地下天然氣儲氣井的現(xiàn)狀與前景

石 坤 段志祥 陳祖志 劉再斌

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

地下天然氣儲氣井的現(xiàn)狀與前景

石 坤 段志祥 陳祖志 劉再斌

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

儲氣井是一種壓力容器，也是地下壓力容器的典型代表。由于開發(fā)儲氣井的理念來源于油氣井，因此儲氣井具有常規(guī)壓力容器所不具備的特性并存在很多先天不足。文章針對儲氣井的現(xiàn)狀，剖析了儲氣井在材料、設(shè)計、制造、檢驗檢測等各環(huán)節(jié)存在的問題，并對儲氣井的健康發(fā)展提出了改進(jìn)建議。

儲氣井特性 安全隱患問題 現(xiàn)狀 改進(jìn)建議

天然氣汽車以天然氣替代汽油作為汽車燃料，可大大減少有害物質(zhì)和溫室氣體的排放，對城市環(huán)境的改善有顯著作用。天然氣汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，也推動了CNG加氣站的大量建設(shè)。近幾年來，全國每年新建的加氣站均達(dá)數(shù)百座。

儲氣設(shè)備是汽車加氣站的重要設(shè)施，常用的有三類，分別是儲氣瓶、儲氣罐和地下儲氣井。與儲氣井相比，儲氣瓶和儲氣罐的制造工藝非常成熟，因此早期應(yīng)用的比較多。而儲氣井是在上世紀(jì)90年代初才被提出，相對于儲氣瓶和儲氣罐，儲氣井具有占地面積小、安全間距短、失效范圍小、無靜電、后期運營費用低等突出優(yōu)勢，因此一經(jīng)推廣，立刻引起了廣泛關(guān)注。經(jīng)過二十年的發(fā)展，目前儲氣井已成為新建汽車加氣站的首選儲氣設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國各地制造的儲氣井?dāng)?shù)量已超過8000臺。

1 儲氣井的特點

儲氣井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由井筒、井口裝置、井底裝置、排污管、固井水泥環(huán)、表層套管、扶正器等組成。井筒是由多根無縫鋼管通過接箍依靠螺紋連接的管串，井口裝置上設(shè)計有進(jìn)出氣管和排污管，與采油樹有些相似，而井底裝置有不開口和開口之分，這主要與固井工藝有關(guān)，不開口的井底封頭類似于管帽，而開口的井底封頭要復(fù)雜很多，其中裝有單向閥。目前，所有在用儲氣井的深度都在40～300m之間。井筒鋼管有兩種規(guī)格，分別為DO177.8×10.36mm和DO244.5×11.99mm。

儲氣井的顯著特點如下：

1）在特征方面。儲氣井具有油氣井、容器、管道和氣瓶的綜合特點。其制造技術(shù)來源于油氣井，而從壓力、容積和介質(zhì)判斷又屬于壓力容器。其結(jié)構(gòu)屬于管式結(jié)構(gòu)，而其反復(fù)充放氣的特征又決定了具有氣瓶的特點。

2）在材料方面。無論是金屬材料、水泥材料，還是密封材料，都來自于油氣井，而非壓力容器用材。

就井筒而言，儲氣井一直都在使用石油套管，而石油套管是油田中作為采油、采氣的通道，具有一定的抗內(nèi)壓和抗擠壓的能力，但它不是作為壓力容器用材設(shè)計用材。

3）在設(shè)計方面。因為儲氣井選用的是標(biāo)準(zhǔn)管，其規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式都已固定，按鋼級選定即可。加之以往設(shè)計還存在一些缺陷和漏洞，因此可以說，儲氣井還沒有真正意義上的設(shè)計，更不要提諸如防腐、抗疲勞等設(shè)計要求了。

