CNG加氣站儲氣系統(tǒng)2022/12/211目錄儲氣方式與工藝CNG加氣站儲氣井檢測方法適應性分析儲氣井井筒漂移與井竄分析CNG加氣站儲氣井泄漏監(jiān)測系統(tǒng)2022/12/213CNG加氣站儲氣方式與工藝壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)2022/12/215壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)2022/12/216壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)2022/12/217壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)氣瓶儲氣大氣瓶：每個氣瓶容積在500L以上的大氣瓶組，每組3-6個，在國外應用得最多。2022/12/218壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)2022/12/2110大容量高壓容器儲氣單個高壓容器，容積在2m3以上。壓縮天然氣的儲存系統(tǒng)2022/12/2112地下儲氣井①井管直徑

177.8-298.4（套管）；②單井水容積

1～10（Nm3）；③井深80-200（m）；④工作壓力（≤25MPa）。

CNG地下儲氣井CNG加氣站儲氣井主要失效形式

井竄失效：在儲氣井不斷的充放氣過程中，套管和水泥環(huán)膠結形成的第一界面最容易發(fā)生疲勞脫粘。發(fā)生脫粘就會使得套管與水泥環(huán)之間摩擦力變小，井筒也會相應向地面伸長。某一時刻伸長量大于臨界值時，井筒可能就會竄出地面，造成井竄事故。儲氣井充放氣過程CNG加氣站儲氣井主要失效形式

腐蝕與泄漏失效：泄漏是影響儲氣井安全的失效形式之一。泄漏包括井口裝置泄漏和井下泄漏。井口裝置泄漏發(fā)生在井口封頭與井管螺紋聯(lián)結、管件聯(lián)結和井口裝置的閥門等部位，可通過天然氣濃度監(jiān)測儀進行監(jiān)測。井下泄漏是發(fā)生在井口以下部位，不宜發(fā)現(xiàn)，可通過項目研究開發(fā)的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)控。腐蝕導致的儲氣井事故（宜賓）16儲氣井腐蝕檢測超聲波檢測超聲波檢測優(yōu)點是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進行定位和定量。超聲波探傷檢測的局限性在于缺陷的顯示不直觀，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類。17儲氣井腐蝕檢測渦流檢測

美國西南研究院開發(fā)了一套基于遠場渦流的智能檢測器。這套檢測設備檢測的直徑范圍為6~8英寸（150~200mm），其上的傳感器可以收縮以通過受限制的管段，例如彎頭、三通、閘閥等。檢測的速度為100mm/s，在直管段，檢測距離能過達到500英尺（約150米），檢測的精度可達到管道壁厚橫截面的2~3%，在監(jiān)控模式下，缺陷檢查的靈敏度常常低于1%。18儲氣井腐蝕檢測漏磁檢測

由于缺陷的漏磁信號和缺陷形狀具有一定的對應關系，漏磁通信號的峰值和表面裂紋的深度有很好的線性關系，因此可以對缺陷進行量化，對缺陷的危險程度進行初步判斷。由于傳感器不能像磁粉一樣緊貼在被檢測表明，和被檢測面有一定的提離值，因此降低了檢測靈敏度。另外缺陷的形狀特征和檢測的信號特征不存在一一對應的關系，因此漏磁場檢測只能給出缺陷的初步量化結果。技術比選20主要參數(shù)傳感器數(shù)量直徑mm長度mm重量kg額定溫度℃額定壓力MPa測量范圍mm超聲波檢測12個探頭4311819.517010544.5~177.8漏磁檢測12個探頭43217913.615010544.5~177.8渦流檢測4810010009.012035152.4-203.2MIT-24B測臂24支4311819.517010544.5~177.8MIT-40B測臂40支7325003017010580.0~210.0MTT12個探頭43217913.615010544.5~177.8儀器精度超聲波徑向分辨率：；徑向精度：；垂向分辨率：/min的情況下為漏磁厚度精度：工具的精度依賴于缺陷的尺寸，無損傷油管精度為15%壁厚。缺陷分辨率：檢測缺陷的能力依賴于缺陷的尺寸。直徑的缺陷：50%的壁厚，35%的金屬損失量。直徑的缺陷：30%的壁厚，20%的金屬損失量。渦流與管壁不直接接觸，通過障礙能力較好，可測量20％壁厚變化，周向分辨率為，可提供儲氣井內(nèi)影像。MIT徑向分辨率：；徑向精度：；垂向分辨率：/min的情況下為2.1082mm。MTT厚度精度：工具的精度依賴于缺陷的尺寸，無損傷油管精度為15%壁厚。缺陷分辨率：檢測缺陷的能力依賴于缺陷的尺寸。直徑的缺陷：50%的壁厚，35%的金屬損失量。直徑的缺陷：30%的壁厚，20%的金屬損失量。21根據(jù)儲氣井結構和缺陷的檢測要求，基于傳感器數(shù)量、規(guī)格、適用壓力、適用溫度、測量范圍和儀器精度對超聲波檢測、渦流檢測、漏磁檢測、MIT多臂井徑儀檢測和MTT磁測厚儀檢測的檢測方法進行分析，結合目前國內(nèi)儲氣井專用檢測設備應用情況，可采用遠場渦流檢測、超聲波檢測兩種方法進行儲氣井腐蝕檢測。技術比選儲氣井井筒漂移與井竄分析2022/12/212324均勻應力下井筒力學模型（1）井筒為標準中允許的井筒，水泥環(huán)材料、地層材料性質(zhì)為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性材料的線彈性材料；（2）固井過程中水泥漿完全充滿環(huán)形空間，井筒居中不存在偏心，井筒和水泥環(huán)視為厚壁圓筒，井眼為垂直井眼不存在偏移，且為規(guī)則的圓形。井筒－水泥環(huán)－地層耦合模型26非均勻應力下井筒力學模型根據(jù)彈性力學原理，非均勻地應力下地層水泥環(huán)井筒系統(tǒng)力學耦合問題可視為平面應變問題，建立相應的分析模型。井筒－水泥環(huán)－地層耦合模型井筒的位移分量為：27儲氣井井竄力學模型由于儲氣井內(nèi)的壓力在充氣過程中是變化的，井筒長度一般為100m～200m。由氣體性質(zhì)可知，井內(nèi)的壓力從井口到井底不可能達到瞬間平衡，因此氣井內(nèi)的壓力是非均勻分布。由于井口處為高壓天然氣的入口，所以該處的井口壓力最大，井底壓力最小。這樣就在井內(nèi)形成了一個壓力差，該壓力差便是井竄的動力。儲氣井受力示意圖28儲氣井界面脫粘示意圖界面脫粘局部放大示意圖界面的脫粘速率為：30

