地下储气井定期检验安全评价指南

地下储气井定期检验安全评价指南范围本标准给出了储气井定期检验安全状况等级评定方法的指南。本指南适用的储气井的通用参数为：设计压力：p≤35MPa；设计温度：-40～60℃；竖埋深度：≤300m。本指南适用于工作介质为天然气、空气、氮气或惰性气体的储气井。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T19624在用含缺陷压力容器安全评定GB/T20657石油天然气工业套管、油管、钻杆和用作套管或油管的管线管性能公式及计算GB50156汽车加油加气站设计与施工规范JB4732钢制压力容器-分析设计标准JGJ94-2008建筑桩基技术规范TSG21固定式压力容器安全技术监察规程JTGD70-2004公路隧道设计规范SY/T6535-2002高压气地下储气井术语和定义下列术语和定义适用于本指南储气井gasstoragewell一种用来储存压缩气体的地下立式管状承压设备。井管wellpipe用来制造储气井的两端带外螺纹的钢管。接箍coupling用来连接井管或井管与其它部件的带有内螺纹的圆筒体。井筒wellbore井管和接箍依靠螺纹连接依次串联而成的管状筒体。井口装置wellheadequipment安装在储气井井筒上端部，起封闭井口及安装进、排气管和排液管作用的组合件。井底装置wellbottomequipment安装在储气井井筒下端部，起封闭井筒底部作用的封头或组合件。固井wellcementing在井筒及井底装置与裸眼井之间的空间里注入水泥的工艺过程。水泥防护层胶结声波检测cementbondacoustictesting采用水浸式声波传感器自动检测水泥防护层胶结质量的方法。井下电视检测downholevideotesting利用数字图像处理和传输技术，对储气井井筒内部表面状况进行观察和记录（拍照或录像），并进行数字化处理和位置跟踪的一种方法。加固reinforcement储气井组在井口装置下端面至地下埋深不小于1.5m，以井口中心点为中心且半径不小于1m的范围内，采用钢筋混凝土进行加强固定的方法。水浸超声检测waterimmersionultrasonicdetection在探头与工件之间填充一定厚度的水层，声波先经过水层再入射到试件中的一种非接触式的超声检测方法。总则地下储气井一般应由有资质的特种设备检验机构在检验的基础上做出安全评价。地下储气井安全评价方法按等级进行评定，安全状况等级分为1～5级，1级安全性最高。地下储气井安全状况等级评定，评定项目一般包括外部宏观、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。根据各项目的检验情况，分别进行评定，宜以其中项目等级最低者作为储气井安全状况评定级别。需要改造或者修理的储气井，宜按照改造或者修理结果进行安全状况等级评定。地下储气井的定期检验是指储气井停机时的检验，是对储气井的安全状况所进行的符合性验证活动。储气井一般应当于投用后3年内进行首次定期检验。储气井下次的检验周期，由检验机构根据本次检验安全状况评价确定。地下储气井制造完成后超过三年开始投用的，投用前应当进行检验，并经安全评价。地下储气井的安全状况等级评定流程一般如图1所示。地下储气井安全状况等级评定方法流程图检验项目及定级外部宏观检查外部宏观检查，可从总体上大致了解储气井的质量状况，如产品制造的外观质量，设备的腐蚀状况、机械损伤或热损伤（如焊疤、电弧损伤等）、变形情况、有无泄漏、井组沉降等，通过宏观检查可以确定是否需要作进一步的检验。宏观检查一般宜采用目视和井下电视检测相结合的方法进行。对地下储气井进行有无冒井或沉井检查（必要时查看制造资料中的地勘、地灾资料），宜应用全站仪或其他有效方法测量储气井本体的垂直位移量，当发现储气井有轻微冒井或沉井的（10cm以下），建议安全等级评定评为4级。有严重的冒井或沉井的（10cm及以上），建议直接评为5级。储气井筒体或井口装置上存在焊迹、电弧灼伤的，建议直接评为5级。井口螺纹检查井口螺纹的完好程度对于保障储气井的密封性是至关重要的。对于螺纹打开的储气井，宜对地下储气井井口螺纹进行检查，井口装置与井筒接箍内螺纹有腐蚀或丝扣损坏的，建议对储气井井口装置进行更换，如不能进行更换，可按照GB/T20657的方法对井筒连接强度、井筒螺纹抗泄漏能力进行校核。