4）在制造技術(shù)方面。儲氣井來源于油氣井，無論是鉆井工藝、組裝工藝還是固井工藝，幾乎都是沿用油氣井的技術(shù)。

5）在連接方式方面。無論是鋼管之間，還是井筒與井口裝置及井底裝置之間采用的都是螺紋連接。螺紋連接雖然簡單易行，但致密性要較焊接差很多。表1給出了兩種連接方式的對比。

表1 螺紋連接與焊接的對比

6）在結(jié)構(gòu)方面。儲氣井的井管為無縫鋼管又無需焊接，因此殘余應(yīng)力較小，但由于采用接箍連接，因而會造成較大的裝備應(yīng)力，可在接箍連接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。同時，儲氣井屬于薄壁壓力容器，可視為只承受局部拉應(yīng)力。此外，由于裸眼井井身的原因會使井筒產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。

7）在外部環(huán)境和腐蝕方面。儲氣井顯著區(qū)別于常規(guī)壓力容器。常規(guī)壓力容器基本上都是安裝在地面以上，所處的外部環(huán)境為大氣。一般而言，大氣因其組分含量不同而有不同的腐蝕性，但總體而言腐蝕性較弱，其腐蝕主要來自于內(nèi)部介質(zhì)。而儲氣井身處地下，外部環(huán)境為淺表地層。地層中有土壤、沙石、各類化合物和細(xì)菌以及暗河，會對儲氣井造成較重的外部腐蝕，幾千臺儲氣井的檢測實踐已證明了這點。此外，雖然設(shè)計沒有考慮大氣溫度對儲氣井井筒金屬溫度的影響，回避了“最低設(shè)計金屬溫度不得高于歷年來月平均最低氣溫的最低值”的要求，但經(jīng)實際檢測其運行溫度都不低于-9℃，在“增溫帶”內(nèi)存還在2～7℃/100m的溫度梯度，因此可以認(rèn)為在300m深范圍內(nèi)儲氣井處于常溫狀態(tài)。

8）在防腐方面。儲氣井與常規(guī)壓力容器又有很大不同。一般容器會采用涂層、防腐層來抵御外部腐蝕，而采用堆焊層、襯里、噴涂或復(fù)合材料的方式防止內(nèi)部腐蝕。而儲氣井主要遭受外部腐蝕，防腐的方式也是借用的油氣井技術(shù)-水泥固井，表2給出了二者不同。

表2 儲氣井與常規(guī)壓力容器在防腐方面的不同

9）在質(zhì)量控制方面。因儲氣井安裝在地下，鋼管和其它裝置等都需強(qiáng)力組裝，環(huán)空需水泥固井，因此對一次性制造質(zhì)量要求高，不易修理、維護(hù)。

圖1 儲氣井結(jié)構(gòu)示意圖

2 儲氣井的現(xiàn)狀

2.1 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方面

1）《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《固容規(guī)》）、GB 150和JB 4732是我國對壓力容器監(jiān)管的最高層次的技術(shù)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它們適用的范圍主要為地上壓力容器，或者說是外部環(huán)境為大氣環(huán)境而非地層接觸的壓力容器。在腐蝕損傷方面，《固容規(guī)》、GB 150和JB 4732所適用范圍的壓力容器（以下稱“常規(guī)容器”）主要遭受內(nèi)部介質(zhì)的腐蝕，因此重視內(nèi)部的防腐設(shè)計，也強(qiáng)調(diào)使用年限；“常規(guī)容器”的連接方式主要采用焊接，屬于焊接結(jié)構(gòu)；在材料方面，以上規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并沒有包含儲氣井系列材料，如N80、C95、P110等中碳低合金熱處理高強(qiáng)度鋼；此外，它們還缺少對螺紋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)則和技術(shù)要求，缺少螺紋連接結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求，缺少地下壓力容器的技術(shù)要求，規(guī)定的氣密性試驗壓力、耐壓試驗合格判據(jù)以及評級都不適用于儲氣井。因此，儲氣井處于一種“超規(guī)范、超標(biāo)準(zhǔn)”的處境。

