專利名稱：一種高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體，特別是ー種含儲氣筒層、水泥保護加強層及外筒體保護層的用于高壓燃料氣地下儲氣的井筒體；采用本實用新型高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體儲存高壓燃料氣，可確保儲氣筒層外表面被水泥均勻包覆并與外筒體緊固成一體，從而可在增強儲氣筒體的強度的同時、有效避免儲氣筒體被地下水及有害性氣體腐蝕，確保地下儲氣井長期安全、可靠運行。
背景技術：
目前，在CNG(壓縮天然氣)供應站及城市燃氣調峰站，已普遍采用地下儲氣井儲存高壓天然氣。此類儲氣井深一般為50 200m，井筒與井壁之間的理論間隙一般不到
3.0cm，加之采用地質鉆探開設的基礎井垂直度差、井壁凹凸不平，儲氣井筒又為鋼性；而傳 統采用單筒體的儲氣井由于在固井過程中泥漿不可能將井筒體外表面完全包裹，加之地層的結構缺陷亦會導致灌入基礎井內的水泥漿非正常失水和漏失，最終造成包裹井筒的水泥層出現空洞和縫隙。一旦包裹井筒的水泥層有缺陷，地下水將通過其空洞或/和縫隙滲透到井筒體外表面、而使井筒體外表面發生局部腐蝕。公告號為CN2281418y、名稱為《高壓氣地下儲氣井》，以及公告號為CN1384308A、名稱為《地下儲氣井井筒的固定方法》和公告號為CN1952466A、名稱為《地下儲氣井井筒及其固定方法》的專利文獻所記載的技術即屬于此類單筒體的儲氣井井筒及此類儲氣井筒體的固定方法。采用上述單筒體的儲氣井井筒，無論采用前者從上向下灌漿、還是采用后兩者改進后的由下向上灌漿，均不可能在固井過程中使水泥漿完全包裹井筒體的外表面，因而在使用過程中仍存在井筒易發生松動、腐蝕，最終造成儲氣井上下竄動、轉動，特別是在環境溫度變化大或井筒發生斷裂的情況下、嚴重時井筒會突然沖出地面，既影響正常使用、又影響使用壽命，還將對設備及工作人員的安全造成潛在威脅等弊病。針對上述技術所存在的弊病，在公告號為CN200940768Y、名稱為《雙管地下天然氣高壓儲氣井》的專利文獻公開了ー種由內、外兩層套管組成的儲氣井井體，其內層套管和外層套管之間由內外井固定栓連接；該儲氣井井筒的固定方法是首先對地鉆出井眼(即鉆基礎井)、外層導管下入井中，隨后通過外導管向外壓注油井水泥漿液，油井水泥漿液沿外套管的外壁由下往上直至紊流返出地面后，清理外導管內的水泥，再下內套管，固定內外層導管即可。該技術的井筒體雖然采用了內、外兩層套管，并通過外層套管與基礎井固定；但由于外層套管與基礎井之間仍采用傳統方法固定、因而外層套管仍存在使用時間長后管(筒)體易腐蝕穿孔，一旦穿孔地下水及有害氣體便會滲透到內層套管和外層套管之間的腔體中、直接對內層套管(即儲氣井筒)造成危害；此外、內外層導管采用可拆卸固定，其密封效果亦差，雨水及地表水也易滲到兩套管筒體之間的空間內、直接對內層套管造成危害；而且由于其內層套管(儲氣筒體)是懸空吊在外層套管的腔體中、深達IOOm左右的內層套管的管壁無任何物體的約束，因而在使用過程中隨荷載變化內層套管(儲氣筒體)的漲、縮幅度也更大，即在使用過程中內層套管所受的交變荷載對儲氣筒體的影響比對傳統單筒體儲氣井筒的影響更大、儲氣筒體也更容易發