在用儲氣井定期檢驗案例分析

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

在用儲氣井定期檢驗案例分析

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

本文對近年在儲氣井檢驗中發(fā)現(xiàn)的主要問題和案例進行了統(tǒng)計，對每一種案例進行了討論，分析了缺陷形成原因，并提出了相應(yīng)的處理方式和檢驗要點。統(tǒng)計表明腐蝕減薄是儲氣井最常見的失效形式，腐蝕缺陷應(yīng)作為儲氣井檢驗的重點。在沒有其它螺紋連接性能檢驗方法的情況下，耐壓試驗應(yīng)作為儲氣井定期檢驗的必檢項目。

儲氣井 定期檢驗 缺陷 案例 腐蝕減薄 安全評價

儲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類高壓容器。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國在用儲氣井?dāng)?shù)量有9000口以上。早期（2008年以前）的儲氣井由于缺乏規(guī)范和疏于管理，并且未進行過檢驗，出現(xiàn)了較多問題甚至發(fā)生過嚴(yán)重事故。從2009年初開始，受質(zhì)檢總局委托中國特種設(shè)備檢測研究院試點開展儲氣井定期檢驗工作。

當(dāng)前針對儲氣井主要開展資料審查、宏觀檢查、硬度檢測、磁粉檢測、壁厚測定、井下電視檢測、自動超聲壁厚腐蝕檢測［1］等檢驗項目。通過開展檢驗，發(fā)現(xiàn)了儲氣井存在的不少問題，收集了一些檢驗案例。本文對近年儲氣井檢驗問題及案例進行統(tǒng)計，并對典型案例進行分析與討論。

1　檢驗案例統(tǒng)計

截至2014年12月31日，通過檢驗共收集案例232個，案例分布情況見表1。

表1　儲氣井定期檢驗案例統(tǒng)計表

2　典型案例分析

2.1腐蝕減薄

●2.1.1 缺陷特征

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

圖1　海口某加氣站儲氣井外表面的大面積腐蝕

圖2　四川遂寧某加氣站儲氣井外表面的大面積均勻腐蝕

圖3　甘肅蘭州某加氣站儲氣井外表面的多個局部腐蝕

●2.1.2 產(chǎn)生原因

當(dāng)儲氣井未進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，儲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)壁也會存在一定的腐蝕。

●2.1.3 檢驗要點

目前主要采用宏觀檢查和水浸超聲檢測法對儲氣井進行腐蝕減薄的檢測。需要測量腐蝕大小、深度、位置以及腐蝕區(qū)剩余壁厚，并作圖說明。

●2.1.4 處理方式

對最小壁厚進行強度評價，評價通過則不影響使用；否則降低工作壓力（以下簡稱降壓）使用或停止使用。評價可采取如下幾種方法。

1）常規(guī)評價方法

按照設(shè)計公式（目前在用的儲氣井一般采用JB 4732ü1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》［2］設(shè)計），當(dāng)作均勻腐蝕進行評價，評價用壁厚取實測最小壁厚（減去至下一檢驗周期產(chǎn)生的腐蝕量）。該方法具有普遍適用性，檢驗人員在現(xiàn)場即可進行，但是評價結(jié)果相對保守。

2）《定檢規(guī)》G0法

按照TSG R7001ü2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》［3］第三十八條評價。對局部腐蝕減薄，打磨成平滑過渡。將凹坑按其外接矩形規(guī)則化為長軸長度、短軸長度及深度分別為2A（mm)、2B（mm)及C（mm)的半橢球形凹坑，計算無量綱參數(shù)G0，判斷凹坑是否影響定級。若G0＜0.1，不影響定級。

因為本方法不適于存在疲勞的工況，而儲氣井一般存在疲勞，所以需要補充疲勞評價。只有當(dāng)凹坑半長不大于，則凹坑可按本方法評價；當(dāng)凹坑半長大于，則凹坑應(yīng)按均勻腐蝕評價。

當(dāng)評價不能通過時，缺陷屬于超標(biāo)缺陷。需委托有資質(zhì)單位按超標(biāo)缺陷評價方法進行安全評價。

3）超標(biāo)缺陷評價方法

對于超標(biāo)缺陷，可以采用以下三種方法進行評價。由于儲氣井一般都存在疲勞工況，進行靜強度評價的同時需要補充疲勞評價。

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

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行評價。

對于圓筒形容器（儲氣井井筒）：

式中：

Do——井筒外徑；

Di——井筒內(nèi)徑；

σs——材料屈服強度；

pL0——無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容器凹坑評價

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

對于圓筒形容器（儲氣井井筒），

式中：

pL0——相同材料相同尺寸的無缺陷容器的塑性極限壓力；

G0——無量綱參數(shù)，詳見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管道凹坑評價

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

式中：

PL0——相同材料相同尺寸的無缺陷管道的塑性極限壓力；

pLS——無量綱參數(shù)，詳見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

在對儲氣井進行外部宏觀檢查時，發(fā)現(xiàn)有儲氣井井筒存在焊疤，見圖4。對焊接部位打磨光滑，進行磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋，見圖5。