2）嚴(yán)格地講，《壓力容器定期檢驗規(guī)則》也沒有涵蓋儲氣井，這在“釋義”中已經(jīng)說明。同時，也是因為法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不完善，以“符合性驗證”來定義結(jié)論也不適用于儲氣井。

3）SY/T 6535-2002《高壓氣地下儲氣井》已經(jīng)實施了11年，其中存在很多問題：有的引用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)報廢；沒有結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計、疲勞設(shè)計、防腐設(shè)計和腐蝕裕量說明；缺少選址詳細(xì)技術(shù)要求；未考慮今后的檢測和維護(hù)要求；沒有井管壁厚偏差技術(shù)要求；沒有材料性能詳細(xì)技術(shù)要求；指定單一材料TP80CQJ，且其非API 5CT鋼級；沒有固井質(zhì)量檢測技術(shù)要求；SY/T 5587.8《油水井常規(guī)修井作業(yè)找串封串和驗串作業(yè)規(guī)程》不是針對金屬腐蝕進(jìn)行修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)；“嚴(yán)密性試驗壓力和介質(zhì)，壓力試驗壓力，一般檢測周期為2年、全面檢測周期為6年，使用25年報廢”等都不符合《固容規(guī)》要求；標(biāo)準(zhǔn)編制也不符合壓力容器規(guī)范體系。此外，規(guī)定“最大井斜不大于2°，強(qiáng)度試驗及嚴(yán)密性試驗合格后應(yīng)對井筒內(nèi)進(jìn)行干燥，無游離水為合格”等都不具操作性，無實際意義。

4）GB 50156-2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》未對固井質(zhì)量檢測做出規(guī)定，要求進(jìn)行加固處理缺乏充分依據(jù)。

2.2 材料方面

儲氣井雖然屬性屬于壓力容器，但一直以來使用的材料都是石油套管，而非現(xiàn)有法規(guī)認(rèn)可的壓力容器材料。表3對比了《固容規(guī)》和儲氣井材料標(biāo)準(zhǔn)在一些方面不同的要求。

表3 石油套管標(biāo)準(zhǔn)與固容規(guī)[2]對材料要求的差別

從表3中的對比可以看出，儲氣井材料標(biāo)準(zhǔn)要遠(yuǎn)低于《固容規(guī)》對材料的要求，因為石油套管的設(shè)計和使用是針對油氣井的，因此它在保證一定強(qiáng)度的同時，要兼顧經(jīng)濟(jì)性，所以多采用C-Mn鋼系，而且不對材料的熔煉、成分性能等做過高要求。如果這類材料放置在地面以上使用，肯定是相悖于《固容規(guī)》的，但是在地下，由于地層會對儲氣井造成擠壓和摩擦作用，因此當(dāng)套管受內(nèi)壓膨脹時地層就會對套管產(chǎn)生壓應(yīng)力和拘束力，從而能抵消一部分內(nèi)載和拉應(yīng)力；而且，井管都是無縫鋼管，幾乎沒有缺口效應(yīng)和嚴(yán)重應(yīng)力集中現(xiàn)象。這些因素都是套管能用于儲氣井作為壓力容器的主要原因，也是“合于使用評價”的重要參考。但總體而言，石油套管作為地下壓力容器殼體材料使用還缺乏充分的數(shù)據(jù)和依據(jù)。

2.3 設(shè)計方面

設(shè)計是保障儲氣井安全的首要環(huán)節(jié)，也是保證設(shè)備優(yōu)生優(yōu)育的關(guān)鍵點。嚴(yán)格地說，早期絕大部分儲氣井的制造都未經(jīng)設(shè)計或未經(jīng)客觀、合理、科學(xué)和完整的設(shè)計。即使有的儲氣井進(jìn)行了所謂的設(shè)計，但往往也是不同地域、不同工況條件下共用一個設(shè)計。近期，國家質(zhì)檢部門加強(qiáng)了對儲氣井的安全監(jiān)察，儲氣井的設(shè)計狀況有所改善，但總的說來，仍存在較多不足之處。

