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摘要：从系统角度出发，分析国内储气井系统存在的安全隐患。结合生产现状、计算机应用系统，对储气井安全系统的可靠性进行了初步探讨。
关键词：压缩天然气；储气井；安全系统；储气方式；传感器。
中图分类号：TE文献标识码： A
The Study of Security System on Gas Storage Well
Huang He1, Fang Dong-yi2,Liang Jin-qiang1,Wang Ting1
（1. CPE Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute Ltd. Kelamayi 834000, Xinjiang
2．China petroleum engineering design co., LTD. Beijing branch Beijing100800）
Abstract: From the eye of system, Security risks of domestic gas well system have been analyzed.Combing production the status of operation and the applications of computer, the reliability of gas wells safety systems were discussed.
Keywords: CNG; Gas Storage Well; Security System; Storage Method; Sensor
引 言
上世纪末，我国成功地研制开发出高压地下储存井的工艺与方法。并先后在四川、重庆、上海、新疆等进行推广应用。现场的应用表明，这种高压地下储气井具有储气量大、加气快、占地面积小、操作管理方便、维护检测工作量少、年平均经济消耗低等优点。尽管如此，国内储气井的技术水平与国外相比还存在相当大的差距，尤其是在安全系统上。特别是储气井大都建在人口密集的城市，安全问题特别重要。当前国外通常在储气井中装有反应灵敏的安全阀组件。当地面发生火灾、地震或它事故引起CNG的不正常泄漏时，能自动关闭储气井地下与地面的通道，避免造成更大的灾难。除此之外，在地面安装传感器来监测储气系统的安全可靠性。
1．储气井的结构介绍
井式储气装置处于地层深处，并采用“地下储存气井单元联体固定结构”(已获国家实用新型专利)。由于其储气单元被分散埋于地下，并相互联结，若产生泄漏和爆炸，则较小的爆炸冲击能量迅速被地层所吸收，地面在冲击波作用下仅有轻微振动。这种储气技术从根源上解决了事故的威胁。地下储存气井单元联体固定结构见图1。
图1地下储存气井单元连体固定结构
2．储气井的工艺介绍
利用压缩机将需储存的气体储存在储气井内，并将储气井和井口控制装置及配套管道连接即可组成小型地下储气库。该技术是自20世纪90年代初期开始在不断实践探索的基础上，研究开发的新型储气技术。该技术在选定的地址，采用石油钻井技术，应符合国际API标准的外径为179mm～273mm的石油套管[1]。按螺纹连接方式连接后深埋于地下的若干口深度为200m～500m的井中，其中井的深度和数量根据所需储气量而定。间距是根据井的直径、数量及地质情况综合确定，井间距宜为1m～4m。每口井由多根套管通过螺纹连接，并用耐高压的专用密封材料进行密封，套管最底部为封头，最上端为井口装置[5]。套管外壁与地层之间的环形空间是用水泥加以封固的保护层。井口装置上安装有控制阀件，专用排污装置(主要用于排除井内残液)、压力表[3,4]。多个这样的储气单元由地面管道连接组成小型地下储气库[2]。由储气井组成的小型地下储气库的工艺流程见图2，单口井装置见图3。
图2 小型地下储气库的工艺流程见
图3单口井装置见
以加气站为例，井管和上下封头均采用螺纹连接，并用密封脂加聚四氟乙烯密封带密封。设计压力为27MPa，最大储气压力为25MPa；单井容积为9m3；井间距为1.5m，强度试验压力25MPa，气密性实验压力为25MPa，井深为150m；井管严密性试验压力为设计压力，试验介质为干燥洁净的氮气[6]。现场实物图见图4。
图4储气井的现场图
3．我国储气井的工作原理
CNG储气井是用于储存压缩天然气的地下容器。国内的储气井采用钻井下套管的方式将气井井身埋于地下，井口高于该处地面300mm～500mm。地下储气套管长度为80m～200m。深度为100m的储气井可储气400m3，一座日供1000m3的加气站需打6口储气井。目前国内加气站建造的储气井如图5所示。
图5 我国加气站建造的储气井
