一种地下储气井安全状况等级评定方法

摘要

本发明公开了一种地下储气井安全状况等级评定方法，制定具体检验评定项目，评定项目包括外部宏观、井口螺纹腐蚀损坏、材质、内腐蚀、外腐蚀减薄、裂纹、固井、耐压试验、气密性试验。并根据各项目的检验情况，分别进行评定，以其中项目等级最低者作为储气井安全状况评定级别。解决了现有固定式压力容器安全状况评价方法对地下储气井缺乏针对性，适用性不强，缺乏可操作性的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及承压类特种设备技术领域，具体地说，涉及一种地下储气井安全状况等级评定方法。

背景技术

地下储气井是我国特有的技术，是一种兼具有压力容器、气瓶、油气井、压力管道特点的地下立式管状承压设备，工作压力达到25MPa，属于高压容器，多用于城市车用天然气充装或民用调峰站。随着储气井使用周期的增长，地下储气井开始出现失效或损伤情况，主要表现形式是CNG泄露、套管腐蚀减薄，套管爆裂和地上井口装置上窜或套管下沉，因此对储气井进行定期安全检验与安全性能评价是非常必要的。然而有关储气井的标准和法规却严重的滞后，目前尚无具体的定期检验的规程和安全状况等级评定的方法，仅参照TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的定期检验部分进行检验和评级。但《固定式压力容器安全技术监察规程》针对的是地上固定式压力容器，主要针对材料问题，结构问题，表面裂纹及凹坑，变形、机械接触损伤、工卡具焊迹及电弧灼伤，咬边，腐蚀，错边量和棱角度，焊缝埋藏缺陷，母材分层，鼓包，绝热性能，耐压试验这些项目进行评价。而地下储气井不是采用焊接结构，而是采用螺纹连接而且埋于地下，所以该评定方法对地下储气井缺乏针对性，适用性不强，缺乏可操作性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种地下储气井安全状况等级评定方法，制定具体检验评定项目，评定项目包括外部宏观、井口螺纹腐蚀损坏、材质、内腐蚀、外腐蚀减薄、裂纹、固井、耐压试验(含强度校核)、气密性试验。并根据各项目的检验情况，分别进行评定，以其中项目等级最低者作为储气井安全状况评定级别。解决了现有安全状况评价方法对地下储气井缺乏针对性，适用性不强，缺乏可操作性的缺点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，其技术方案具体为：

一种地下储气井安全状况等级评定方法，包括以下步骤：

步骤1

对储气井进行外部宏观检查，发现储气井有轻微冒井或沉井的，安全等级评定评为4级。有严重的冒井或沉井的，直接评为5级。

步骤2

对储气井井口螺纹进行检查，井口装置与井筒接箍内螺纹有轻微腐蚀或丝扣损坏1至2扣的，安全等级评定评为4级。有严重腐蚀的或丝扣损坏2扣以上的，评为5级。

步骤3

对储气井材料进行检查，储气井主要受压元件材料与原设计不符、材质不明或者材质劣化的按照以下要求进行安全状况评定。

材料与原设计不符，材质明确，按照步骤6进行强度校核并评级；材质不明，按照同类材料的最低强度，依步骤6进行强度校核并评级；发现材质劣化，安全状况等级评为4级。

步骤4

对储气井进行井下电视检测，发现内表面全面覆盖着氧化皮且几乎没有铁锈的，评为1或2级；发现内表面已发生锈蚀且部分氧化皮已经剥落的，评为3级；发现内表面氧化皮剥落且存在少量点蚀的，评为4级；发现内表面氧化皮剥落且已普遍发生点蚀的，评为5级。

步骤5

对储气井进行开挖或内检测，套管内外表面存在裂纹的，评为5级。

步骤6

对储气井井筒腐蚀超声波测厚，发现局部腐蚀或均匀腐蚀，如果按照6年最小剩余壁厚强度校核合格的，评为1级；以此类推，通过5年剩余壁厚强度校核的，评为2级，通过3年剩余壁厚强度校核的，评为4级，通过2年及以下剩余壁厚强度校核的，评为5级。

步骤7

对储气井进行竣工资料审查，没有进行水泥固井或固井不合格且没有进行钢筋混凝土加固的，评为4级。没有进行水泥固井或固井不合格但进行了钢筋混凝土加固并经加固强度校核合格的，评为2级。

步骤8

对储气井进行耐压试验，属于储气井本体原因，导致耐压试验不合格的，评为5级。

步骤9

对储气井进行气密性试验，气密性试验不合格的，评为5级。

步骤10

储气井安全状况等级评定根据上述步骤1～9检验结果综合评定，以其中项目等级最低者作为评定级别。

步骤11

根据储气井安全状况等级，在地下储气井设计寿命内，下次的全面检验周期由下列规则确定；

(1)安全状况等级为1级的，每6年检验一次；

(2)安全状况等级为2级的，每5年检验一次；

(2)安全状况等级为3级的，每4年检验一次；

(3)安全状况等级为4级的，监控使用，其检验周期由检验机构确定。累计监控使用时间不得超过3年，在监控使用期间，使用单位应当采取有效的监控措施。

(4)安全状况等级为5级的，应当对缺陷进行处理，否则不得继续使用。经改造或者修理的地下储气井，按照改造或者修理结果重新进行安全状况等级评定。

进一步，步骤3中所述的受压元件为封头，封底和套管。

进一步，步骤6中所述的最小剩余壁厚为实测壁厚最小值减去至下次最长检验周期6年的腐蚀量。

进一步，步骤6中所述的强度校核包括静强度校核和疲劳强度校核两部分。

其中静强度校核部分：

查API Spec 5CT《套管和油管规范》，得到材料的力学性能指标，屈服强度σ_s和抗拉强度σ_b；参照JB4732-1995(2005确认)许用应力：

σ_m＝min(σ_s/1.5，σ_b/2.6)，根据超声测厚数据T和检验周期n，计算腐蚀速率η。根据腐蚀速率计算下次检验周期时的剩余壁厚t＝T-n·η。计算应力