1）缺乏專用理論。儲氣井經(jīng)過二十年的發(fā)展，人們對它的認(rèn)識逐漸深入、完整，把儲氣井作為壓力容器進(jìn)行管理已經(jīng)無可爭議。但是，最初創(chuàng)造儲氣井的理念并非來自于壓力容器，它所采用的建造技術(shù)、使用的材料都是來源于石油技術(shù)。而且，它不同于一般的壓力容器，儲氣井身處地下，它的外部環(huán)境發(fā)生了顯著變化；還有，材料、結(jié)構(gòu)與連接方式等都與常規(guī)容器不同，因此現(xiàn)有的一些壓力容器理論就不能完全套用于儲氣井，有些理論還有待于進(jìn)一步研究。所以，應(yīng)該針對儲氣井的特點，結(jié)合使用條件和所處環(huán)境，從材料、結(jié)構(gòu)、連接、防腐、失效等幾方面入手，建立一套適用于儲氣井的理論體系。

2）數(shù)據(jù)不足?，F(xiàn)在人們普遍認(rèn)為儲氣井也是一種疲勞設(shè)備，但到目前為止，對其疲勞載荷的認(rèn)識還不夠充分，主要原因有三點，一是儲氣井是通過螺紋連接的結(jié)構(gòu)；二是儲氣井的直線度較差；三是儲氣井井筒不同井段所受的外部載荷不一樣。另外，儲氣井所使用的是石油套管，而這種材料是一種以強(qiáng)度為主的低合金高強(qiáng)度的熱處理強(qiáng)化鋼，這種鋼的優(yōu)點是以較低成本便可獲得很高的強(qiáng)度，但缺點是塑性和韌性差、焊接性也差，而且由于是經(jīng)過熱處理強(qiáng)化的，所以材料強(qiáng)度的均勻性也欠佳。再有，經(jīng)過大量的檢驗實踐和事故案例發(fā)現(xiàn)，儲氣井的腐蝕問題一直很嚴(yán)重，但是至今也沒有權(quán)威的地質(zhì)勘查和防腐研究的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)?？傊?，儲氣井在很多方面還存在證據(jù)不足或缺乏數(shù)據(jù)的問題。

3）無專用標(biāo)準(zhǔn)。如本文3.1中對SY/T 6535-2002《高壓氣地下儲氣井》的問題分析，該標(biāo)準(zhǔn)對于儲氣井材料、設(shè)計、制造、檢驗等方面的規(guī)定不能完全滿足強(qiáng)制性安全技術(shù)規(guī)范《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，其對設(shè)計、防腐沒作任何要求，對材料選用還存在很多爭議，對建造的要求又使得制造企業(yè)無法滿足，因此可以說該標(biāo)準(zhǔn)對指導(dǎo)產(chǎn)品的制造不具有實際意義?，F(xiàn)在，多數(shù)設(shè)計單位在設(shè)計儲氣井時仍然采用GB 150或JB 4732，但是這兩個標(biāo)準(zhǔn)對儲氣井材料的疲勞計算以及防腐還存在較多不足。針對這種現(xiàn)狀，國家正組織編寫《儲氣井》國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將對規(guī)范儲氣井產(chǎn)品是一個有力補充。