国内储气井在工作时，低压气源经过净化，加压后变成高压天然气。气通过储气井的进气口进入储气井储存，气体压力小于等于25MPa。加气时，储气井通过进气口或排气口给CNG汽车加气，储气井中气体压力随给汽车加气而不断降低，排液管可以定期排出储气并中积液(如水)，防止腐蚀井壁，储气井就这样完成高压气储存。
国内的高压地下储气井结构是由井体和进出气口等组成。井体一般是由分段井身及分别置于井身上下端的井口封头和并底封头等组合而成。各组合配件采用套管丝扣结构连接，井体配有直达井身底部的排液管，排液管的顶部与储气井顶部四通相通。这种结构具有安全可靠性高、占地面积小、维护费用低的优点，适合于各类高压充气站使用。为排除并内积液，储气井井口设置进排气口，从井口下摊液管至井底，通过气压排液。经脱硫、增压、深度脱水后的天然气从井口进气端输入井内，从井口排气端排出，充装CNG汽车。
4．储气井的安全性能
常规的储气方式有高压储气罐储气、长输管道末段储气、城市高中压环网储气和地下储气库，而目前我国最经常采用的储气方式是高压储气罐(如高压球罐)储气。高压储气罐一旦产生泄漏，容器内高压气体迅速膨胀，储存的可燃介质迅速扩散于空气中，只需极小点火能量的作用，便可导致气体混合物爆炸。由于此类储气装置布置于地面以上，爆炸所产生的沖击波将呈现立体状，对地面的建(构)筑物摧毁力极强[8]。
与常规储气方式相比，井式储气装置深埋于地层中，而且储气单元被分散埋于地下，当发生泄漏时，高压气体只会向天空中传播，不会对周围的建筑设施产生巨大的危害；而且当发生爆炸时，产生较小的爆炸冲击能量迅速被地层吸收，能量通过地层迅速释放，地面在冲击波的作用下仅会有轻微震动。
5．储气井的安全维护和保养[4]
为了保证储气井的安全正常使用，要求：
A.操作人员要熟悉储运井工艺操作规程，了解储气井各项工艺指标，加气站操作人员必修经过安全操作和技术培训合格后持证上岗。
B.储气井旁边必需设置指示牌。
C.消防配置：配置推车式干粉灭火器（磷酸铵盐型）2具，防护等级为甲类防护。
D.严禁带压紧固螺栓卡套等。
E.为保证储气井安全，储气井井口压力表要定期校验，井口压盖螺栓涂抹黄油保护，定期对井口进行油漆防腐。
F.储气井在工作期间，不得在其爆炸危险区域进行任何施工作业。
G.储气井出现下列异常情况，操作人员应当立即采取紧急措施，并按规定的报告程序及时向有关部门报告。
(1)储气井井筒下沉或井筒不断上窜（排除井筒压力脉动正常弹性变形现象）管道发生严重震动，危及安全运行时.
（2）定期或不定期的对待储气井及井口装置进行变形和泄漏检查，其检查方法是将肥皂液用毛刷刷涂井口装置各个密封连接位置，观察肥皂泡沫变化情况，判断各处是否有泄漏的迹象，当储气井井口装置发生变形或泄漏危及安全现象时。
（3）储气井工作压力超过规定值，采取措施后仍不能有效控制时。
（4）储气井排液管不能正常排液时。
（5）发生火灾等事故直接威胁到储气井安全运行时。
（6）储气井出现上诉异常情况，涉及到储气井井口装置需拆卸维修时，建造单位必须参与，严禁压力容器制造单位进行拆卸。
6结 论
CNG地下储气井由于地面没有监测系统，加气站工作人员只能靠“听、摸、看、闻”的方式来检测CNG 是否泄漏。因此，建议开发一套储气井安全系统。该系统能自动监控整个储气井系统，当发生CNG泄漏时能自动关闭地下储气井与地面的通道，设备出现故障时能自动记录、显示故障出现部位。CNG地下储气井具有占地面积小、运行费用低、操作维护简便等优点。但在储气井的结构、施工工艺及选材等方面还存在着一定的安全隐患，必须引起高度重视。虽然目前国内储气井还未发生事故，但加气站内的储气井一般都建在人口密集的城市，如发生窜气、爆炸，其后果不堪设想。
参考文献：
[1] 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.
[2] 徐发忠，董事尔，刘清友，等.高压气地下储气井的储气规模[J].煤气与热力，2008，28(5)：B04-B06.
[3] 李宪莉，由世俊，杨孟军.高压储气井有关问题探讨[J].煤气与热力，2008，28(9)：B01-B04.
[4] SY/T 6535—2002，高压气地下储气井[S].
[5] 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.
[6] 严铭卿，廉乐明.天然气输配工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[7] 何壽刚，何贵龙，刘建海，等.高压储气井在压缩天然气供气站的应用[J].煤气与热力，2004，24(5)：362-365.
[8] GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].
