×104次，封頭材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于880MPa，實(shí)際屈服強(qiáng)度比不超過0.90；

(3) 閥門根據(jù)用途不同，一般選用進(jìn)口不銹鋼針形閥、球閥或截止閥、安全閥，材質(zhì)為S316、不銹鋼：抗震壓力表(Y-100/40MPa)。

4.2 儲氣井結(jié)構(gòu)施工流程

(1) 儲氣井采用鉆井方式將儲氣井套管埋于地下，井口裝置高于設(shè)計(jì)地面300mm～500mm；

(2) 儲氣井井底需用井底封頭堵死，井口用特制井口封頭封堵，封頭內(nèi)外均采用防銹漆或聚氨酯材料進(jìn)行防腐；若遇地層腐蝕性特強(qiáng)，可適當(dāng)考慮進(jìn)行犧牲陽極保護(hù)。

(3) 整個儲氣井系統(tǒng)采用API標(biāo)準(zhǔn)圓螺紋連接方式；全井井斜程度應(yīng)控制在≤20范圍內(nèi)。

(4) 套管與管箍采用套管密封加套管密封脂密封，密封脂必須涂抹均勻，纏好生料帶。扶正后用液壓鉗卡好，嚴(yán)防錯扣。

(5) 管作業(yè)完成后，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)介質(zhì)采用水，要求水質(zhì)清潔，無腐蝕性；井口安裝完畢，向套管內(nèi)注入清水，用試壓泵緩慢加壓至20MPa后，穩(wěn)壓20min，觀察壓力降，確認(rèn)無明顯持續(xù)壓降后，再加壓至37.5MPa，穩(wěn)壓4h，確認(rèn)無明顯持續(xù)壓降，泄壓至26.5MPa，壓降≤1%為合格；

(6) 強(qiáng)度試驗(yàn)完畢后，進(jìn)行固井作業(yè)。采用石油鉆井固井工藝，配置低密度水泥，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況做水泥漿初凝試驗(yàn)，水泥漿經(jīng)循環(huán)后填滿整個井壁環(huán)形空間，并從套管外返出地面，回收洗井液；代水泥漿固后，需補(bǔ)灌高密度水泥砂漿至地面。

(7) 下排液管：排液管一般選用ф14-фl8無縫鋼管或不銹鋼復(fù)合管，能可靠下到井底、排液*、承壓高、不易變形，牢固可靠，檢修方便；排液管下端以距井底50mm～100mm為宜，

(8) 井口安裝。壓力表應(yīng)安裝在醒目、易察處、方便識別的地方；閥門安裝應(yīng)便于操作。

(9) 儲氣井系統(tǒng)確認(rèn)安裝完畢后，進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。用壓縮天然氣注入井內(nèi)，緩慢置換出井內(nèi)清水，加壓至，保壓15min左右并進(jìn)行初次檢查，繼續(xù)升壓至12.5MPa，無異常后，按2.5MPa逐級進(jìn)行升壓，至25MPa，經(jīng)8h氣體溫度恒定后，穩(wěn)壓16h無明顯壓降為合格。將干燥的壓縮天然氣循環(huán)注入井內(nèi)置換濕燃?xì)猓脫Q二次以上便可交付使用。

4.3 工程施工過程中應(yīng)注意事項(xiàng)

(1) 為達(dá)到快速、安全、、低成本、無污染鉆井，適當(dāng)選用無固相鉆井液，隨時觀察，判斷地層地質(zhì)情況，并做好記錄，做好具體的應(yīng)對措施；

(2) 要制定相應(yīng)環(huán)境保護(hù)措施，生產(chǎn)污水要及時回收，如使用聚丙烯銑銨等固相材料的，則需就地按規(guī)定用水泥固化或化學(xué)處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再行排放；

(3) 固井需加Cacl2催凝，鉆進(jìn)中若遇漏層，應(yīng)準(zhǔn)備好蓄水池。與本文相關(guān)的論文有：安全閥定期檢驗(yàn)辦事指南