4）未進(jìn)行地質(zhì)勘測和防腐設(shè)計。由于儲氣井是建造在地下，因此地質(zhì)環(huán)境將直接影響儲氣井的安全性能和使用壽命。眾所周知，對于建筑工程和埋地管道工程建造，地質(zhì)勘測是設(shè)計的前提條件，只有在實際建造前獲得翔實的地質(zhì)特性資料，才會對下一步的施工起到重要的指導(dǎo)作用。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)情況差別很大，而不同的地層環(huán)境就具有不同的構(gòu)成和不同的腐蝕特性，因此，在進(jìn)行儲氣井建造前在設(shè)計的同時就應(yīng)對地質(zhì)條件進(jìn)行勘測，以便于對防腐設(shè)計提出有力的依據(jù)。然而，據(jù)調(diào)研以往建造的儲氣井都沒有做過地質(zhì)勘測，也沒有進(jìn)行有針對性的防腐設(shè)計。從大量的檢驗實踐中發(fā)現(xiàn)的諸多的儲氣井腐蝕情況來看，也證明了這一點。

5）無設(shè)計準(zhǔn)則。《固容規(guī)》規(guī)定了設(shè)計方法，并提出了風(fēng)險評估要求。規(guī)則設(shè)計是基于彈性失效準(zhǔn)則，不考慮溫差應(yīng)力、邊緣應(yīng)力、交變應(yīng)力，因此安全系數(shù)大；而應(yīng)力分析設(shè)計是基于單項應(yīng)力分析和塑性失效準(zhǔn)則，并借助有限元計算，可對各部位的受力情況精確分析，但對材料性能要求高。然而，由于儲氣井的材料還沒有完整的疲勞曲線，加之螺紋連接的有限元分析難度大，都使得目前的分析設(shè)計名不副實。一直以來，由于儲氣井沒有一套完整適用的設(shè)計規(guī)則，便產(chǎn)生了一個奇怪的現(xiàn)象：按規(guī)則設(shè)計，但取分析設(shè)計的安全系數(shù)；或是按照所謂的分析設(shè)計，但是卻回避了如螺紋連接等很多實質(zhì)性問題。

6）設(shè)計漏洞。除了上文提到?jīng)]有進(jìn)行地質(zhì)勘測和防腐設(shè)計外，以往的儲氣井設(shè)計還缺少抗疲勞、連接穩(wěn)定性、致密性、水泥固井等方面設(shè)計。由于設(shè)計的隨意性，設(shè)計壓力出現(xiàn)了27.5MPa、26.5MPa、26.25MPa等幾種情況。

2.4 制造方面

儲氣井的制造包括選址、鉆井、下管、耐壓試驗、固井、固井質(zhì)量檢測、氣密性試驗等技術(shù)環(huán)節(jié)。

1）選址不科學(xué)。儲氣井埋于地下，地層對儲氣井的影響很大，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或不穩(wěn)定的地層并不適合制造儲氣井，如地層斷裂帶，地表易滑坡地帶，地下有暗河、孔洞的地層。這些地層要么會對儲氣井造成不可預(yù)測的影響力，要么會造成水泥的流失或者水分的流失，這在貴州的喀斯特地貌和新疆的砂石地層已得到了驗證。因此，選擇合適的地質(zhì)條件制造儲氣井，對保障儲氣井的安全非常重要。

2）鉆井工藝不完善。儲氣井不同于常規(guī)容器之處的一個顯著特點是身處地下，地層就是儲氣井的基礎(chǔ)，鉆井的好壞會直接影響井身質(zhì)量，而井身質(zhì)量會影響井筒的垂直度和固井質(zhì)量。儲氣井的鉆井技術(shù)借鑒自油氣井工程，但由于對淺地層的研究不足以及過多考慮成本，使得儲氣井的鉆井工藝完全沒有油氣井工程中的鉆井工藝成熟。

3）缺少鋼管組裝工藝評定。對于常規(guī)壓力容器而言，焊接是必不可少的連接方式，而焊接工藝評定更是保證焊接質(zhì)量的前提和措施。同樣道理，螺紋連接對保證儲氣井的強(qiáng)度、剛度、致密性也是十分重要的，它應(yīng)通過調(diào)整旋合速度、外露螺紋數(shù)、上扣扭矩、機(jī)緊圈數(shù)、密封脂等來評定連接強(qiáng)度、密封性、抗內(nèi)壓能力等性能。但遺憾的是，至今也沒有制造企業(yè)開展過螺紋連接工藝評定。