校核通过建议安全等级评定评为3级。校核不通过建议评为5级。材料检查对储气井材料进行检查，主要受压元件的材质应查明，根据具体情况，可采用化学分析、光谱分析、硬度检测、金相分析等方法。储气井主要受压元件（封头，封底和井管）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等级评定。材料与原设计不符，材质明确，进行强度校核并定级；材质不明，按照同类材料的最低强度，进行强度校核并定级；发现材质劣化，根据损伤程度安全状况等级评为4级或5级。井下电视检查对地下储气井进行井下电视检测，发现内表面几乎没有锈蚀的，评为1或2级；发现内表面已发生锈蚀且部分锈蚀层已经剥落的，评为3级；发现内表面锈蚀层剥落且存在少量点蚀的，评为4级；发现内表面锈蚀层剥落且已普遍发生点蚀的，评为5级。储气井接箍部位存在角度变形，能满足强度和气密性要求，可以定为3级，导致仪器无法下放检测的，安全状况评为4级或5级。不能满足强度和气密性要求的，评为5级。裂纹检查对地下储气井进行开挖外检查或井内检测，井管外表面存在裂纹的，可以打磨消除，打磨后形成的凹坑，经壁厚测定后进行强度校核评级。井管内表面存在裂纹的，评为5级。井口结构为法兰式的，对M36以上（含M36）螺柱逐个清洗后，检验其损伤和裂纹情况，重点检查螺纹及过渡部位有无环向裂纹，必要时进行无损检测。发现有裂纹的应予更换。测厚及强度校核采用水浸超声检测或电磁检测方法对井筒壁厚的腐蚀情况进行检测。检测前，应采用相同规格、相同材质、相同热处理状态、相同或相近表面状态的人工缺陷的对比样管，对仪器进行校准和灵敏度调整。有下列情况之一的地下储气井，应进行强度校核：腐蚀深度超过腐蚀裕量；名义厚度不明；结构不合理，并且已经发现严重缺陷；检验人员对强度有怀疑的。强度校核原则如下：原设计已明确所用强度设计标准的，可以按该标准进行强度校核。原设计没有注明设计标准或者无强度计算书的，按照当时有关标准进行强度校核。剩余壁厚按实测最小值减去至下次检验期的腐蚀量，作为强度校核的壁厚。校核用压力，应不小于本次定期检验确定的允许（监控）使用压力。强度校核时的壁温，取设计温度。井筒直径按实测最大值或公称直径选取。应进行疲劳强度校核。疲劳强度校核用S-N曲线，可采用JB4732-1995（2005年确认）附录C的图C-1（σb=703MPa～896MPa对应曲线）。强度校核由检验机构或者委托有相应资格的储气井设计单位进行。对地下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年或4年强度校核的，评为3级；通过1年或2年强度校核的，评为4级；未通过1年强度校核的，评为5级。固井审查对储气井进行竣工资料审查，进行了水泥固井，且经水泥防护层胶结声波检测合格的，评为1级或2级；进行了水泥固井，但未经水泥防护层胶结声波检测，直接按GB50156进行了井口加固，并且由监理单位出具了监理评价报告的评为1级；无监理单位出具监理评价报告的评为2级或3级；没有进行水泥固井或经水泥防护层胶结声波检测固井质量不合格，但进行了钢筋混凝土加固并经加固强度校核（参照附录一）合格的，评为2级或3级；未通过加固强度校核的，评为4级；没有进行水泥固井或固井质量不合格且没有进行钢筋混凝土加固的，评为4级。耐压试验对地下储气井进行耐压试验时，属于储气井本体原因，导致耐压试验不合格的，评为5级。气密性试验对地下储气井进行气密性试验，气密性试验不合格的，评为5级。综合评级地下储气井安全状况等级评定根据上述5.1～5.9检验结果综合评定，以其中项目等级最低者作为地下储气井的评定级别。检验周期的确定根据地下储气井安全状况等级评XX果，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：安全状况等级为1、2级的，一般每6年检验一次；安全状况等级为3级的，一般每3年至6年检验一次；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；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。有下列情况之一的储气井，定期检验周期应当适当缩短：使用单位没有按照规定年限进行定期检验的；使用单位没有按照规定进行年度检查的；储气井没有进行定期排污或排污效果不好的；检验中对其他影响安全的因素有怀疑的。