作者简介：黄河（1985-），工程师，2012年7月毕业于中国石油大学（华东），获硕士学位，现就职于中国石油工程设计有限公司新疆设计院，主要从事油气田地面建设工程的设计工作，
关键词：压缩天然气；储气井；安全系统；储气方式；传感器。
中图分类号：TE文献标识码： A
The Study of Security System on Gas Storage Well
Huang He1, Fang Dong-yi2,Liang Jin-qiang1,Wang Ting1
（1. CPE Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute Ltd. Kelamayi 834000, Xinjiang
2．China petroleum engineering design co., LTD. Beijing branch Beijing100800）
Abstract: From the eye of system, Security risks of domestic gas well system have been analyzed.Combing production the status of operation and the applications of computer, the reliability of gas wells safety systems were discussed.
Keywords: CNG; Gas Storage Well; Security System; Storage Method; Sensor
引 言
上世纪末，我国成功地研制开发出高压地下储存井的工艺与方法。并先后在四川、重庆、上海、新疆等进行推广应用。现场的应用表明，这种高压地下储气井具有储气量大、加气快、占地面积小、操作管理方便、维护检测工作量少、年平均经济消耗低等优点。尽管如此，国内储气井的技术水平与国外相比还存在相当大的差距，尤其是在安全系统上。特别是储气井大都建在人口密集的城市，安全问题特别重要。当前国外通常在储气井中装有反应灵敏的安全阀组件。当地面发生火灾、地震或它事故引起CNG的不正常泄漏时，能自动关闭储气井地下与地面的通道，避免造成更大的灾难。除此之外，在地面安装传感器来监测储气系统的安全可靠性。
1．储气井的结构介绍
井式储气装置处于地层深处，并采用“地下储存气井单元联体固定结构”(已获国家实用新型专利)。由于其储气单元被分散埋于地下，并相互联结，若产生泄漏和爆炸，则较小的爆炸冲击能量迅速被地层所吸收，地面在冲击波作用下仅有轻微振动。这种储气技术从根源上解决了事故的威胁。地下储存气井单元联体固定结构见图1。
图1地下储存气井单元连体固定结构
2．储气井的工艺介绍
利用压缩机将需储存的气体储存在储气井内，并将储气井和井口控制装置及配套管道连接即可组成小型地下储气库。该技术是自20世纪90年代初期开始在不断实践探索的基础上，研究开发的新型储气技术。该技术在选定的地址，采用石油钻井技术，应符合国际API标准的外径为179mm～273mm的石油套管[1]。按螺纹连接方式连接后深埋于地下的若干口深度为200m～500m的井中，其中井的深度和数量根据所需储气量而定。间距是根据井的直径、数量及地质情况综合确定，井间距宜为1m～4m。每口井由多根套管通过螺纹连接，并用耐高压的专用密封材料进行密封，套管最底部为封头，最上端为井口装置[5]。套管外壁与地层之间的环形空间是用水泥加以封固的保护层。井口装置上安装有控制阀件，专用排污装置(主要用于排除井内残液)、压力表[3,4]。多个这样的储气单元由地面管道连接组成小型地下储气库[2]。由储气井组成的小型地下储气库的工艺流程见图2，单口井装置见图3。
图2 小型地下储气库的工艺流程见
图3单口井装置见
以加气站为例，井管和上下封头均采用螺纹连接，并用密封脂加聚四氟乙烯密封带密封。设计压力为27MPa，最大储气压力为25MPa；单井容积为9m3；井间距为1.5m，强度试验压力25MPa，气密性实验压力为25MPa，井深为150m；井管严密性试验压力为设计压力，试验介质为干燥洁净的氮气[6]。现场实物图见图4。
图4储气井的现场图
3．我国储气井的工作原理
CNG储气井是用于储存压缩天然气的地下容器。国内的储气井采用钻井下套管的方式将气井井身埋于地下，井口高于该处地面300mm～500mm。地下储气套管长度为80m～200m。深度为100m的储气井可储气400m3，一座日供1000m3的加气站需打6口储气井。目前国内加气站建造的储气井如图5所示。
图5 我国加气站建造的储气井
