專利名稱：高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體及其成型方法
技術領域：
本發明屬于高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體及該井筒體的成型方法，特別是一種含儲氣筒體、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，以及該井筒體的成型方法；采用本發明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、可確保儲氣筒休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
本發明的目的是針對上述背景技術存在的弊病，研究設計一種高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體及其成型方法；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。本發明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，本發明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外筒體上口部止，待緩凝水泥將外筒體與基礎井凝固成一體后、取出配重物；然后向外筒體內注入配制好的緩凝水泥漿至外筒體內腔容積的30-50%，再將帶封頭及扶正器的儲氣筒體沉入灌注有緩凝水泥的外筒體內腔中，為了確保儲氣筒體沉到位、向儲氣筒體內注入流體介質作為配重物以克服緩凝水泥漿的浮力，至儲氣筒體沉到位且緩凝水泥漿溢出外筒體上口部止，待緩凝水泥漿凝固并將儲氣筒體和外筒體固定成一體后、抽出流體配重物。本發明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口部裝上要求的井口裝置、便可用于儲存高壓燃料氣。因而本發明多層儲氣井筒體包括底端帶密封頭的內層儲氣筒體及外筒體，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，而在外筒體底端亦設有密封頭、儲氣筒體外表面則間隔設置扶正器；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。
上述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其成型方法為步驟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水降失水劑緩凝劑 減水劑=I O. 6 O. 7 O. 012 O. 018 O. 0007 O. 0010 O. 012 O. 018，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.配制保護加強層用緩凝水泥漿以外筒體內腔容積的30-50%的量計、按步驟B中水泥漿的成分及重量百分比配制緩凝水泥漿，并將其注入外筒體內腔中，轉步驟 D ；步驟D.固定儲氣筒體及多層儲氣井筒體的成型仍按常規地下儲氣井井筒的固定方法向經步驟C注入緩凝水泥漿后的外筒體內下入外表面間隔設置扶正器、底端設有密封頭并通過連接套連接的儲氣筒體，當儲氣筒體下至緩凝水泥漿面以下后，向儲氣筒體內注入流體介質以克服緩凝水泥漿的浮力、同時將緩凝水泥漿沿儲氣筒體與外筒體之間的環形空間逐漸向上壓至溢出地面且儲氣筒體下沉到位止，儲氣筒體的下置過程必須在緩凝水泥漿初凝前完成；待緩凝水泥漿將儲氣筒體和外筒體凝固成一體后抽出配重流體、清洗儲氣筒體內腔，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中所述緩凝水泥漿成分中降失水劑為羧甲基纖維素或聚丙稀酸鈉、磺甲基酚醛樹脂，所述緩凝劑為葡萄糖酸鈉或高糖木質素磺酸鹽、 檸檬酸，所述減水劑為萘磺酸鹽甲醛混合物或木質素磺酸鹽、聚羧酸鹽。而在步驟B中所述固定外筒體、外筒體中的各節筒體之間采用焊接或粘接、鉚接、螺紋聯結方式固定聯結。在步驟B和步驟C中所述緩凝水泥漿的凝固時間不低于10小時。在步驟D中所述向儲氣筒體內注入流體介質以克服緩凝水泥漿的浮力，其流體介質為水或鉆井液(泥漿)。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口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。本發明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對儲氣筒體起到保護和加強作用，本發明在將外筒體下到基礎井內并將其與基礎井固定后、向外筒體內注入緩凝水泥漿，然后再將底端設有密封頭并帶扶正器的儲氣筒體向下沉入注有緩凝水泥漿的外筒體內，外筒體內的緩凝水泥漿在儲氣筒體下沉的壓力下沿儲氣筒體外表面和外筒體內表面之間的腔體向上直至溢出上口部(地面)、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。因而本發明具有在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.為本發明多層儲氣井筒體結構示意圖；圖2.為本發明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.為本發明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.為本發明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，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、配重用水，9、井口裝置。