4）缺少固井工藝評定。通過研究和檢驗實踐發(fā)現(xiàn)，固井對于儲氣井十分重要。好的固井質(zhì)量能起到隔離地層、防止腐蝕、提高整體強(qiáng)度、遏制井筒竄動飛出等作用。到目前為止，制造企業(yè)采用過的固井工藝有“井口灌漿法”、“外插管法”、“捆綁膠帶法”、“坐固法”和“正循環(huán)法”。事實證明，前三種工藝根本無法保證固井質(zhì)量，因此已被淘汰。后兩種工藝雖較前者有了很大進(jìn)步，但還不夠成熟，還經(jīng)常存在固井質(zhì)量檢測不合格的情況。究其原因，在于儲氣井的制造地址非常廣泛，地質(zhì)情況千差萬別，而制造企業(yè)仍然沒有進(jìn)行有針對性的固井工藝設(shè)計及評定，以選定不同的注水泥工藝、水泥漿密度、添加劑、水泥候凝試驗等。

5）耐用試驗與氣密性試驗不符規(guī)范。由于儲氣井的耐壓試驗壓力系數(shù)為1.5，高于“固容規(guī)”的規(guī)定，但卻沒有進(jìn)行強(qiáng)度校核。同樣，儲氣井一般都是使用壓縮機(jī)進(jìn)行氣密性試驗，而多數(shù)壓縮機(jī)的最高額定工作壓力為25MPa，而實際工作中往往達(dá)不到這個壓力。因此，儲氣井的氣密性試驗壓力實際上小于25MPa，更不用說設(shè)計壓力了。

2.5 在檢驗檢測方面

1）在固井質(zhì)量檢測方面。由于在“質(zhì)檢辦特[2008]637號”文件發(fā)布前對儲氣井缺乏嚴(yán)格的管理規(guī)定，幾乎所有新制造的儲氣井都沒有被要求進(jìn)行固井質(zhì)量檢測，結(jié)果造成儲氣井腐蝕嚴(yán)重、事故頻發(fā)，而且還誘發(fā)了弄虛作假的行為。即使現(xiàn)在，仍有些制造企業(yè)想逃避責(zé)任，置產(chǎn)品質(zhì)量與安全不顧，不接受固井質(zhì)量檢測。此外，在技術(shù)方面，目前還沒有專用的儲氣井固井質(zhì)量檢測評價標(biāo)準(zhǔn)，也沒有統(tǒng)一的儀器校驗方法。

2）在定期檢驗方面。定期檢驗是保障儲氣井安全的一道屏障，更是國家對特種設(shè)備安全的一項強(qiáng)制性要求。但由于種種原因，在“質(zhì)檢辦特[2008]637號”文件發(fā)布前一直未能真正地對儲氣井進(jìn)行過定期檢驗，主要有三方面原因，一是對儲氣井的安全不夠重視；二是儲氣井井口結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)均為不可拆卸形式，制約了檢驗檢測；三是檢測技術(shù)的缺位，油氣井中雖有一些檢測深井的技術(shù)，但無法直接應(yīng)用于儲氣井，而且，有些缺陷檢測技術(shù)在油氣井工程中也沒有。如今，隨著中國特檢院在儲氣井定期檢驗工作方面的不斷拓展和深入，儲氣井的定檢工作取得了重大進(jìn)步。但是仍然存在一些尚未解決的問題：如檢驗機(jī)構(gòu)應(yīng)具備什么樣的的專項資質(zhì)和條件，對于“超規(guī)范、超標(biāo)準(zhǔn)”應(yīng)如何制定檢驗方案，如何進(jìn)行材料評價、損傷評價、強(qiáng)度評價、疲勞評價、壽命評價以及如何降低風(fēng)險。

