在用儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)案例分析

段志祥石 坤李邦憲劉海陸陳耀華段會(huì)永（.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 l0009）（.海南民生工程建設(shè)有限公司 ?？?57008）

在用儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)案例分析

段志祥1石 坤1李邦憲1劉海陸2陳耀華1段會(huì)永1
（1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 l00029）
（2.海南民生工程建設(shè)有限公司 海口 570208）

本文對(duì)近年在儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題和案例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)每一種案例進(jìn)行了討論，分析了缺陷形成原因，并提出了相應(yīng)的處理方式和檢驗(yàn)要點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)表明腐蝕減薄是儲(chǔ)氣井最常見(jiàn)的失效形式，腐蝕缺陷應(yīng)作為儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)的重點(diǎn)。在沒(méi)有其它螺紋連接性能檢驗(yàn)方法的情況下，耐壓試驗(yàn)應(yīng)作為儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)目。

儲(chǔ)氣井 定期檢驗(yàn) 缺陷 案例 腐蝕減薄 安全評(píng)價(jià)

儲(chǔ)氣井是一種特殊的地下、管狀、立式承壓設(shè)備，井筒采用螺紋連接，工作壓力一般為25MPa，介質(zhì)一般為壓縮天然氣，屬于III類(lèi)高壓容器。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)在用儲(chǔ)氣井?dāng)?shù)量有9000口以上。早期（2008年以前）的儲(chǔ)氣井由于缺乏規(guī)范和疏于管理，并且未進(jìn)行過(guò)檢驗(yàn)，出現(xiàn)了較多問(wèn)題甚至發(fā)生過(guò)嚴(yán)重事故。從2009年初開(kāi)始，受質(zhì)檢總局委托中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院試點(diǎn)開(kāi)展儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)工作。

當(dāng)前針對(duì)儲(chǔ)氣井主要開(kāi)展資料審查、宏觀檢查、硬度檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、壁厚測(cè)定、井下電視檢測(cè)、自動(dòng)超聲壁厚腐蝕檢測(cè)［1］等檢驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)開(kāi)展檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)氣井存在的不少問(wèn)題，收集了一些檢驗(yàn)案例。本文對(duì)近年儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)問(wèn)題及案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)典型案例進(jìn)行分析與討論。

1　檢驗(yàn)案例統(tǒng)計(jì)

截至2014年12月31日，通過(guò)檢驗(yàn)共收集案例232個(gè)，案例分布情況見(jiàn)表1。

表1　儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)案例統(tǒng)計(jì)表

2　典型案例分析

2.1腐蝕減薄

●2.1.1 缺陷特征

在對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行外部宏觀檢查和壁厚測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)有儲(chǔ)氣井井筒存在腐蝕，且常見(jiàn)于井筒外部。其中腐蝕深度最嚴(yán)重的達(dá)到規(guī)格壁厚的65%，腐蝕形式不僅有單個(gè)局部腐蝕，還有多個(gè)局部腐蝕以及大面積均勻腐蝕。缺陷形貌見(jiàn)圖1～圖3。

圖1　?？谀臣託庹緝?chǔ)氣井外表面的大面積腐蝕

圖2　四川遂寧某加氣站儲(chǔ)氣井外表面的大面積均勻腐蝕

圖3　甘肅蘭州某加氣站儲(chǔ)氣井外表面的多個(gè)局部腐蝕

●2.1.2 產(chǎn)生原因

當(dāng)儲(chǔ)氣井未進(jìn)行水泥固井或固井質(zhì)量較差，且未采取其它有效防腐措施時(shí)，儲(chǔ)氣井井筒直接與土壤接觸，由于土壤的腐蝕性加上雨水或地下水的共同作用，井筒外部極易產(chǎn)生腐蝕減薄。另外，井內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)如果含有一定量的硫化氫等腐蝕性成分，內(nèi)壁也會(huì)存在一定的腐蝕。

●2.1.3 檢驗(yàn)要點(diǎn)

目前主要采用宏觀檢查和水浸超聲檢測(cè)法對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行腐蝕減薄的檢測(cè)。需要測(cè)量腐蝕大小、深度、位置以及腐蝕區(qū)剩余壁厚，并作圖說(shuō)明。