生疲勞破壞，特別是儲氣筒連接套部分的聯接螺紋更容易失效、發生燃料氣體泄漏等；該技術雖然可較傳統采用單筒體的儲氣井的使用壽命相對較長，但仍難以達到國家標準所規定的質量及使用年限的要求；因此上述專利技術仍然存在固井效果和可靠性差、不能完全隔離地下水等對儲氣井筒體的腐蝕，難以達到國家標準所規定的質量及使用年限的要求，且使用過程中隨載荷變化其內層套管(儲氣筒體)易發生疲勞破壞，因而儲氣井井筒在使用過程中仍存在發生燃料氣體泄漏、儲氣井筒體發生斷裂或爆炸的安全隱患，以及使用壽命短等弊病。
發明內容本實用新型的目的是針對上述背景技術存在的弊病，研究設計ー種高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體；以克服背景技術在使用過程中存在的缺陷及安全隱患，達到有效提高固井效果，確保地下儲氣井的儲氣及運行的安全性、可靠性，延長其使用壽命，有效防止儲氣井筒體在使用過程中被地下水腐蝕、井筒斷裂或爆炸事故的發生等目的。本實用新型多層儲氣井筒體的解決方案是針對雙管地下天然氣高壓儲氣井使用過程中所存在的弊病，在內層儲氣筒與外筒體之間增設一水泥保護加強層，該保護加強層 既將儲氣筒體外表面緊密包裹、又將內層儲氣筒與外筒體緊固連接成一體，對內層儲氣筒體起到增強作用、以降低使用過程中交變荷載對儲氣筒體的不利影響；此外，由于內層儲氣筒、水泥保護加強層與外筒體是緊固成一體的，中間也不存在腔體或空隙，不但地表水難以浸入，即使外筒體由于固井缺陷在此后的使用過程中因地下水及有害氣體對其腐蝕造成穿孔等、由于儲氣筒體外表面還有ー層將其緊密包裹的水泥保護加強層，因而仍可有效保護儲氣筒體不受損害、確保高壓儲氣井的使用壽命；為了確保水泥保護加強層既將儲氣筒體外表面緊密包裹、又將內層儲氣筒與外筒體緊固連接成一體的效果，本實用新型多層儲氣井筒體的固定方法是首先采用地質鉆探開設基礎井，并將配制好的緩凝水泥漿注入基礎井內至基礎井容積的40-55%、再將底部設有密封頭的外筒體下到基礎井內，當外筒體下入到緩凝水泥漿面以下時向外筒體內置入配重物、以克服緩凝水泥漿的浮力，至外筒體沉到位且緩凝水泥漿溢出外筒體上ロ部止，待緩凝水泥將外筒體與基礎井凝固成一體后、取出配重物；然后將筒體底部封頭上設有灌漿エ藝孔、而筒體外表面間隔設有扶正器的儲氣筒體下入外筒體內，到位后采用筒體吊裝夾板將儲氣筒體夾持固定，再將灌漿管插入儲氣筒體內、其下端頭與儲氣筒體底部的灌漿エ藝孔連通并啟動灌漿泵由下向上、對儲氣筒體與外筒體之間灌注水泥漿，當水泥漿溢出地面后停止灌注,然后抽出灌漿管并通過其下端頭的卡ロ將儲氣筒體灌漿エ藝孔堵頭旋入該エ藝孔內將其封閉，最后抽出灌漿管、至水泥漿凝固形成保護加強層。本實用新型多層儲氣井筒體成型固定完工后即可根據要求在儲氣井筒體上ロ部裝上要求的井口裝置、便可用于儲存高壓燃料氣。因而本實用新型多層儲氣井筒體包括外表面帶扶正器的內層儲氣筒體及底部設有密封頭的外筒體，關鍵在于在內層儲氣筒體與外筒體之間還設有將內層儲氣筒體外表面完全包裹的水泥保護加強層，而在儲氣筒體的底部封頭上設有灌漿エ藝孔及其堵頭、在外筒體底部則設有密封頭；內層儲氣筒體與外筒體通過水泥保護加強層緊固連接成一體。該多層儲氣井筒體通過固井水泥與(采用地質鉆探開設的)基礎井緊固成一體使用。