專利名稱：一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高壓氣地下儲氣井結構，特別是涉及一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下 儲氣井結構。
背景技術：
1、高壓氣地下儲氣井簡介
高壓氣地下儲氣井又稱CNG儲氣井，這種井的結構是由單壁①177.8mnT①244.5m (TP80CQJ)儲氣井專用套管,通過扁梯形管螺紋，與井身的下封頭(鍛件)和頂端蓋聯接， 其井身98%部分埋于地下100米~200米左右，形成儲存壓縮天然氣的單壁井筒式壓力容器， 見中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T6535-2002《高壓氣地下儲氣井》。
高壓氣地下儲氣井設計公稱壓力為25MPa，設計溫度常溫，并于2004年由國家質檢總 局定為A1級高壓容器(三類壓力容器)。
高壓氣地下儲氣井是CNG行業的新事物，鉆建CNG儲氣井也是一門新技術。CNG儲氣井 站同用儲氣瓶組，長管CNG瓶，球形儲氣罐相比，具有結構簡單，占地面積小，投資小(成 本低)發生散射爆炸可能性小，安全性好等特點。
儲氣井的制造工藝及設計結構是由石油鉆井工藝及采油井管，加上端蓋和下封頭改造而 來。其中井筒身的固定，是用油井水泥漿形成的混凝土把井筒身與井壁地層膠結固定在一起。
圍繞井筒身形成的水泥環既起到了固定井筒身的作用，又起到了防腐蝕作用。
傳統的石油采油井管的固井是從鉆具正眼壓進泥漿。從井身四周環空返出的方法進行，
即行內講正循環固井工藝。但儲氣井的結構下側有封頭不能夠采用此方法進行固井。
由于井底下部有封頭，日前多數儲氣井采用的是灌注固井法。用人工或潛水泵將水泥漿灌入環空內。此方法在很小的壓力作用下泥漿不能達到設計的位置，形成部分或局部固井， 施工現場已得到驗證。
2、采用目前固井方法出現的問題
(1) 正循環固井工藝
由于水泥漿是通過井內壁達到下部，水泥漿從井外壁四周環空返出，井底結構為錐環密
封，所以滯留內壁的水泥無法清除，造成25MPa天然氣密封效果不好。實踐證明，采用此結
構的儲氣井存在漏氣。100%的固井，儲氣井在承受25MPa正應力作用下，井身的伸長可以拉
斷水泥環(通過計算井身伸長量大于200mm)，或使儲氣井上竄，這也是正循環固井所在的隱 串
^、 o
(2) 灌注固井工藝
由于地層構造的復雜性，地下水的作用，在鉆井擾動作用下形成井壁跨塌是常有的，泥 漿是不可能穿過(或推移)跨塌物(段)到達設計位置，往往只能在井口段，或局部形成部 分固井。在四川省出現的多處儲氣井上竄、下沉、漏氣也證明了這一點。
在四川CNG儲氣井安全技術研討會"川清汽協[2005]03號"文件也表明了上述問題的存 在和嚴重性。
在"中國天然氣汽車"2005年9~10期，總第96 97刊物上也對儲氣井固井結構進行討論。
發明內容
本實用新型的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種可防止儲氣井上竄、下沉、泄漏、 儲氣井承壓井筒外壁腐蝕、保證儲氣井在承壓時軸向伸長量的一種雙壁套筒氮密封式高壓氣 地下儲氣井結構。
本實用新型的一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，它包括具有進氣口和排液 口的井口裝置、與所述的井口裝置相連的彼此之間通過節箍連接的多節內井筒，在所述的最底端的內井筒上連接有井底封頭，它還包括對開式異形設備法蘭， 一個具有凹槽的并且其上 開有氮氣充氣口、壓力表口以及螺紋連接孔的下側異形設備法蘭，所述的對開式異形設備法 蘭和下側異形設備法蘭通過螺栓相夾緊連接在所述的最上端的節箍的上、下端面，在所述的 下側異形設備法蘭的凹槽和最上端的節箍的下端面之間設置有密封墊片，在所述的下側異形 設備法蘭的底部焊接有套在所述的內井筒外壁外的呈U形的外井筒身，所述的外井筒身由多 節外井筒體焊接成并且最底端的外井筒體通過下封頭連接，所述的u形的筒身的底部距離所 述的井底封頭留有預定的距離。