国内储气井在工作时，低压气源经过净化，加压后变成高压天然气。气通过储气井的进气口进入储气井储存，气体压力小于等于25MPa。加气时，储气井通过进气口或排气口给CNG汽车加气，储气井中气体压力随给汽车加气而不断降低，排液管可以定期排出储气并中积液(如水)，防止腐蚀井壁，储气井就这样完成高压气储存。
国内的高压地下储气井结构是由井体和进出气口等组成。井体一般是由分段井身及分别置于井身上下端的井口封头和并底封头等组合而成。各组合配件采用套管丝扣结构连接，井体配有直达井身底部的排液管，排液管的顶部与储气井顶部四通相通。这种结构具有安全可靠性高、占地面积小、维护费用低的优点，适合于各类高压充气站使用。为排除并内积液，储气井井口设置进排气口，从井口下摊液管至井底，通过气压排液。经脱硫、增压、深度脱水后的天然气从井口进气端输入井内，从井口排气端排出，充装CNG汽车。
4．储气井的安全性能
常规的储气方式有高压储气罐储气、长输管道末段储气、城市高中压环网储气和地下储气库，而目前我国最经常采用的储气方式是高压储气罐(如高压球罐)储气。高压储气罐一旦产生泄漏，容器内高压气体迅速膨胀，储存的可燃介质迅速扩散于空气中，只需极小点火能量的作用，便可导致气体混合物爆炸。由于此类储气装置布置于地面以上，爆炸所产生的沖击波将呈现立体状，对地面的建(构)筑物摧毁力极强[8]。
与常规储气方式相比，井式储气装置深埋于地层中，而且储气单元被分散埋于地下，当发生泄漏时，高压气体只会向天空中传播，不会对周围的建筑设施产生巨大的危害；而且当发生爆炸时，产生较小的爆炸冲击能量迅速被地层吸收，能量通过地层迅速释放，地面在冲击波的作用下仅会有轻微震动。
5．储气井的安全维护和保养[4]
为了保证储气井的安全正常使用，要求：
A.操作人员要熟悉储运井工艺操作规程，了解储气井各项工艺指标，加气站操作人员必修经过安全操作和技术培训合格后持证上岗。
B.储气井旁边必需设置指示牌。
C.消防配置：配置推车式干粉灭火器（磷酸铵盐型）2具，防护等级为甲类防护。
D.严禁带压紧固螺栓卡套等。
E.为保证储气井安全，储气井井口压力表要定期校验，井口压盖螺栓涂抹黄油保护，定期对井口进行油漆防腐。
F.储气井在工作期间，不得在其爆炸危险区域进行任何施工作业。
G.储气井出现下列异常情况，操作人员应当立即采取紧急措施，并按规定的报告程序及时向有关部门报告。
(1)储气井井筒下沉或井筒不断上窜（排除井筒压力脉动正常弹性变形现象）管道发生严重震动，危及安全运行时.
（2）定期或不定期的对待储气井及井口装置进行变形和泄漏检查，其检查方法是将肥皂液用毛刷刷涂井口装置各个密封连接位置，观察肥皂泡沫变化情况，判断各处是否有泄漏的迹象，当储气井井口装置发生变形或泄漏危及安全现象时。
（3）储气井工作压力超过规定值，采取措施后仍不能有效控制时。
（4）储气井排液管不能正常排液时。
（5）发生火灾等事故直接威胁到储气井安全运行时。
（6）储气井出现上诉异常情况，涉及到储气井井口装置需拆卸维修时，建造单位必须参与，严禁压力容器制造单位进行拆卸。
6结 论
CNG地下储气井由于地面没有监测系统，加气站工作人员只能靠“听、摸、看、闻”的方式来检测CNG 是否泄漏。因此，建议开发一套储气井安全系统。该系统能自动监控整个储气井系统，当发生CNG泄漏时能自动关闭地下储气井与地面的通道，设备出现故障时能自动记录、显示故障出现部位。CNG地下储气井具有占地面积小、运行费用低、操作维护简便等优点。但在储气井的结构、施工工艺及选材等方面还存在着一定的安全隐患，必须引起高度重视。虽然目前国内储气井还未发生事故，但加气站内的储气井一般都建在人口密集的城市，如发生窜气、爆炸，其后果不堪设想。
参考文献：
[1] 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.
[2] 徐发忠，董事尔，刘清友，等.高压气地下储气井的储气规模[J].煤气与热力，2008，28(5)：B04-B06.
[3] 李宪莉，由世俊，杨孟军.高压储气井有关问题探讨[J].煤气与热力，2008，28(9)：B01-B04.
[4] SY/T 6535—2002，高压气地下储气井[S].
[5] 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.
[6] 严铭卿，廉乐明.天然气输配工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[7] 何壽刚，何贵龙，刘建海，等.高压储气井在压缩天然气供气站的应用[J].煤气与热力，2004，24(5)：362-365.
[8] GB 50028-2006，城镇燃气设计规范[S].
作者简介：黄河（1985-），工程师，2012年7月毕业于中国石油大学（华东），获硕士学位，现就职于中国石油工程设计有限公司新疆设计院，主要从事油气田地面建设工程的设计工作，