地下储气井在城镇天然气储配站中的应用_工程实践

摘要

摘要：介绍了地下储气井的结构及其特点，并与常规等储量的天然气高压球罐在投资、安装条件及效益等方面进行了比较；地下储气井式的储配站占地面积小、使用期限长、消防系统简单、

摘要：介绍了地下储气井的结构及其特点，并与常规等储量的天然气高压球罐在投资、安装条件及效益等方面进行了比较；地下储气井式的储配站占地面积小、使用期限长、消防系统简单、安全性能好，具有广泛地推广价值。

关键词：地下储气井；天然气；储配站；应用

1 引言

地下储气井自国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156实施以来，广泛地应用于CNG加气站、天然气调峰、工业储气中，全国现有在用储气井4000口以上，CNG地下储气井储气具有占地面积小，运行费用低。操作维护简便等优点^[1]。随着储气装置与技术的不断发展，储配站中主要形成了储气瓶、储气罐(柜)和储气井3种储气装置，井式储气装置是大规模储存天然气替代地上储罐的储气方式，从社会价值、经济效益和消防安全角度综合分析均有一定优势，具有广泛的推广价值^[2]。

随着国家质检总局颂发了“关于加强地下储气井安全监察工作的通知(质检办特)(2008)637号管理、监督检查均有明确的规定，确保了地下储气井的安全运行。

2 地下储气井的结构及其特点

2.1 地下储气井的结构

地下储气井由井口装置、井底封头与井筒组成，如图1所示。

井口装置材料的实际抗拉强度不应大于880MPa。实际屈服强度比不超过0.90；疲劳循环次数应不少于2.5×10⁴次；与井筒的连接上扣扭矩应符合SY/T5412的规定；与井筒连接处应密封，必须无渗漏。

井底封头材料的实际抗拉强度不应大于880MPa，实际屈服强度比不超过0.90；疲劳循环次数应不少于2.5×10⁴次；与井筒的连接上扣扭矩应符合SY/T5412的规定；井底封头与井筒连接处应密封，必须无渗漏。

井筒应符合API Spec 5CT的要求，套管钢级应为TP80CQJ，材料的实际屈服强度宜选552MPa～758MPa，实际抗拉强度宜选689MPa～862MPa，疲劳循环次数应不少于2.5×10⁴次。

2.2 地下储气井的特点

地下储气井主要技术指标为：套管外径：177.8mm～273.10mm；单井容积：1m³～10m³；井深：100m～250m；额定压力：25MPa；储存介质：符合国标《车用压缩天然气》(GBl8047—2000)规定的天然气翻。

地下储气井结构简单又深埋于地层深处，若产生泄漏和爆炸，由于其储气单元(井)被分散埋于地下，则较小的爆炸冲击能量迅速被地层所吸收，储存介质通过地层迅速予以释放，地面在冲击波作用下仅会有轻微振动，从根源上解决了事故发生后带来的隐患，是规模储存技术的重大创新。

天然气储配站的地上储罐，根据国家现行规范《城镇燃气设计规范》GB50028—2006的要求，地上储罐应设置固定式消防冷却水系统(水喷淋或水喷雾等型式)或固定式水炮和移动式消防冷却水系统，以保证事故状态下对着火罐和邻近罐进行冷却保护，消防冷却用水量大。地下储气井深埋地下，具有“冬暖夏凉”的常温特性，井与井之间互为独立储气，储气单元多而单口井储气量相对小，而且可以相互倒罐，即使发生泄漏或爆裂，也不会对地面和相邻储气单元(井)造成威胁，井口安全阀组可及时切断事故井与其它井的连接管线，截断气源，事故井口易封堵，处置措施简便，可有效防止事态的扩大。

采用传统的储气罐方式的储配站，由于其储罐均为地上式，体积庞大，占地面积大，会给周边企业或居民造成心理上的巨大压力；而采用地下储气井方式储气的储配站，每口井占地面积≤1m²。不仅占地面积小，而且站区可以建成“园林式”厂区，极大地改善了周边的环境。

从运行情况分析，由于地上储气罐焊接点多，受大气温度、环境、腐蚀性介质等因素的影响较大，每年的维护检测费很高。使用寿命短。而地下储气井是根据国际API标准锥形螺纹连接，全井无一焊点，深埋地层中，井管外壁与地层之间环空通过专利固井技术，全部采用水泥浆固井，使容器与地层形成一个整体，有效提高了储气装置的强度与钢性，同时这道“混凝土墙”使井管外壁与地层中的腐蚀性介质完全隔开，有效保护井管不受腐蚀，地面仅露出进、排气口及排污装置，每年的维护检测费用几乎为零。使用期限可达25年。