上述水泥保護加強層的壁厚為30 50mm、底部厚與儲氣筒體底端至外筒體內底面的距離相同。[0006]為了確保水泥保護加強層既將儲氣筒體外表面緊密包裹、又將內層儲氣筒與外筒體緊固連接成一體，特采用以下方法進行步驟A.鉆基礎井首先按石油、天然氣鉆井技術和程序鉆基礎井；步驟B.配制緩凝水泥漿并固定外筒體配制緩凝水泥漿并固定外筒體按基礎井容積的40-55%配制外筒體與基礎井壁連接固定用緩凝水泥漿，水泥漿的重量百分比為水泥羧甲基纖維素葡萄糖酸鈉萘磺酸鹽甲醛混合物水=I 0.012
0.018 0.0007 0.0010 0. 012 0. 018 0. 6 0. 7，攪拌均勻后將配制好的緩凝水泥漿注入基礎井內至基礎井I容積的40-55% 、再按常規地下儲氣井井筒的固定方法將底部帶密封頭的外筒體下到基礎井內，當外筒體下入到緩凝水泥漿面以下后向外筒體內置入配重物、以克服緩凝水泥漿的浮力，至外筒體沉到位且緩凝水泥漿溢出地面止，待緩凝水泥漿將外筒體與基礎井凝固成一體后、取出配重物；步驟C.下儲氣筒體仍按常規地下儲氣井井筒的固定方法向經步驟B固定后的外筒體內下入底部設有灌漿エ藝孔、而外表面間隔設置扶正器的儲氣筒體，當儲氣筒體下到位后、采用筒體吊裝夾板將儲氣筒體夾持固定；步驟D.灌注水泥保護加強層及多層儲氣井筒體的成型將灌漿插管插入經步驟C采用吊裝夾板夾持固定好的儲氣筒體內、其下端頭與儲氣筒體底部的灌漿エ藝孔連通并旋緊后，啟動灌漿泵、將配制成比重為I. 6 I. 9g/cm3的水泥漿經儲氣筒體底部的灌漿エ藝孔，由下向上灌入儲氣筒體與外筒體之間的環形空間內，當水泥漿溢出地面后、關閉灌漿泵；然后打開灌漿插管上端的高壓接頭將清管膠塞裝入灌漿插管內、接上接頭后，立即向插管內泵入清水將膠塞向下壓以清除灌漿插管及灌漿エ藝孔堵頭部位內的水泥漿、至泵壓突增時關閉灌漿泵，待水泥漿凝固形成保護加強層后、抽出灌漿插管及其清管膠塞，再利用灌漿插管下端螺紋頭將灌漿エ藝孔堵頭旋入灌漿エ藝孔內、將其封閉，即得由儲氣筒體、保護加強層和外筒體組成的多層儲氣井筒體，再經試壓合格后、即成。上述在步驟B中所述當外筒體下入到緩凝水泥漿面以下后向外筒體內置入配重物、其配重物為金屬桿或金屬桿+水。在步驟B和步驟C中所述緩凝水泥漿的緩凝時間不低于10小時。以上所述固定后的多層儲氣井筒體試壓檢測合格后，按需要在該多層儲氣井筒體的上ロ部裝上相應的井口裝置、即可用于CNG(壓縮天然氣)供應站及城市燃氣調峰站儲存高壓天然氣。本實用新型由于在背景技術雙管地下天然氣高壓儲氣井的內層儲氣筒與外筒體之間增設一水泥保護加強層，該保護加強層既對內層儲氣筒體起到增強作用、又將儲氣筒體外表面緊密包裹并將內層儲氣筒體與外筒體緊固連接成一體，不但地表水難以浸入到儲氣筒表面、即使外筒體由于固井缺陷在此后的使用過程中因地下水及有害氣體對其腐蝕造成穿孔等，因儲氣筒體外表面還有ー層將其緊密包裹的水泥保護加強層，因而仍可有效保護儲氣筒體不受損害；為了確保所增設的水泥保護加強層對儲氣筒體起到保護和加強作用，本實用新型在將外筒體下到基礎井內并將其與基礎井固定后，再將帶扶正器及灌漿エ藝孔的儲氣筒體向下置入外筒體內，然后經儲氣筒體底端的灌漿エ藝孔將水泥漿由下向上灌入儲氣筒體與外筒體之間的環形空間內，加之兩筒體之間在扶正器的約束下其間距基本一致，因而可確保水泥漿將儲氣筒體外表面緊密包裹并與外筒體緊固連接成一體，對儲氣筒體起到保護和加強作用。因而本實用新型具有在使用過程中可完全隔離地下水對儲氣筒體的腐蝕、有效提高了固井效果，大大減小了儲氣筒體的因交變負荷引起的周期性變形(漲、縮)的幅度，確保了地下儲氣井的儲氣及運行的安全性、可靠性，既延長了儲氣井的使用壽命、又防止了儲氣井井筒在使用過程中斷裂或爆炸事故的發生等特點。