σ＝P(D_o-t)/2t，其中P表示允许工作压力，D_o表示储气井套管外径；

若σ＜σ_m，套管剩余壁厚强度满足使用要求。

疲劳强度校核部分：

应力循环按10～25MPa计算，

低应力工况下，筒体计算应力σ_L＝P_L(D_o-t)/2t；

高应力工况下，筒体计算应力σ_H＝P_H(D_o-t)/2t；

应力强度幅度S_a＝(σ_H+σ_L)/2；

根据该材料的疲劳S-N曲线，以SY/T6535-2002规定的疲劳循环次数(使用时间)25000次(25年)进行评价，对照S-N曲线，查询循环25000次对应的疲劳强度[Sa]，若S_a＜[Sa]，筒体剩余壁厚的疲劳强度满足使用要求，否则不满足。

本发明具有以下有益效果：

本发明针对地下储气井的特点、工况和失效损伤模式，采用必要的检验评定方法，克服了现有储气井安全状况等级评定没有具体可操作性的评级的缺点。为地下储气井的定期检验中安全状况等级的评定提供了可靠有效的手段。地下储气井的检验周期根据安全状况等级评定结果确定，避免了过度检验或检验不足，实现了经济性与安全性的统一，保证了地下储气井的安全使用和人民生命财产的安全。

附图说明

图1为地下储气井安全状况等级评定方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，一种地下储气井安全状况等级评定方法，安全状况等级分为1～5级，包括以下步骤：

步骤1

对储气井进行外部宏观检查，发现储气井有轻微冒井或沉井的(10cm以下)，安全等级评定评为4级。有严重的冒井或沉井的(10cm及以上)，直接评为5级。

步骤2

对储气井井口螺纹进行检查，井口装置与井筒接箍内螺纹有轻微腐蚀或丝扣损坏2扣(含)以下的，安全等级评定评为4级。有严重腐蚀的或丝扣损坏2扣以上的，评为5级。

步骤3

对储气井材料进行检查，储气井主要受压元件(封头，封底和套管)材料与原设计不符、材质不明或者材质劣化的按照以下要求进行安全状况评定。

材料与原设计不符，材质明确，按照步骤6进行强度校核并定级；材质不明，按照同类材料的最低强度，依步骤6进行强度校核并定级；发现材质劣化，安全状况等级评为4级。

步骤4

对储气井进行井下电视检测，发现内表面全面覆盖着氧化皮且几乎没有铁锈的，评为1或2级；发现内表面已发生锈蚀且部分氧化皮已经剥落的，评为3级；发现内表面氧化皮剥落且存在少量点蚀的，评为4级；发现内表面氧化皮剥落且已普遍发生点蚀的，评为5级。

步骤5

对储气井进行开挖或内检测，套管内外表面存在裂纹的，评为5级。

步骤6

对储气井井筒腐蚀超声波测厚，发现局部腐蚀或均匀腐蚀，如果按照最小剩余壁厚(实测壁厚最小值减去至下次最长检验周期(6年)的腐蚀量)强度校核合格的，评为1级；以此类推，通过5年剩余壁厚强度校核的，评为2级，通过3年剩余壁厚强度校核的，评为4级，通过2年及以下剩余壁厚强度校核的，评为5级。

步骤7

对储气井进行竣工资料审查，没有进行水泥固井或固井不合格且没有进行钢筋混凝土加固的，评为4级。没有进行水泥固井或固井不合格但进行了钢筋混凝土加固并经加固强度校核合格的，评为2级。

步骤8

对储气井进行耐压试验，属于储气井本体原因，导致耐压试验不合格的，评为5级。

步骤9

对储气井进行气密性试验，气密性试验不合格的，评为5级。

步骤10

储气井安全状况等级评定根据上述(1)～(9)检验结果综合评定，以其中项目等级最低者作为评定级别。

步骤11

根据储气井安全状况等级，在地下储气井设计寿命内，下次的全面检验周期由下列规则确定。

(1)安全状况等级为1级的，每6年检验一次；

(2)安全状况等级为2级的，每5年检验一次；

(2)安全状况等级为3级的，每4年检验一次；

(3)安全状况等级为4级的，监控使用，其检验周期由检验机构确定。累计监控使用时间不得超过3年，在监控使用期间，使用单位应当采取有效的监控措施。

(4)安全状况等级为5级的，应当对缺陷进行处理，否则不得继续使用。经改造或者修理的地下储气井，按照改造或者修理结果重新进行安全状况等级评定。

实施例

某地下储气井，经外部宏观检查，不存在冒井或沉井，该项目安全状况等级为1级；经井口螺纹检查，螺纹丝扣损坏2扣，该项目安全状况等级为4级；对材料进行检查，不存在问题，该项目安全状况等级为1级；井下电视检测，发现全面覆盖氧化皮无任何铁锈，该项目安全状况等级为1级；对储气井进行内检测，不存在裂纹，该项目安全状况等级为1级；对储气井超声测厚，通过3年剩余壁厚强度校核，该项目安全状况等级为4级；对固井资料进行检查，发现没有进行水泥固井但进行了钢筋混凝土加固并经加固强度校核合格，该项目安全状况等级评为2级；耐压试验和气密性试验均合格，这两个项目安全状况等级为1级；综合上述评级结果，该储气井的安全状况等级最终评定为最低的4级，应监控使用，下次检验的周期检验机构可以确定为1～3年。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。