●2.1.4 處理方式

對(duì)最小壁厚進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)通過(guò)則不影響使用；否則降低工作壓力（以下簡(jiǎn)稱降壓）使用或停止使用。評(píng)價(jià)可采取如下幾種方法。

1）常規(guī)評(píng)價(jià)方法

按照設(shè)計(jì)公式（目前在用的儲(chǔ)氣井一般采用JB 4732ü1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［2］設(shè)計(jì)），當(dāng)作均勻腐蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)用壁厚取實(shí)測(cè)最小壁厚（減去至下一檢驗(yàn)周期產(chǎn)生的腐蝕量）。該方法具有普遍適用性，檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)即可進(jìn)行，但是評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)保守。

2）《定檢規(guī)》G0法

按照TSG R7001ü2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》［3］第三十八條評(píng)價(jià)。對(duì)局部腐蝕減薄，打磨成平滑過(guò)渡。將凹坑按其外接矩形規(guī)則化為長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度及深度分別為2A（mm)、2B（mm)及C（mm)的半橢球形凹坑，計(jì)算無(wú)量綱參數(shù)G0，判斷凹坑是否影響定級(jí)。若G0＜0.1，不影響定級(jí)。

因?yàn)楸痉椒ú贿m于存在疲勞的工況，而儲(chǔ)氣井一般存在疲勞，所以需要補(bǔ)充疲勞評(píng)價(jià)。只有當(dāng)凹坑半長(zhǎng)不大于，則凹坑可按本方法評(píng)價(jià)；當(dāng)凹坑半長(zhǎng)大于，則凹坑應(yīng)按均勻腐蝕評(píng)價(jià)。

當(dāng)評(píng)價(jià)不能通過(guò)時(shí)，缺陷屬于超標(biāo)缺陷。需委托有資質(zhì)單位按超標(biāo)缺陷評(píng)價(jià)方法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

3）超標(biāo)缺陷評(píng)價(jià)方法

對(duì)于超標(biāo)缺陷，可以采用以下三種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于儲(chǔ)氣井一般都存在疲勞工況，進(jìn)行靜強(qiáng)度評(píng)價(jià)的同時(shí)需要補(bǔ)充疲勞評(píng)價(jià)。

（1） 按GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》均勻腐蝕評(píng)價(jià)

按照GB/T 19624ü2004［4］，將腐蝕缺陷當(dāng)作壓力容器均勻腐蝕，采用極限載荷方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)于圓筒形容器（儲(chǔ)氣井井筒）：

式中：

Do——井筒外徑；

Di——井筒內(nèi)徑；

σs——材料屈服強(qiáng)度；

pL0——無(wú)局部減薄缺陷容器塑性極限壓力。

若工作壓力p＜pL0/1.8，則允許繼續(xù)使用。

（2）按GB/T 19624ü2004容器凹坑評(píng)價(jià)

按照GB/T 19624ü2004，將腐蝕缺陷當(dāng)作壓力容器的凹坑進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)于圓筒形容器（儲(chǔ)氣井井筒），

式中：

pL0——相同材料相同尺寸的無(wú)缺陷容器的塑性極限壓力；

G0——無(wú)量綱參數(shù)，詳見(jiàn)GB/T 19624ü2004。

若工作壓力p＜pL/1.8，則該凹坑缺陷是安全的或可以接受的。

（3）按GB/T 19624ü2004管道凹坑評(píng)價(jià)

按照GB/T 19624ü2004，將腐蝕缺陷當(dāng)作管道的體積型缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中：

PL0——相同材料相同尺寸的無(wú)缺陷管道的塑性極限壓力；

pLS——無(wú)量綱參數(shù)，詳見(jiàn)GB/T 19624ü2004。

若工作壓力p＜PLS/1.5，則允許繼續(xù)使用。

2.2焊疤及裂紋

●2.2.1 缺陷形貌

在對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行外部宏觀檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)有儲(chǔ)氣井井筒存在焊疤，見(jiàn)圖4。對(duì)焊接部位打磨光滑，進(jìn)行磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋，見(jiàn)圖5。