3 地下储气井在城镇天然气储配中的应用

3.1 地下储气井在城镇加气站中的应用

地下储气井已被广泛地应用于城镇加气站中^[4]，加气站一般设置在城区，全国已有逾300座CNG加气站应用此方式建造。例如：重庆市天城加气站位于重庆市万州区，加气站等级为三级，最大储气容积为16m³，按高、中、低压分组，每个储气井水容积为2.5m³，共设6口井(高压组1口，中压组2口，低压组3口)，实际储气容积15m³，总储气量3750m³，井口高出地面300mm，井深为100m，其技术参数如下：公称容积：2.5m³，设计压力：32MPa，工作压力：25MPa，设计井深100m。中国石油重庆销售公司黄花园加油加气站工程，该站设计供气规模为日供压缩天然气1.5万m³的二级加气站，站内设有6口水容积为1m³的天然气地下储气井(高压组1口，中压组2口，低压组3口)。实际储气容积6m³，总储气量1500m³，井口高出地面300mm，井深为100m，其技术参数：公称容积：1.0m³，设计压力：32MPa，工作压力：25MPa，设计井深100m。

3.2 地下储气井在城镇天然气储配中的应用

天津经济技术开发区天然气储配站位于天津经济技术开发区，采用地下储气井储气技术，占地面积为40670.35m²，储气规模为20万m³，预留20万m³的规模，它除具有储气调峰功能外，还具有装卸压缩天然气功能(装卸规模为2500m³/h)和天然气汽车加气功能。于2006年底建成投产。主要由调压计量装置、脱硫脱水装置、天然气压缩机、地下储气井群、减压计量装置及加气机(柱)组成。

其工艺流程如下：市政天然气→脱硫脱水→压缩机压缩→优先顺序控制盘→地下储气井储存→减压调压装置→市政管网

储配站内设有72口水容积为9.3m³的地下储气井，储气井外径为ф244.5×11.99，深度约为250m，其材质符合国际API标准的高抗硫钢管，套管钢级为TP80CQJ。其技术指标符合《高压气地下储气井》(SY/T6535—2002)的有关规定。

地下储气井分4组布置，每组18口。储气井的横向间距为2m，纵向间距为3m。地下储气井组间距为5m，与站内、外其它建、构筑物的间距符合现行国家规范要求。

从天津经济技术开发区天然气储配站的实际运行情况来看，该储配站运行可靠、稳定、安全。

4 技术经济比较

以天然气调峰量为25万m³的天然气储配站来进行投资、安装条件及效率比较，地下储气井式储配站设有90口9.3m³的地下储气井，工作压力为25MPa；常规储气罐式储配站设有6台3500m³高压球罐，设计压力为1.5MPa，最高工作压力为1.4MPa。

4.1 投资比较见表1

表1

地下储气井		高压球罐
90口储气井	3875万元	6台3500m³球罐	3336万元
直接占地	1190m²	直接占地	1692m²
地下储气井区用地	2900m²	储罐区用地	25646m²

4.2 储气井与高压球罐结构及安装条件的比较见表2

表2

地下储气井	高压球罐
地面只露出井口以连接进、出气口以及排污口，节约了占地面积	地上露天水平安装，占地面积大
无需预制基础	地面需先预制基础，现场焊接制作
仅配置一般消防设施	配置全套消防系统

4.3 效益比较见表3

表3

地下储气井	高压球罐
使用年限25年以上	使用年限8年～15年
运营费用几乎为零	运营费用每年8万元～15万元
隐患少，事故损失小	事故损失大，爆炸冲击波强度大
运行稳定，不受外力环境影响，基本免维护	运行稳定，维护抢修难度大

储配站内高压球罐全套消防系统按300万元计，则采用地下储气井的投资比采用高压球罐的投资约高出7%左右，再考虑高压球罐每年的运营费用，则总费用相差无几。

在同等规模的天然气储配站中，采用地下储气井方式的储配站的占地面积与高压球罐相比，占地面积缩小近十倍。在城镇建设用地和土地资源十分紧缺的情况下，选择地下储气井式储气技术具有更大的现实意义。

采用地下储气井式的储配站储气压力高、占地面积小、使用期限长、消防系统简单、安全性能好。其缺点是工艺较复杂，对操作人员的素质要求高。但从社会价值、经济效益和消防安全角度综合分析，具有广泛推广价值，是规模储存技术的重大创新。

参考文献

1 刘清友，何霞，孟少辉.CNG地下储气井安全性分析[J].天然气工业，2005，25(1)：138-140.

2 申立新.井式储气技术在天然气规模储配中的安全评价及应用[J].消防科学与技术，2004，23(2)：170-172.

3 SY/T6535—2002，高压气地下储气井[S].

4 罗东晓.地下储气井在天然气加气站的应用[J].煤气与热力，2007，27(7)：24-26

(本文作者：肖平华深圳市市政工程咨询中心 518035)