圖I.為本實用新型多層儲氣井筒體結構示意圖；圖2.為本實用新型多層儲氣井筒體與井口裝置連接及使用狀態示意圖，圖中上部雙點劃線部分為井口裝置；圖3.為本實用新型方法及具體實施方式
中下置外筒體及與基礎井連接固定示意 圖；圖4.為本實用新型方法及具體實施方式
中儲氣筒體固定及保護加強層成型流程示意圖。圖中:1、基礎井，2、連接固定層，3-1、外筒體，3-1. I、外筒體扶正器，3-1. 2、外筒體密封頭，3-2、保護加強層，3-3、儲氣筒體，3-3. I、儲氣筒連接套，3-3. 2、儲氣筒體扶正器，3-3. 3、儲氣筒體封頭，3-3. 4、儲氣筒體堵頭，4、井口墊板，5、筒體吊裝夾板，6、吊耳，7、(配重用)金屬桿，7-1、金屬桿扶正器，8、灌漿插管壓緊法蘭，9、灌漿插管，9-1、清管膠塞，9-2、灌漿插管扶正器，10、灌漿泵，11-1、水池，11-2、水泥漿池，12、井口裝置。
具體實施方式
本實施例以CNG加氣站和城鎮燃氣調峰站、儲配站用天然氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體為例外筒體3-1規格為の323. 9X6mm，儲氣筒體3-3采用直徑為￠244. 48mm(95/8〃 )的套管、有效儲氣部分深為100m、儲氣壓カ為25Mpa。該多層儲氣井筒體的成型固定方法為步驟A.鉆基礎井I :首先按石油、天然氣鉆井技術和程序鉆直徑為C^OOmm、深不小于105m的基礎井I，基礎井內腔容積約15. 84m3 ；步驟B.配制緩凝水泥漿并固定外筒體3-1 :將標號為P. O 42. 5R的水泥7746Kg、羧甲基纖維素116. 2Kg、葡萄糖酸鈉116. 2Kg、萘磺酸鹽甲醛混合物7Kg與水5030Kg混合攪拌均勻后(約得7. 5m3緩凝水泥漿)，注入基礎井內，本實施方式所配緩凝水泥漿的緩凝時間約12小時；再按常規地下儲氣井井筒的固定方法立即將底部帶密封頭的外筒體3-1下到基礎井I內，當外筒體3-1下入到緩凝水泥漿面以下后，向外筒體I內置入外徑為O 177. 8mm,內徑為0 71. 44mm的鉆鋌(亦稱鉆具)作為配重用金屬桿7、以克服緩凝水泥漿的浮力，至外筒體3-1沉到位且緩凝水泥漿溢出地面止；本實施方式各節外筒體之間采用焊接固定成一體，外筒體3-1總長102m ;待緩凝水泥將外筒體3-1與基礎井I凝固成一體后、通過吊鉤取出配重用鉆鋌(即金屬桿7)，待用；步驟C.下儲氣筒體3-3 :仍按常規地下儲氣井井筒的固定方法向經步驟B固定后的外筒體3-1內下入底端設有錐形螺孔、而外表面每間隔15m設置ー扶正器3-3. 2的儲氣筒體，當儲氣筒體3-3下至IOOm后、采用筒體吊裝夾板5將儲氣筒體3-3夾持固定并在其上ロ部裝上與灌漿插管壓緊法蘭8配套用井口法蘭；[0023]步驟D.