3）在監(jiān)督檢驗方面。監(jiān)督檢驗是特種設(shè)備安全管理的一項重要措施。然而，由于儲氣井在材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計、制造等方面超出了現(xiàn)有壓力容器規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的范圍，因此造成了對材料、設(shè)計、制造等方面的監(jiān)檢“無法可依”或“困惑迷?！钡木置?。在質(zhì)檢辦特[2008]637號文件發(fā)布前，出現(xiàn)儲氣井的監(jiān)督檢驗形式大于內(nèi)容的情況，也就不足為奇了。

3 合于使用評價

儲氣井屬于壓力容器，但卻使用石油套管材料，采用油氣井制造工藝，幾乎在各個方面都與“常規(guī)容器”迥異不同，因此其存在的失效風(fēng)險也大不同。為了制定科學(xué)、合理、有效的檢驗方案，進(jìn)行風(fēng)險分析是必不可少的前提條件。中國特檢院經(jīng)過長期的探索、研究和實踐，運用風(fēng)險分析手段，發(fā)現(xiàn)儲氣井的損傷模式有腐蝕減薄、沖蝕減薄、機(jī)械劃傷、擠壓損傷、焊接損傷等情況，失效模式也有腐蝕減薄、機(jī)械損傷、上冒下沉、泄漏等情況，這些損傷模式和失效模式為制定儲氣井定期檢驗策略提供了有力依據(jù)。

為了準(zhǔn)確判斷儲氣井的缺陷風(fēng)險和剩余壽命，基于儲氣井存在“超規(guī)范、超標(biāo)準(zhǔn)”的事實，對于檢驗中遇到或發(fā)現(xiàn)的“法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)引用、資料缺失、資料與實物不一致、材料適用性、設(shè)計缺陷、腐蝕減薄、硬度偏低、金相組織不符、土壤腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度不足、抗疲勞性能差”等諸多問題都需要進(jìn)行科學(xué)、合理、有效的評價。然而，由于儲氣井不適用于“《固容規(guī)》的安全狀況等級評定，現(xiàn)有的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不能提供有效的解決措施。因此，運用“合于使用評價”理念，進(jìn)行“合于使用評價”便成為唯一選擇。

為了做好合于使用評價，中國特檢院開展了大量的調(diào)研、科研、試驗及檢驗實踐工作。首先，對全國的淺表地層做了地質(zhì)調(diào)研，并對土壤腐蝕性進(jìn)行了布點埋片監(jiān)測；其次，對2000多臺儲氣井的材質(zhì)資料進(jìn)行了統(tǒng)計分析，對500多個接箍進(jìn)行了抗疲勞和低溫沖擊等試驗測試；還有，對螺紋連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元計算和仿真分析，對不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的儲氣井進(jìn)行了整體模擬疲勞和爆破試驗。通過以上工作，中國特檢院開發(fā)出了信息豐富的材料數(shù)據(jù)庫、腐蝕數(shù)據(jù)庫以及制定了材料評價、強(qiáng)度評價、疲勞評價、土壤腐蝕性評價等方法。運用這些研究成果，中國特檢院已經(jīng)完成2600多臺在用儲氣井的定檢工作，發(fā)現(xiàn)并消除了大量隱患，使儲氣井得以在合理的范圍內(nèi)安全運行，受到了廣大用戶的歡迎、認(rèn)可。

4 儲氣井的前景

從以上的分析可以看出，儲氣井還面臨著很多懸而未決的難題，如果這些難題不能在短期內(nèi)有效地解決，將大大影響儲氣井持續(xù)、健康的發(fā)展。因此，筆者提出以下建議：

1）針對儲氣井的材料適用性、結(jié)構(gòu)抗疲勞性、螺紋連接性、地層土壤腐蝕性以及損傷模式和失效模式，在實際檢驗案例的基礎(chǔ)上，開展充分的理論和試驗研究，建立適用于儲氣井的技術(shù)理論體系。

