一種高壓地下儲氣井用多層儲氣井筒體的製作方法

2023-09-13 01:05:00

專利名稱：一種高壓地下儲氣井用多層儲氣井筒體的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體，特別是一種含儲氣筒體層、水泥保護加強層及外筒體保護固定層的用於地下儲氣的井筒體；採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及外筒體均勻包覆、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，已普遍採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，加之採用地質鑽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；而傳統採用單筒體的儲氣井由於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於此類單筒體的儲氣井井筒及此類儲氣井筒體的固定方法。採用上述單筒體的儲氣井井筒，無論採用前者從上向下灌漿、還是採用後兩者改進後的由下向上灌漿，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鬆動、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、嚴重時井筒會突然衝出地面，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》的專利文獻公開了一種由內、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；該儲氣井井體的固定方法是首先對地鑽出井眼(即鑽基礎井)、外層導管下入井中，隨後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後，清理外導管內的水泥，再下內套管，固定內外層導管即可。該技術的井體雖然採用了內、外兩層套管，並通過外層套管與基礎井固定；但由於外層套管與基礎井之間仍採用傳統方法固定、因而外層套管仍存在使用時間長後管(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、內外層導管採用可拆卸固定，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；而且由於其內層套管(儲氣井筒)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管體的影響比對傳統單筒體儲氣井筒的影響更大、井筒體也更容易發生疲勞破壞，特別是其套管接箍部分的聯接螺紋更容易失效、發生燃料氣體洩漏等；該技術雖然可較傳統採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(儲氣井筒體)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洩漏、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，研究設計一種高壓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，在內層儲氣筒體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及將內層儲氣筒與外筒體緊固連接成一體，又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，由於內層儲氣筒、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，即使外筒體由於固井缺陷在此後的使用過程中因地下水及有害氣體對其腐蝕造成穿孔等、由於儲氣筒體外表面還有一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內層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首先採用地質鑽探開設基礎井，再將底部設有灌漿工藝孔的外筒體下到基礎井內並將灌漿管插入外筒體內、其下端頭與外筒體底部的灌漿工藝孔連通，然後啟動灌漿泵由下向上、對外筒體與基礎井之間灌注水泥漿，當水泥漿溢出地面後停止灌注並打開灌漿管上部接頭、裝入(灌漿工藝孔)膠塞，再啟動灌漿泵，將膠塞推入外筒體底部的灌漿工藝孔內後，停泵；然後將灌漿插管下端頭抽離外筒體底部的灌漿工藝孔、清洗外筒體內腔後；再將筒體底部封頭上設有灌漿工藝孔、而筒體外表面間隔設有扶正器的儲氣筒體下入外筒體內，到位後採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工藝孔連通並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，當水泥漿溢出地面後停止灌注，然後抽出灌漿管並通過其下端頭的卡口將儲氣筒體灌漿工藝孔堵頭旋入該工藝孔內將其封閉，最後抽出灌漿管、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固定完工後即可根據要求在儲氣井筒體上口部裝上要求的井口裝置、即可用於儲存高壓燃料氣。因而本實用新型多層儲氣井筒體包括帶扶正器的內層儲氣筒及底部帶灌漿工藝孔的外筒體，關鍵在於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，而在帶扶正器的內層儲氣筒體的底部還設有灌漿工藝孔及灌漿工藝孔堵頭、在外筒體底部的灌漿工藝孔內還設有與該工藝孔配套的膠塞；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(採用地質鑽探開設的)基礎井緊固成一體使用。上述內層儲氣筒體的底部灌漿工藝孔為錐形螺孔、而設於錐形螺孔內的堵頭為設有錐螺紋的旋塞式堵頭或單向閥。而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。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，特採用以下方法進行步驟A.下外筒體首先按石油、天然氣鑽井技術和程序鑽基礎井，再按常規地下儲氣井井筒的固定方法將底部帶灌漿工藝孔的外筒體下到基礎井內；步驟B.固定外筒體將灌漿用插管吊入外筒體內腔、插管下端通過連接套與外筒體底部灌漿工藝孔連接，同時採用扶正器將灌漿插管扶正定位，再將插管上端通過高壓接頭與灌漿泵接通後、起動灌漿泵，將配製成比重為I. 6 I. 9g/cm3的水泥漿經外筒體底部 的灌漿工藝孔灌入外筒體與基礎井壁之間的環形空間內，當水泥漿由下至上溢出井口後、關閉灌漿泵，然後打開插管上端的高壓接頭將工藝孔配套用膠塞裝入灌漿插管內、接上接頭後，立即向插管內泵入清水將膠塞壓入工藝孔內、至泵壓突增時關閉灌漿泵；然後將插管下端抽離灌漿工藝孔並清洗外筒體內腔、待用；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固定後的外筒體內下入底端設有灌漿工藝孔、而外表面間隔設置扶正器的儲氣筒體，當儲氣筒體下到位後、採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固定將灌漿插管插入經步驟C採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工藝孔連通並旋緊後，啟動灌漿泵、將配製成比重為I. 