由表中計算結果可知，推導的解析解公式的計算值與ANSYS計算結果非常接近，相對誤差在2.5％以內(nèi)，驗證了模型的正確性，可用于分析儲氣井井竄失效規(guī)律。有限元計算模型

位置（MPa）井筒內(nèi)壁第一界面第二界面解析解應力（MPa）170.178.916.7解析解等效應力（MPa）163.272.514.7有限元等效應力（MPa）164.875.815.3相對計算偏差（％）0.981.552.3331

隨半徑的增大方向，徑向應力由井筒內(nèi)的壓力25MPa減小到地層的地應力2MPa，當壁厚為10mm時，水泥環(huán)內(nèi)外壁徑向應力分別為：內(nèi)壁3.33MPa，外壁2MPa。但是，可以看出井筒壁厚較小的組合系統(tǒng)的曲線變化要顯著，說明它在徑向上應力下降幅度明顯。井筒壁厚對井筒受力的影響32水泥環(huán)壁厚較小的組合系統(tǒng)，其內(nèi)壁所受的拉應力較大，厚壁圓筒在承受內(nèi)壓時，內(nèi)壁是最危險的界面。從減小兩個界面的應力來講，采取較厚的水泥環(huán)是對整個系統(tǒng)受力分布是最有利的。水泥環(huán)厚度對井筒受力的影響33從保護水泥環(huán)完整性的角度來看，水泥石相對較低的彈性模量、較大的泊松比更有利于使水泥環(huán)不被破壞。但是，當水泥石彈性模量較小、泊松比較大時，其抗壓強度一般較小，所以對水泥石的彈性參數(shù)和物理參數(shù)還需綜合考慮。水泥環(huán)基本參數(shù)對井筒受力的影響34對某儲氣井進行現(xiàn)場調(diào)研，儲氣井最大漂移量為5.2mm，有限元計算結果為：井筒最大漂移量4.981mm，相對誤差為5.57%，因此建立的漂移模型可用于儲氣井的井竄失效分析。儲氣井井竄漂移模型應用分析第一界面剪應力分布圖第一界面徑向應力分布圖CNG加氣站儲氣井泄漏監(jiān)測系統(tǒng)2022/12/213536儲氣井工況仿真模型建立

基于質(zhì)量守恒、能量守恒、動量守恒方程，建立CNG高壓儲氣井動態(tài)工況仿真模型。儲氣井泄漏質(zhì)量平衡圖37儲氣井工況仿真模型建立

進（出）氣管道檢測點截面示意圖儲氣井微元示意圖38儲氣井泄漏動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)

儲氣井泄漏動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由VB6.0寫成，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法，利用事件驅(qū)動方式來完成程序的控制。該系統(tǒng)基于Windows98/2000/XP操作平臺，采用開放結構，支持Windows的各項功能和資源，利用VisualBasic與數(shù)據(jù)庫間良好的連接特性，為系統(tǒng)的應用和具體操作創(chuàng)造良好的圖文集成環(huán)境。39監(jiān)測界面參數(shù)設置監(jiān)測曲線運行狀況40時刻（min）充氣量（Nm3）井口壓力（MPa）實際儲氣量（Nm3）計算儲氣量（Nm3）1018.800212.9519.2412.9513.52312.7519.7112.7512.2941320.151313.62512.5520.612.5512.44612.9821.0912.9812.18713.4921.5613.4913.75813.9622.0813.9613.3912.7322.5612.7311.96充氣工況第1組數(shù)據(jù)分析（共4組）41充放氣工況第1組數(shù)據(jù)分析（共4組）時刻（min）充氣量（Nm3）放氣量（Nm3）井口壓力（MPa）實際儲氣量（Nm3）計算儲氣量（Nm3）10017.9700212.727.9818.134.744.98313.058.8318.284.224.221412.9412.2218.310.720.6512.572.7218.639.8510.7613.225.418.887.828.6712.9415.6718.79-2.73-2.92813.5111.4418.862.072.17911.547.51194.034.121013.219.3119.123.94.421112.4519.1218.9-6.67-7.151212.7321.0818.61-8.35-8.541312.7521.218.34-8.45-9.31412.5611.2818.381.281.431513.896.5918.627.37.8542放氣工況第1組數(shù)據(jù)分析（共4組）時刻（min）放氣量（Nm3）井口壓力（MPa）實際儲氣量（Nm3）計算儲氣量（Nm3）1020.83400214.3820.338-14.38-14.6736.2220.124-6.22-6.3645.1319.956-5.13-5.4852.9819.857-2.98-3.1467.2119.598-7.21-7.0676.9819.358-6.98-7.1485.7219.165-5.72-5.9593.9319.034-3.93-4.14103.2818.924-3.28-3.43114.9318.756-4.93-