圖4　東莞某加氣站儲(chǔ)氣井井筒焊疤

圖5　東莞某加氣站儲(chǔ)氣井井筒焊疤打磨后磁粉檢測(cè)的裂紋顯示

●2.2.2 產(chǎn)生原因

對(duì)發(fā)現(xiàn)的焊疤及裂紋進(jìn)行分析并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，是在儲(chǔ)氣井制造完成后，由于加氣站內(nèi)施工人員為設(shè)置導(dǎo)靜電裝置而在井筒實(shí)施了焊接。因儲(chǔ)氣井材料均為高強(qiáng)鋼，焊接（尤其是現(xiàn)場(chǎng)焊接后）后極易產(chǎn)生裂紋。

●2.2.3 處理方式

對(duì)焊接部位的裂紋進(jìn)行打磨消除，直至磁粉檢測(cè)無(wú)裂紋顯示。對(duì)材料進(jìn)行金相硬度等檢測(cè)，并對(duì)材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)合材料性能、剩余壁厚，對(duì)儲(chǔ)氣井井筒進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)。如果評(píng)價(jià)不通過(guò)，可以降壓后再評(píng)價(jià)或停止使用。

2.3材料硬度偏低

●2.3.1 缺陷描述

在對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行外部宏觀檢查及硬度檢測(cè)，實(shí)測(cè)硬度值參照GB/T 1172ü1999［5］進(jìn)行換算，強(qiáng)度換算結(jié)果低于材料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)鋼級(jí)要求。

●2.3.2 處理方式

采用材料硬度值換算結(jié)果對(duì)應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)（井管材料標(biāo)準(zhǔn)一般為API 5CT）中的鋼級(jí)的強(qiáng)度指標(biāo)，進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)。如果不能通過(guò)評(píng)價(jià)，則降壓后再評(píng)價(jià)或停止使用。

2.4材料分層

●2.4.1 缺陷特征

在對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行外部宏觀檢查和壁厚測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)氣井不規(guī)則層狀缺陷，造成有效壁厚變小，且層狀缺陷與自由表面夾角大于10°。目前只在哈爾濱某加氣站和西寧某加氣站發(fā)現(xiàn)了該類(lèi)缺陷。

●2.4.2 處理方式

按照TSG R7001ü2013，此類(lèi)缺陷影響壓力容器安全運(yùn)行，停止使用。

2.5井筒彎曲

●2.5.1 缺陷特征

目前只在重慶奉節(jié)某加氣站發(fā)現(xiàn)井筒明顯彎曲現(xiàn)象。對(duì)該站部分儲(chǔ)氣井下電視檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)井深38m～41m處井筒彎曲變形，彎曲度約15°。

●2.5.2 形成原因

結(jié)合儲(chǔ)氣井鉆井經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，在儲(chǔ)氣井制造階段，由于地層原因，鉆井過(guò)程中井眼容易發(fā)生傾斜，致使下入的井筒產(chǎn)生彎曲。

●2.5.3 處理方式

建立儲(chǔ)氣井彎曲井筒模型，進(jìn)行受力分析，然后對(duì)儲(chǔ)氣井進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)通過(guò)則不影響使用。

2.6機(jī)械損傷

●2.6.1 缺陷特征

井筒外表面發(fā)現(xiàn)機(jī)械損傷，損傷形貌見(jiàn)圖6。

圖6　黃梅某加氣站儲(chǔ)氣井井筒機(jī)械損傷

●2.6.2 形成原因

根據(jù)損傷形貌判斷，損傷的形成可能是在制造過(guò)程中井管發(fā)生擠壓或碰傷造成的，也可能是液壓大鉗在夾緊過(guò)程中對(duì)井筒外壁造成擠壓或磨損造成的。

●2.6.3 處理方式

對(duì)損傷部位進(jìn)行打磨圓滑過(guò)渡，采用本文2.1.4的方法對(duì)最小壁厚進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

2.7螺紋損傷

●2.7.1缺陷特征

目前只在井管最上方檢測(cè)發(fā)現(xiàn)螺紋損傷，主要有2種形式：1）螺紋全部損傷（見(jiàn)圖7）；2）螺紋沿管軸線方向劃傷（見(jiàn)圖8）。

