地下压力容器

第1章　地下压力容器与储气井 1

　1.1　压力容器 1

　　1.1.1　压力容器管理规范 1

　　1.1.2　压力容器分类 4

　1.2　地下压力容器 8

　　1.2.1　简述 8

　　1.2.2　典型地下压力容器 9

　1.3　井 14

　　1.3.1　水井 14

　　1.3.2　盐井 15

　　1.3.3　石油天然气井 16

　1.4　储气井 17

　　1.4.1　背景概述 17

　　1.4.2　储气井 23

第2章　储气井材料 35

　2.1　基本知识 35

　　2.1.1　压力容器选材原则 35

　　2.1.2　金属材料性能 36

　　2.1.3　金属材料热处理 40

　2.2　井管与接箍 42

　　2.2.1　钢管材料制造许可 42

　　2.2.2　油（套）管 43

　　2.2.3　储气井标准对井管和接箍的要求 59

　2.3　井口和井底装置 60

　　2.3.1　锻件基本知识 60

　　2.3.2　锻件质量要求及管理 61

　2.4　储气井用材专项要求 64

　　2.4.1　井管和接箍用钢管　 64

　　2.4.2　井口装置与井底装置用钢材 64

第3章　储气井结构设计 65

　3.1　储气井的结构特性分析　 65

　　3.1.1　储气井范围的界定及基本结构划分 65

　　3.1.2　井筒 66

　　3.1.3　井口装置 69

　　3.1.4　井底装置 71

　　3.1.5　固井水泥环 72

　3.2　储气井运行特性分析 76

　　3.2.1　介质特性 76

　　3.2.2　温度 77

　3.3　储气井的载荷分析计算 79

　　3.3.1　介质内压力 80

　　3.3.2　地压力 80

　　3.3.3　重力 81

　　3.3.4　流体静压力 82

　　3.3.5　井筒管柱上提、下放及旋转的作用力 84

　　3.3.6　载荷组合 84

　3.4　设计方法 85

　3.5　储气井模拟结构试验验证 85

　　3.5.1　实验方案 86

　　3.5.2　试验条件 88

　　3.5.3　疲劳试验 91

　　3.5.4　爆破试验 91

　　3.5.5　分析讨论 93

　　3.5.6　小结 94

　3.6　真实储气井试验验证 94

　　3.6.1　储气井试验井建造 94

　　3.6.2　储气井试验井应力测试 95

　　3.6.3　储气井试验井疲劳试验 100

　　3.6.4　储气井试验井抗拔试验 101

第4章　储气井制造 106

　4.1　钻井 106

　　4.1.1　井身结构 106

　　4.1.2　钻前准备 108

　　4.1.3　钻井人员 109

　　4.1.4　钻井设备 110

　　4.1.5　钻井液 110

　　4.1.6　钻进 111

　4.2　井管安装 112

　　4.2.1　螺纹密封脂 112

　　4.2.2　扶正器 113

　　4.2.3　井管组装和下井作业规程 115

　4.3　固井 117

　　4.3.1　水泥 118

　　4.3.2　水泥外加剂 119

　　4.3.3　固井设计 119

　　4.3.4　储气井固井技术现状 122

　　4.3.5　固井质量影响因素 125

　　4.3.6　复杂情况下的固井技术 129

　　4.3.7　固井质量检测与评价 131

　4.4　压力试验 131

　　4.4.1　耐压试验 131

　　4.4.2　气密性试验 134

第5章　储气井检测技术 135

　5.1　固井质量检测与评价技术 135

　　5.1.1　固井质量评价测井技术 135

　　5.1.2　固井质量评价方法 140

　5.2　储气井水泥防护层胶结声波检测方法和设备 146

　　5.2.1　储气井水泥防护层胶结质量声学检测方法 146

　　5.2.2　储气井水泥防护层胶结质量声学检测设备 147

　　5.2.3　应用试验 148

　5.3　内窥检测 149

　5.4　超声波检测 152

　　5.4.1　储气井井筒壁厚及腐蚀检测方法与检测系统 152

　　5.4.2　储气井井筒金属腐蚀超声检测与成像系统 155

　5.5　电磁检测 156

　5.6　导波检测 159

　5.7　井斜检测 160

　5.8　井径检测 161

第6章　储气井腐蚀与防护 162

　6.1　储气井损伤模式 162

　　6.1.1　土壤腐蚀 162

　　6.1.2　地层流体腐蚀 163

　　6.1.3　层下腐蚀 163

　　6.1.4　大气腐蚀 163

　　6.1.5　电化学腐蚀 164

　　6.1.6　湿硫化氢破坏 164

　　6.1.7　脆性断裂 165

　　6.1.8　机械疲劳 165

　　6.1.9　腐蚀疲劳 166

　6.2　储气井材料的腐蚀研究 166

　　6.2.1　实验研究 167

　　6.2.2　几种材料的腐蚀特征 168

　　6.2.3　模拟水泥事故对电流和电位分布特征 171