圖4　東莞某加氣站儲氣井井筒焊疤

圖5　東莞某加氣站儲氣井井筒焊疤打磨后磁粉檢測的裂紋顯示

●2.2.2 產(chǎn)生原因

對發(fā)現(xiàn)的焊疤及裂紋進行分析并現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，是在儲氣井制造完成后，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施了焊接。因儲氣井材料均為高強鋼，焊接（尤其是現(xiàn)場焊接后）后極易產(chǎn)生裂紋。

●2.2.3 處理方式

對焊接部位的裂紋進行打磨消除，直至磁粉檢測無裂紋顯示。對材料進行金相硬度等檢測，并對材料進行綜合評價。結(jié)合材料性能、剩余壁厚，對儲氣井井筒進行強度評價。如果評價不通過，可以降壓后再評價或停止使用。

2.3材料硬度偏低

●2.3.1 缺陷描述

在對儲氣井進行外部宏觀檢查及硬度檢測，實測硬度值參照GB/T 1172ü1999［5］進行換算，強度換算結(jié)果低于材料標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)鋼級要求。

●2.3.2 處理方式

采用材料硬度值換算結(jié)果對應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)（井管材料標(biāo)準(zhǔn)一般為API 5CT）中的鋼級的強度指標(biāo)，進行強度評價。如果不能通過評價，則降壓后再評價或停止使用。

2.4材料分層

●2.4.1 缺陷特征

在對儲氣井進行外部宏觀檢查和壁厚測定時，發(fā)現(xiàn)儲氣井不規(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)了該類缺陷。

●2.4.2 處理方式

按照TSG R7001ü2013，此類缺陷影響壓力容器安全運行，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。對該站部分儲氣井下電視檢驗時發(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)合儲氣井鉆井經(jīng)驗進行判斷，在儲氣井制造階段，由于地層原因，鉆井過程中井眼容易發(fā)生傾斜，致使下入的井筒產(chǎn)生彎曲。

●2.5.3 處理方式

建立儲氣井彎曲井筒模型，進行受力分析，然后對儲氣井進行強度評價，評價通過則不影響使用。

2.6機械損傷

●2.6.1 缺陷特征

井筒外表面發(fā)現(xiàn)機械損傷，損傷形貌見圖6。

圖6　黃梅某加氣站儲氣井井筒機械損傷

●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程中對井筒外壁造成擠壓或磨損造成的。

●2.6.3 處理方式

對損傷部位進行打磨圓滑過渡，采用本文2.1.4的方法對最小壁厚進行強度評價。

2.7螺紋損傷

●2.7.1缺陷特征

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

圖7　某加氣站儲氣井螺紋全部磨損

圖8　某加氣站儲氣井螺紋軸向劃傷

●2.7.2 形成原因

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

●2.7.3 處理方式

進行安全評定或者停止使用。

2.8耐壓試驗異常或不合格

●2.8.1 問題特征

參照TSG R7001ü2013進行耐壓試驗，耐壓試驗不合格。在現(xiàn)場檢驗時還有另一類異常現(xiàn)象：當(dāng)?shù)谝淮文蛪涸囼灂r，壓力無法穩(wěn)定，一直下降，當(dāng)降低到某個壓力值時不再發(fā)生變化。但降低試驗壓力進行耐壓試驗則合格。

●2.8.2 原因分析

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

對于螺紋結(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)前耐壓試驗是檢驗儲氣井螺紋密封性能最直接、有效的方法。雖然TSG R7001ü2013對壓力容器已不再強制要求進行耐壓試驗，但對于螺紋連接的埋地容器，筆者建議儲氣井定期檢驗不能省略耐壓試驗這一綜合檢驗項目。

●2.8.3 處理方式

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

3　結(jié)論與建議

1）對近年儲氣井檢驗發(fā)現(xiàn)的問題和案例進行了統(tǒng)計，對主要典型案例進行了分析討論，分析了形成原因，并提出了相應(yīng)的處理方式。

2）腐蝕減薄為儲氣井最常見的失效形式，腐蝕缺陷應(yīng)作為儲氣井檢驗關(guān)注的重點。

3）在沒有其它螺紋連接性能檢驗方法的情況下，耐壓試驗應(yīng)作為儲氣井定期檢驗必須進行的檢驗項目。

4）本文給出的案例對儲氣井檢驗人員及檢驗工程實踐具有較大的參考價值。

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

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

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

［4］ GB/T 19624—2004 在用含缺陷壓力容器安全評定［S］.

［5］ GB/T 1172—1999 黑色金屬硬度與強度換算值［S］.

［國家質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項資助：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，高級工程師，從事特種設(shè)備安全檢測與評價技術(shù)方向的研究工作。
（

2015-11-26）