圖7　某加氣站儲(chǔ)氣井螺紋全部磨損

圖8　某加氣站儲(chǔ)氣井螺紋軸向劃傷

●2.7.2 形成原因

在井口改造過(guò)程中，更換接箍施工時(shí)由于施工控制不當(dāng)造成對(duì)螺紋劃傷或磨損。

●2.7.3 處理方式

進(jìn)行安全評(píng)定或者停止使用。

2.8耐壓試驗(yàn)異?；虿缓细?/p>

●2.8.1 問(wèn)題特征

參照TSG R7001ü2013進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)不合格。在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)還有另一類(lèi)異常現(xiàn)象：當(dāng)?shù)谝淮文蛪涸囼?yàn)時(shí)，壓力無(wú)法穩(wěn)定，一直下降，當(dāng)降低到某個(gè)壓力值時(shí)不再發(fā)生變化。但降低試驗(yàn)壓力進(jìn)行耐壓試驗(yàn)則合格。

●2.8.2 原因分析

經(jīng)過(guò)分析，當(dāng)壓力升至試驗(yàn)壓力時(shí)，儲(chǔ)氣井螺紋由于載荷作用而發(fā)生變形，變形超過(guò)了臨界值導(dǎo)致泄漏，壓力釋放并降低，從而保不住壓。當(dāng)壓力逐步降至一個(gè)值后，載荷變小，螺紋變形逐步減小，泄漏也逐步停止。

對(duì)于螺紋結(jié)構(gòu)，由于承受疲勞載荷并受外部腐蝕環(huán)境影響，螺紋連接部位的密封性能將隨著使用年限的增加而逐步受到削弱，最終導(dǎo)致密封失效。當(dāng)前耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)儲(chǔ)氣井螺紋密封性能最直接、有效的方法。雖然TSG R7001ü2013對(duì)壓力容器已不再?gòu)?qiáng)制要求進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，但對(duì)于螺紋連接的埋地容器，筆者建議儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)不能省略耐壓試驗(yàn)這一綜合檢驗(yàn)項(xiàng)目。

●2.8.3 處理方式

對(duì)于水壓試驗(yàn)不合格的，停止使用。對(duì)于壓力初始階段保不住但最終穩(wěn)定在某個(gè)壓力值的，筆者建議可以重新采用較低試驗(yàn)壓力值進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格的允許降壓使用。

3　結(jié)論與建議

1）對(duì)近年儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和案例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)主要典型案例進(jìn)行了分析討論，分析了形成原因，并提出了相應(yīng)的處理方式。

2）腐蝕減薄為儲(chǔ)氣井最常見(jiàn)的失效形式，腐蝕缺陷應(yīng)作為儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)關(guān)注的重點(diǎn)。

3）在沒(méi)有其它螺紋連接性能檢驗(yàn)方法的情況下，耐壓試驗(yàn)應(yīng)作為儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)必須進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目。

4）本文給出的案例對(duì)儲(chǔ)氣井檢驗(yàn)人員及檢驗(yàn)工程實(shí)踐具有較大的參考價(jià)值。

［1］ 范智勇，石坤，李邦憲. 高壓儲(chǔ)氣井定期檢驗(yàn)［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全， 2009， 25（10）： 19-21.

［2］ JB 4732—1995 鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ TSG R7001—2013 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則［S］.

［4］ GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定［S］.

［5］ GB/T 1172—1999 黑色金屬硬度與強(qiáng)度換算值［S］.

［國(guó)家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)資助：201210028］

Analysis of Cases in Periodical Inspection of In-service Gas Storage Wells

Duan Zhixiang1Shi Kun1Li Bangxian1Liu Hailu2Chen Yaohua1Duan Huiyong1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. Hainan Minsheng engineering construction CO., LTD Haikou 570208)

The main periodical inspection cases of gas storage well (GSW) in recent years are statistical analyzed. Each type of cases of GSW is discussed, including the reason of defects forming, and then the key inspection points and the treatment methods are proposed. From the statistical analysis, the corrosion thinning is the most popular failure mode for GSW in service. And the corrosion defects inspection should be considered the most important in periodical inspection. When no other inspection method for thread connection, the hydraulic test is the unique way to check the thread connection and must be carried out in periodical inspection.

Gas storage well Periodical inspection Defect Case Corrosion thinning Safety assessment

X933.4

B

1673-257X（2016）07-0025-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.07.006

段志祥（1980～），男，博士，高級(jí)工程師，從事特種設(shè)備安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)方向的研究工作。
（

2015-11-26）