具體實施例方式本實施例以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Φ323.9Χ6πιπι，儲氣筒體3-3采用直徑為 Φ244. 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.鉆基礎井I :首先按石油、天然氣鉆井技術和程序鉆直徑為Φ400ι πι、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 Φ 177. 8mm,內徑為Φ71. 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.配制保護加強層3-2用緩凝水泥漿將標號為P. O 42. 5R的水泥3330Kg、 羧甲基纖維素50Kg、葡萄糖酸鈉50Kg、萘磺酸鹽甲醒混合物3Kg與水2200Kg混合攪拌均勻后(約得3. 2m3緩凝水泥漿)，注入經步驟B固定待用的外筒體3-1的腔體內、立即轉步驟 D下儲氣筒體3-3，本實施方式所配緩凝水泥漿的緩凝時間約12小時；
步驟D.固定儲氣筒體3-1及多層儲氣井筒體的成型仍按常規地下儲氣井井筒的固定方法向經步驟C注入緩凝水泥漿后的外筒體3-1內下入外表面每間隔15m設置一扶正器3-3. 2、底端設有密封頭3-3. 3并通過連接套3-3. I連接的儲氣筒體3_3，當儲氣筒體3_3 下至緩凝水泥漿面以下后、向儲氣筒體3-3內注入配重用水8以克服緩凝水泥漿的浮力，同時將緩凝水泥漿沿儲氣筒體3-3與外筒體3-1之間的環形空間、并逐漸向上壓至溢出地面且儲氣筒體3-3下沉到位止，儲氣筒體3-3下置過程必須在緩凝水泥漿初凝前完成；待緩凝水泥凝固成保護加強層3-2并將儲氣筒體3-3和外筒體3-1緊固成一體后抽出配重用水8、 清洗儲氣筒體3-3的內腔，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9即可作為燃氣調峰站、儲配站儲存高壓天然氣用。
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，包括底端帶密封頭的內層儲氣筒體及外筒體，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，而在外筒體底端亦設有密封頭、儲氣筒體外表面則間隔設置扶正器; 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1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。
3.按權利要求1所述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其成型方法為步驟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水降失水劑緩凝劑減水劑=1 O. 6 O. 7 O. 012 O. 018 O. 0007 O. 0010 O. 012 O. 018，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.配制保護加強層用緩凝水泥漿以外筒體內腔容積的30-50%的量計、按步驟B 中水泥漿的成分及重量百分比配制緩凝水泥漿，并將其注入外筒體內腔中，轉步驟D ;步驟D.固定儲氣筒體及多層儲氣井筒體的成型仍按常規地下儲氣井井筒的固定方法向經步驟C注入緩凝水泥漿后的外筒體內下入外表面間隔設置扶正器、底端設有密封頭并通過連接套連接的儲氣筒體，當儲氣筒體下至緩凝水泥漿面以下后，向儲氣筒體內注入流體介質以克服緩凝水泥漿的浮力、同時將緩凝水泥漿沿儲氣筒體與外筒體之間的環形空間逐漸向上壓至溢出地面且儲氣筒體下沉到位止，儲氣筒體的下置過程必須在緩凝水泥漿初凝前完成；待緩凝水泥漿將儲氣筒體和外筒體凝固成一體后抽出配重流體、清洗儲氣筒體內腔，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。
4.按權利要求3所述述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其特征在于在步驟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。
5.按權利要求3所述述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其特征在于在步驟B中所述緩凝水泥漿成分中降失水劑為羧甲基纖維素或聚丙稀酸鈉、磺甲基酚醛樹脂，所述緩凝劑為葡萄糖酸鈉或高糖木質素磺酸鹽、檸檬酸，所述減水劑為萘磺酸鹽甲醛混合物或木質素磺酸鹽、聚羧酸鹽。
6.按權利要求3所述述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其特征在于在步驟B中所述固定外筒體、外筒體中的各節筒體之間采用焊接或粘接、鉚接、螺紋聯結方式固定聯結。
7.按權利要求3所述述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其特征在于在步驟B和步驟C中所述緩凝水泥漿的緩凝時間不低于10小時。
8.按權利要求3所述述高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體的成型方法，其特征在于在步驟D中所述向儲氣筒體內注入流體介質以克服緩凝水泥漿的浮力，其流體介質為水或鉆井液。
全文摘要
該發明屬于高壓燃料氣地下儲氣井用多層儲氣井筒體及其成型固定方法，其儲氣井筒體包括內層儲氣筒體、水泥保護加強層及外筒體；成型方法為鉆基礎井，配制緩凝水泥漿并固定外筒體，配制保護加強層用緩凝水泥漿，固定儲氣筒體及多層儲氣井筒體的成型。該發明在傳統雙管地下儲氣井的基礎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，因而具有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E04H7/18GK102588728SQ20121005633
公開日2012年7月18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, 陳英 申請人:冉訓, 劉國偉, 陳英