6 I. 9g/cm3的水泥漿經儲氣筒體底部的灌漿工藝孔，由下向上灌入儲氣筒體與外筒體之間的環形空間內，當水泥漿溢出地面後、關閉灌漿泵；然後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、接上接頭後，立即向插管內泵入清水將清管膠塞向下壓以清除灌漿插管及灌漿工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後、抽出灌漿插管及清管膠塞，再利用灌漿插管下端螺紋頭將灌漿工藝孔堵頭旋入灌漿工藝孔內、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，再經試壓合格後、即成。上述在步驟A中所述下外筒體中、各節外筒體之間採用焊接或粘接、鉚接、螺紋的方式固定聯結成一體。以上所述固定後的多層儲氣井筒體試壓檢測合格後，按需要在該多層儲氣井筒體的上口部裝上相應的井口裝置、即可用於CNG (壓縮天然氣)供應站及城市燃氣調峰站儲存高壓天然氣。本實用新型由於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並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、即使外筒體由於固井缺陷在此後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一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將儲氣筒體外表面緊密包裹、對儲氣筒體起到保護和加強作用，本實用新型首先按常規地下儲氣井井筒的固定方法將外筒體下到基礎井內並將其與基礎井固定後、再將帶扶正器及灌漿工藝孔的儲氣筒體向下置入外筒體內，然後經儲氣筒體底端的灌漿工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並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了地下水等對儲氣筒體的腐蝕、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變形(漲、縮)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
下置外筒體示意圖；圖4.為本實用新型方法及具體實施方式
中外筒體固定流程示意圖樣； 圖5.為本實用新型方法及具體實施方式
下儲氣筒體及其固定流程示意圖。圖中1、基礎井，1-1、鑽井液，2、連接固定層，3-1、外筒體，3-1. I、外筒體扶正器，3-1. 2、外筒體封頭，3-1. 3、膠塞，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、灌漿工藝孔堵頭，4、井口墊板，5、筒體吊裝夾板，6、吊耳，7、12:灌漿插管扶正器，8、灌漿插管，8-1、清管膠塞，9、灌漿插管壓緊法蘭，10、灌漿泵，11-1、水池，11-2、水泥漿池，13、井口裝置。
具體實施方式
實施例I :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O323. 9X6mm，儲氣筒體3-3採用直徑為￠244. 48mm(95/8〃 )的套管、有效儲氣部分深為100m、儲氣壓力為25Mpa。該多層儲氣井筒體的成型固定方法為步驟A.下外筒體3-1 :首先按石油、天然氣鑽井技術和程序鑽直徑為0400_、深不小於105m的基礎井1，再按常規地下儲氣井井筒的固定方法通過外筒體吊裝夾板5和吊耳6將底部帶灌漿工藝孔的外筒體3-1下到基礎井內，本實施方式各節外筒體之間採用焊接固定成一體，下至102m後；在其上口部裝上與灌漿插管壓緊法蘭9配套用井口法蘭；步驟B.固定外筒體3-1 :將灌漿插管8吊入外筒體I的內腔、其下端通過連接套與外筒體底部灌漿工藝孔連接、同時間隔設置12個灌漿插管扶正器7將灌漿插管8扶正定位，然後通過灌漿插管壓緊法蘭9將灌漿插管8軸向壓緊，灌漿插管8上端則通過高壓接頭與灌漿泵10接通後、起動灌漿泵10，將水泥漿池11-2中配製成的比重為I. 85g/cm3的油井水泥漿經外筒體底部的灌漿工藝孔灌入外筒體3-1與基礎井I井壁之間的環形空間內，當水泥漿由下至上溢出井口後、關閉灌漿泵10 ;然後打開灌漿插管8上端的高壓接頭將工藝孔配套用膠塞3-1. 3裝入灌漿插管8內、接上接頭後，立即將水池11-1中的清水泵入插管內、將膠塞3 I. 3壓入灌漿工藝孔內，至泵壓突增後關閉灌漿泵10 ;然後將灌漿插管8下端抽離灌漿工藝孔並清洗外筒體I的內腔、待用；水泥漿凝固後即形成連接固定層2 ；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固定後的外筒體內下入底端設有錐形螺孔、而外表面每間隔15m設置一扶正器3-3. 2的儲氣筒體，當儲氣筒體下至IOOm後、採用筒體吊裝夾板5將儲氣筒體夾持固定並在其上口部裝上與灌漿插管壓緊法蘭9配套用井口法蘭；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8插入經步驟C採用吊裝夾板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工藝孔連通並旋緊後，啟動灌漿泵10、將配製成比重為I. 8g/cm3的水泥漿經儲氣筒體底部的灌漿工藝孔，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，當水泥漿溢出地面後、關閉灌漿泵10 ;然後打開灌漿插管8上端的高壓接頭將清管膠塞3-3. 5裝入灌漿插管8內、接上接頭後，立即向插管內泵入清水將膠塞8 I向下壓以清除灌漿插管8及灌漿工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後、將灌漿插管8連同清管膠塞8-1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旋入灌漿工藝孔內、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，再經試壓合格後、即成。本實施方式所得多層儲氣井筒體經試壓合格後、按要求裝上井口裝置13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底部的灌漿工藝孔堵頭3-3. 4採單向閥為例，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採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餘結構和工藝方法均與實施例I相同。
權利要求1.一種高壓地下儲氣井用多層儲氣井筒體，包括帶扶正器的內層儲氣筒及底部帶灌漿工藝孔的外筒體，其特徵在於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，而在帶扶正器的內層儲氣筒體的底部還設有灌漿工藝孔及灌漿工藝孔堵頭、在外筒體底部的灌漿工藝孔內還設有與該工藝孔配套的膠塞；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所述高壓地下儲氣井用多層儲氣井筒體，其特徵在於所述內層儲氣筒體的底部灌漿工藝孔為錐形螺孔、而設於錐形螺孔內的堵頭為設有錐螺紋的旋塞式堵頭或單向閥。
3.按權利要求I所述高壓地下儲氣井用多層儲氣井筒體，其特徵在於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於高壓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、灌漿工藝孔及其堵頭的儲氣筒體、水泥保護加強層及設有灌漿工藝孔及其膠塞的外筒體；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F17B1/02GK202546236SQ201220080208
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, 陸德明, 陳英 申請人:冉訓, 陸德明, 陳英