2）針對儲氣井的技術(shù)特點，盡快在壓力容器安全技術(shù)規(guī)范中補充對地下壓力容器的規(guī)定，使儲氣井有法可依。

3）推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)編制工作，建立儲氣井產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)以及檢驗檢測標(biāo)準(zhǔn)，為儲氣井的制造、檢驗和市場開發(fā)提供依據(jù)并儲蓄動力。

4）針對儲氣井的損傷模式和失效模式，加快研究檢驗檢測技術(shù)，做到有隱患能發(fā)現(xiàn)、不漏檢、檢的準(zhǔn)。

5）深入研究儲氣井的缺陷修理技術(shù)和降險措施，減少或避免儲氣井的降壓或停用。

6）完善和優(yōu)化設(shè)計，為制造提供充分的依據(jù)。同時，提高制造水平，促進(jìn)螺紋連接、水泥固井等技術(shù)的進(jìn)步。

7）不斷創(chuàng)新，研究和開發(fā)新型儲氣井結(jié)構(gòu)。這里筆者提出兩個示例，圖2為雙管結(jié)構(gòu)儲氣井，圖3為瓶式儲氣井，這兩種儲氣井將很容易解決固井質(zhì)量不合格以及外部腐蝕的難題。因為結(jié)構(gòu)有保證，當(dāng)采用水泥固井時，則很容易保證固井質(zhì)量；或者不使用水泥固井，也可以有效避免外部腐蝕，從而消除了儲氣井的最大損傷風(fēng)險。

圖2 雙管結(jié)構(gòu)儲氣井

圖3 瓶式儲氣井

5 結(jié)束語

經(jīng)過二十年的發(fā)展，儲氣井已成功進(jìn)入到汽車加氣站、民用調(diào)峰站、工業(yè)儲氣庫等領(lǐng)域，尤其在“637號文件”發(fā)布以來，更進(jìn)一步推動了儲氣井的發(fā)展?？梢哉f，儲氣井為我國清潔能源戰(zhàn)略的實施以及城市交通、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排做出了巨大貢獻(xiàn)。盡管儲氣井還存在著一些問題，但應(yīng)該用發(fā)展的眼光來考量。儲氣井的發(fā)展需要全社會的協(xié)同，既要不斷提高在材料、設(shè)計、制造、檢驗、修理、降險等方面的技術(shù)水平，也要不斷完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系和監(jiān)管體系，更需要全社會的理解和支持。儲氣井具有鮮明的特色，是一類典型的地下壓力容器，它為我國乃至世界承壓設(shè)備的發(fā)展提供了一個新思路，也創(chuàng)造了一個中國奇跡。

1 陳祖志,石坤,李邦憲.儲氣井設(shè)計問題的探討[J].壓力容器, 2012,29(2):49~55,60

2 壽比南等.TSG R0004－2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

Current Situation and Prospect of Underground Gas Storage Well

Shi Kun Duan Zhixiang Chen Zuzhi Liu Zaibin
(China Special Equipment Inspection Research Institute Beijing 100029)

Gas storage well(GSW) is a sort of pressure vessel and a typical model of underground pressure vessel. Since the idea of GSW originated from oil-gas engineering, GSW has the absolute merit as well as connatural deficiency comparing to the conventional pressure vessel. This paper takes the problems on material, design, manufacture, inspection , etc. of GSW based on current situation, and brings forward analysis and expectation for its prospect.

Characteristics of Gas storage well Security hidden danger Current Situation and Prospect

A

1673－257X(2014)06－05－06

國家科技支撐計劃項目(2011BAK06B03-02)

石坤（1971～）高級工程師，氣裝部儲新室主任，從事不停車，不拆保溫層脈沖渦流技術(shù)腐蝕檢測和地下壓力容器儲氣井理論研究及檢驗檢測等工作。

2013－11－26）