本實用新型裝置在承受25Mpa的壓力下，儲氣井筒身不采用固井方式，采用懸掛式，提 供了一種可行的設計結構；雙壁套筒式結構在承受25MPa壓力時，給出伸長空間自由伸長， 避免儲氣井上竄冒井和下沉；兩壁間采用低于O. lMPa氮氣密封，儲氣井連接結構一旦泄漏， 氮氣壓力升高，可采用緊急措施，泄漏天然氣不會沿地層擴散，(己有沿地層擴展后附近地區 天然氣失火的案例)，同時也避免儲氣井外壁面的腐蝕；雙壁的外壁套管進行部分固井深度大 于地下水層到硬土層，加上地腳螺栓的固定，避免單壁儲氣井外壁面與固井水泥的摩擦，造 成壁厚減薄;地下10(T200米深處，地下水的腐蝕只能對套筒外壁起作用，腐蝕不了承受25MPa 壓力的儲氣井筒壁。如若干年后外壁腐蝕透，可以在兩層壁之間重新灌注水泥，達到完全固 井作用繼續使用；內外套筒間的氮氣保護可使地下溫度不能傳導給儲氣井筒壁，因為在地下 井內溫度升高rc，壓力可能增高十幾個大氣壓力，避免了天然氣因溫度變化造成的自增壓 現象，而導致儲氣井的失效； 一側對開式異型設備法蘭結構與異型設備法蘭連接，既能滿足 地腳螺栓的需要，又對儲氣井的卡箍形成夾緊固定，解決了懸掛井筒與基礎的固定問題。


圖1為已有的SY/T 6535-2002標準中的高壓氣地下儲氣井結構示意圖； 圖2是本實用新型的一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構的結構示意圖； 圖3是圖2所示裝置的U形筒身的焊接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實例對本實用新型作以詳細描述。
如圖1為己有的SY/T 6535-2002標準中的高壓氣地下儲氣井結構示意圖。圖中它包括具 有進氣口 1和排液口 2的井口裝置3、與所述的井口裝置3相連的并且彼此之間通過節箍4 連接的多節內井筒5，所述的多節內井筒5與所述的節箍4通過螺紋連接。在所述的最底端 的井筒上連接有井底封頭6，固井水泥16環繞內井筒5。
如圖2-3所示的本實用新型的一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構,它包括具 有進氣口 1和排液口 2的井口裝置3、與所述的井口裝置3相連的并且彼此之間通過節箍4 連接的多節內井筒5，所述的多節內井筒5與所述的節箍4通過螺紋連接。在所述的最底端 的井筒上連接有井底封頭6，它還包括對開式異形設備法蘭7, —個具有凹槽的并且其上開有 氮氣充氣口、壓力表口以及螺紋連接孔的下側異形設備法蘭8，所述的對開式異形設備法蘭7 和下側異形設備法蘭8通過螺栓相夾緊連接在所述的最上端的節箍4的上、下端面上，在所 述的下側異形設備法蘭8的凹槽和最上端的節箍的下端面之間設置有密封墊片9，在所述的 下側異形設備法蘭8的底部焊接有套在所述的井筒外壁外呈U形的外井筒身10，所述的外井 筒身10由多節外井筒體焊接成并且最底端的外井筒身IO通過下封頭14連接。所述的外井筒 體材料可以選用標準螺旋管制作，所述的內井筒外壁與所述的外井筒身內壁之間的空間可以 根據0177.8mm內筒選取①325X8mm標準螺旋管，0244鵬內筒選取①377X8mra標準螺旋管， 0273. 05mm內筒選取①426X8mm標準螺旋管確定，所述的標準螺旋管可以在天津鋼管公司等 多個廠家購得(例天津市華油鋼管有限公司)。所述的U形的外井筒身10的下封頭14與所述 的井底封頭6留有預定的距離L，該距離可按下公式L(mm)=300 mm +1/1000* (井深)mm計 算長度。在使用時在位于地表面至硬土層之間的所述的U形外井筒身與井壁之間設置有用于 固井和處理地基使用的水泥以形成固井水泥層和地基層13，在所述的地基層設置有地腳螺栓 11，所述的下側異形設備法蘭8與所述的地腳螺栓11相連。在內井筒5和U形的外井筒身內壁之間通過氮氣充氣口通入低于0. IMPa氮氣12密封。固井水泥層和地基層13處的井壁直徑 大于其它處的井壁直徑。在內井筒5和外井筒身10內壁之間可以間隔一定距離設置扶正器 15以支撐外井筒身10來保證內井筒5和外井筒身10的同軸度。
所述的密封墊片優選的為金屬纏繞墊片以益于使用延年。所述的相鄰外井筒體的連接部 位的外側開有焊接坡口以使相鄰外井筒體之間通過焊接相連并且其中一節井筒體連接部位的 內側設置有凸塊17、另一節井筒體相應的內側開有凹槽，所述的凸塊與所述的凹槽相卡緊配 合以定位，從而確保上下外井筒體的管口組對的水平及相鄰外井筒體的垂直度要求。