　　6.2.4　腐蚀过程中的电化学阻抗谱特征 177

　　6.2.5　腐蚀图像特征 183

　　6.2.6　腐蚀机理分析 183

　　6.2.7　实验总结 185

　6.3　腐蚀埋片实验研究 185

　　6.3.1　实验方法 186

　　6.3.2　结果与分析 187

　6.4　抗硫化氢腐蚀性能研究 193

　　6.4.1　试验材料基本性能 193

　　6.4.2　抗硫化氢应力腐蚀（SCC）性能检测 193

　　6.4.3　应力腐蚀试验方法及过程 194

　　6.4.4　试验结果 194

　　6.4.5　对应力腐蚀实验结果的综合分析讨论 196

　6.5　油气井防腐技术 199

　　6.5.1　选用耐蚀材料 199

　　6.5.2　涂层技术 200

　　6.5.3　金属镀层 200

　　6.5.4　加缓蚀剂 200

　　6.5.5　阴极保护技术 201

　6.6　储气井阴极保护 202

　　6.6.1　阴极保护标准 202

　　6.6.2　储气井阴极保护案例 202

　6.7　储气井防腐建议 204

第7章　储气井使用管理与定期检验 205

　7.1　储气井的使用管理 205

　　7.1.1　储气井使用单位职责 205

　　7.1.2　储气井使用单位安全管理工作内容 205

　　7.1.3　储气井技术档案要求 206

　　7.1.4　储气井安全操作规程要求 206

　　7.1.5　储气井日常安全检查的要求 206

　　7.1.6　储气井年度检查的要求 207

　7.2　储气井定期检验 208

　　7.2.1　主要检验依据 208

　　7.2.2　通用要求 209

　　7.2.3　检验前准备 209

　　7.2.4　检验实施 211

　　7.2.5　缺陷及问题的处理 215

　　7.2.6　安全状况等级评定 215

　　7.2.7　检验报告 217

第8章　储气井在线监测 218

　8.1　智能网联特种设备 218

　8.2　基于智能网联的储气井监测系统 219

　　8.2.1　总体设计 219

　　8.2.2　系统实施 223

　　8.2.3　应用案例 225

第9章　储气井典型案例 230

　9.1　储气井的典型事故 230

　9.2　储气井设计制造典型问题 232

　　9.2.1　设计方面的主要问题 232

　　9.2.2　材料方面的主要问题 234

　　9.2.3　制造过程方面存在的主要问题 234

　　9.2.4　质量管理体系方面存在的主要问题 236

　　9.2.5　固井检测方面 236

　9.3　储气井定期检验典型案例分析 237

　　9.3.1　腐蚀减薄 238

　　9.3.2　焊疤及裂纹 240

　　9.3.3　材料硬度偏低 241

　　9.3.4　材料分层 241

　　9.3.5　井筒弯曲 242

　　9.3.6　机械损伤 242

　　9.3.7　螺纹损伤 242

　　9.3.8　耐压试验异常或不合格 243

　9.4　结论与建议 244

第10章　储气井发展前景 245

　10.1　带动地下压力容器技术发展 245

　　10.1.1　加快技术研究 245

　　10.1.2　加快标准建设 246

　10.2　推进储气井技术创新 246

　　10.2.1　双管式结构 246

　　10.2.2　使用阴极保护措施 247

　　10.2.3　预制防腐 248

　　10.2.4　全焊接连接 248

　　10.2.5　分段设计 248

　　10.2.6　金属加水泥复合式结构 249

　　10.2.7　甁式结构 251

　　10.2.8　非金属复合式结构 251

　10.3　拓展储气井多领域应用 252

　　10.3.1　储气库 252

　　10.3.2　氢能利用 253

　　10.3.3　地热利用 254

参考文献 255

附录 257

本书在总结“十二五”科技攻关课题“储气井失效模式、失效机理及预防措施研究”、质检公益性行业科研专项“储气井关键技术标准研究”等科研项目研究成果的基础上，结合储气井及油气井的相关技术标准，以及储气井近20年的使用经验积累，对地下压力容器特点、油气井历史、储气井发展状况进行了概述，从储气井材料、结构设计、制造、检测、腐蚀防护、使用维护与检验、在线监测、典型案例等方面对储气井的技术进展进行了详细介绍，并对储气井等地下压力容器的发展前景进行了展望。

本书适宜从事储气井相关领域工作的技术人员使用，也可供压力容器检测人员参考。

    作为一种典型的地下压力容器，相比地上常规容器，储气井具有占地面积小；失效影响范围小；无静电、避雷效果好；非焊接结构，制造产生缺陷可能性小；受地面活动破坏概率低；地下环境温度恒定，金属壁温和气体温度变化小等经济性和安全性方面的优势，在天然气的储存方面占有重要地位，大量用于汽车加气站储存压缩天然气，在民用调峰站和企业储气库也有较多应用。

    本书详尽介绍了储气井的设计、制造、安装与检测工作，为储气井的安全利用保驾护航。