灌注水泥保護加強層及多層儲氣井筒體的成型固定將灌漿插管9插入經步驟C采用吊裝夾板5夾持固定好的儲氣筒體3-3內、其下端頭與儲氣筒體底部的灌漿エ藝孔連通并旋緊后，啟動灌漿泵10、將配制成比重為I. 8g/cm3的水泥漿經儲氣筒體3-3底部的灌漿エ藝孔，由下向上灌入儲氣筒體3-3與外筒體3-1之間的環形空間內，當水泥漿溢出地面后、關閉灌漿泵10 ;然后打開灌漿插管9上端的高壓接頭將清管膠塞9-1裝入灌漿插管9內、接上接頭后，立即向插管內泵入清水將清管膠塞9-1向下壓以清除灌漿插管9及灌漿エ藝孔堵頭部位內的水泥漿、至泵壓突增時關閉灌漿泵，待水泥漿凝固形成保護加強層3-2后、將灌漿插管9連同清管膠塞9-1抽出，再利用灌漿插管下端螺紋頭將旋塞式錐螺紋堵頭3-3. 4旋入灌漿エ藝孔內、將其封閉，即得由儲氣筒體3-3、保護加強層3-2和外筒體3-1組成的多層儲氣井筒體，再經試壓合格后、即成。本實施方式所得多層儲氣井筒體經試壓合格后、按要求裝上井口裝置12即可作為燃氣調峰站、儲配站儲存高壓天然氣用。實施例2 :本實施例以儲氣筒體3-3底部的灌漿エ藝孔堵頭3-3. 4采單向閥為例，其單向閥的設置及向儲氣筒體3-3與外筒體3-1之間的環形空間內灌注水泥漿均采用本實用新型申請人之一、在公告號為CN1837672B的專利文件所公開的方式進行；本實施例中多層儲氣井筒體其余結構和エ藝方法均與實施例I相同。
權利要求1.一種高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體，包括外表面帶扶正器的內層儲氣筒體及底部設有密封頭的外筒體，其特征在于在內層儲氣筒體與外筒體之間還設有將內層儲氣筒體外表面完全包裹的水泥保護加強層，而在儲氣筒體的底部封頭上設有灌漿エ藝孔及其堵頭、在外筒體底部則設有密封頭；內層儲氣筒體與外筒體通過水泥保護加強層緊固連接成一體。
2.按權利要求I所述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體，其特征在于所述水泥保護加強層的壁厚為30 50mm、底部厚與儲氣筒體底端至外筒體內底面的距離相同。
專利摘要該實用新型屬于高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體，該儲氣井筒體包括設有扶正器、底部設有灌漿工藝孔及其堵頭的儲氣筒體、水泥保護加強層及底部帶密封頭的外筒體；該實用新型在傳統雙管地下儲氣井的基礎上、在儲氣筒體與外筒體之間增設了既可將儲氣筒體外表面緊密包裹、又將儲氣筒體與外筒體緊固成一體水泥保護加強層，即使外筒體被腐蝕、仍可有效保護儲氣筒體不受損害。因而具有使用過程中可完全隔離了地下水對儲氣筒體的腐蝕、有效提高了固井效果，大大減小了儲氣筒體因交變負荷引起的頻繁變形幅度，確保了地下儲氣井儲氣及運行的安全性、可靠性，既延長了儲氣井的使用壽命、又防止了儲氣井井筒在使用過程中斷裂或爆炸事故的發生等特點。
文檔編號F17C1/08GK202546242SQ201220080109
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者冉訓, 劉國偉, 辛國斌 申請人:冉訓, 劉國偉, 辛國斌