本實用新型結構的安裝方法為-
(1) 鉆井，其中地平面至硬土層之間鉆井的直徑為外井筒體直徑的1.6 1.8倍；其余部分 的鉆井的直徑為U形的筒身1.4倍；
(2) 先焊接下封頭與一節外井筒體，依次焊接多節外井筒體以形成U形的外井筒身并將其 沉入所述的鉆井內，所述的外井筒身最上端與具有凹槽的下側異形設備法蘭焊接相連；
(3) 在位于地表面和硬土層處的外井筒身外壁和鉆井井壁之間灌注水泥使之形成固井層 和地基層，在所述的地基層預埋多個地腳螺栓；
(4) 將所述的多個地腳螺栓與所述的下側異形設備法蘭相連接固定；
(5) 在U形的外井筒身內依次將井底封頭，內井筒，節箍用壓力鉗緊固連接成承壓內井筒 身，在最后一個節箍沒安裝上時，在所述的下側異形設備法蘭的凹槽上放置密封墊片，再裝 上井口裝置以將所述的內井筒身通過其最上端的節箍的下端面懸掛在所述的下側異形設備法 蘭的凹槽內；
(6) 將兩個對開式異形設備法蘭壓緊在所述的最上端節箍的上端面，然后將所述的對開式 異形設備法蘭與下側異形設備法蘭通過螺栓夾緊；
(7) 通過下側異形設備法蘭的氮氣充氣口在所述的內井筒和外井筒身內壁之間通入低于 0. 1Mpa的氮氣，并通過下側異形設備法蘭上安裝的壓力表檢測壓力。
權利要求1. 一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，它包括具有進氣口和排液口的井口裝置、與所述的井口裝置相連的彼此之間通過節箍連接的多節內井筒，在所述的最底端的內井筒上連接有井底封頭，其特征在于它還包括對開式設備法蘭，一個具有凹槽的并且其上開有氮氣充氣口、壓力表口以及螺紋連接孔的下側設備法蘭，所述的對開式設備法蘭和下側設備法蘭通過螺栓相夾緊連接在所述的最上端的節箍的上、下端面，在所述的下側設備法蘭的凹槽和最上端的節箍的下端面之間設置有密封墊片，在所述的下側設備法蘭的底部焊接有套在所述的內井筒外壁外的呈U形的外井筒身，所述的外井筒身由多節外井筒體焊接成并且最底端的外井筒體通過下封頭連接，所述的U形的筒身的底部距離所述的井底封頭留有預定的距離。
2.根據權利要求1所述的雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，其特征在于 在位于地表面至硬土層之間的所述的U形外井筒身與井壁之間設置有用于固井和處理地基 使用的水泥以形成固井水泥層和地基層，在所述的地基層設置有地腳螺栓，所述的下側設 備法蘭通過所述的螺紋連接孔與所述的地腳螺栓相連。
3. 根據權利要求1所述的雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，其特征在于所 述的密封墊片為金屬纏繞墊片。 —
4. 根據權利要求1所述的雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，其特征在于 所述的相鄰的外井筒體間的焊接接口為設置在所述的相鄰外井筒體的連接部位外側的焊 接坡口并且其中一節井筒體連接部位內側設置有凸塊、另一節井筒體內側開有凹槽，所述 的凸塊與所述的凹槽相卡緊配合以定位。
專利摘要本實用新型公開了一種雙壁套筒氮密封式高壓氣地下儲氣井結構，它包括具有進氣口和排液口的井口裝置、與井口裝置相連的彼此之間通過節箍連接的多節內井筒，在最底端的內井筒上連接有井底封頭，它還包括對開式異形設備法蘭，一個具有凹槽的下側異形設備法蘭，對開式異形設備法蘭和下側異形設備法蘭通過螺栓相夾緊連接在所述的最上端的節箍的上、下端面，在下側異形設備法蘭的凹槽和最上端的節箍的下端面之間設置有密封墊片，在下側異形設備法蘭的底部焊接有套在所述的內井筒外壁外的呈U形的外井筒身。采用本結構可防止儲氣井上竄、下沉、泄漏、儲氣井承壓井筒外壁腐蝕、保證儲氣井在承壓時軸向伸長量。
文檔編號F17C1/00GK201314449SQ200820143028
公開日2009年9月23日 申請日期2008年11月12日 優先權日2008年11月12日
發明者牛衛飛, 王世來 申請人:天津市特種設備監督檢驗技術研究院