检验结论按照TSG21，综合评定安全状况等级为1级至3级的储气井，检验结论为符合要求，可以继续使用，允许运行参数为设计参数；安全状况等级为4级的，检验结论为基本符合要求，有条件的监控使用，允许运行参数为经综合确定的允许使用参数；安全状况等级为5级的，检验结论为不符合要求，不得继续使用。合于使用评价监控使用期满的储气井，或者定期检验发现严重缺陷可能导致停止使用的储气井，应当对缺陷进行处理。缺陷处理的方式包括采用修理的方法消除缺陷或者进行合于使用评价。合于使用评价工作应当符合以下要求：承担储气井合于使用评价的检验机构应当经过核准，具有相应的检验资质并且具备相应的专业评价人员和检验能力，具有评价经验，参加相关标准的制修订工作，具备材料断裂性能数据测试能力、结构应力数值分析能力以及相应损伤模式的试验测试能力；储气井使用单位应当向具有评价能力的检验机构提出进行合于使用评价的申请，同时将需评价的储气井基本情况书面告知使用登记机关；储气井的合于使用评价参照GB/T19624《在用含缺陷压力容器安全评定》等相关标准的要求进行，承担储气井合于使用评价的检验机构，根据缺陷的性质、缺陷产生的原因，以及缺陷的发展预测在评价报告中给出明确的评价结论，说明缺陷对储气井安全使用的影响；储气井合于使用评价报告，由具有相应资质的评价人员出具，并且经过检验机构法定代表人或者技术负责人批准，承担储气井合于使用评价的检验机构对合于使用评价结论的正确性负责；负责储气井定期检验的检验机构根据合于使用评价报告的结论和其他检验项目的检验结果出具检验报告，确定储气井的安全状况等级、允许运行参数和下次检验日期；使用单位将储气井合于使用评价的结论报使用登记机关备案，并且严格按照检验报告的要求控制压力容器的运行参数，落实监控和应急处置措施，加强年度检查。

（规范性附录）

加固校核计算方法符号说明Di井管内径mmg重力加速度m/s2Do井管外径mm[σ]s钢筋屈服强度MPat井管壁厚mm[τ]s钢筋抗剪切强度MPap工作内压MPads钢筋直径mma混凝土池长度mns钢筋根数b混凝土池宽度mF0井管内气体上冲力kNh混凝土池深度mF1混凝土抗剪切力kN[τ]混凝土容许剪应力MPaF2混凝土与井管重力kN[σ]混凝土抗压强度MPaF3钢筋能承受最大剪力kNLj本井外的第j口井深度mD3裸眼井内径mmn储气井数量ε固井水泥填充系数ρ混凝土密度kg/m3ζ减弱系数ui第i层土对应的水泥环的外周长mmρc固井水泥密度kg/m3qsik水泥环外第i层土抗压极限侧阻力标准值PaG1混凝土重量kNλi水泥环外土的抗拔系数G2井管重量kNli水泥环外第i层土的层厚mG3混凝土与地层的摩阻力kNηj本井外的第j口储气井的固井质量CBL合格率ρs钢密度kg/m3G4固井水泥环重力kNG5固井水泥环与地层的摩阻力kN参数取值混凝土容许剪切应力[τ]按JTGD70-2004的5.2.10确定，C30混凝土容许剪应力取[τ]=1.1MPa，C25混凝土容许剪应力取[τ]=1.0MPa。混凝土密度ρ应根据加固竣工资料中混凝土配比报告中数据计算确定。对于C30、C25混凝土可以取ρ=2300kg/m3进行估算。固井水泥密度ρc取实测值或固井施工记录中的水泥浆密度值。固井水泥填充系数ε一般取0.9。钢密度ρs一般取7850kg/m3。Lj取第j口井的检测深度或施工记录中的井筒深度值。土抗压极限侧阻力标准值qsik取实测数据或根据标准JGJ94-2008按保守原则确定。钢筋根数ns一般取储气井连线方向钢筋数量。工作压力p一般取设计图纸中的工作压力。减弱系数ζF1、ζF3、ζG1、ζG2、ζG3、ζG4、ζG5均不大于0.9，具体取值根据实际情况确定。水泥环外第i层土抗压极限侧阻力标准值qsik，按标准JGJ94-2008表5.3.5-1取值；按偏保守计算，抗拔系数可取最弱值λ，各层土极限阻力标准值qsik取最小值qs。水泥环外土的抗拔系数λi，按标准JGJ94-2008表5.4.6-2取值。校核计算混凝土对井管的胶结校核（1）储气井工作时井管内气体的上冲力计算F0=πDi2p/4=π（Do-2×t）2×p/4/1000……………………..………….（A.1）（2）井管与混凝土脱离需克服的剪切力（胶结力）计算F1=ζF1×[τ]×（（π×Do）×h）………