CN108194032B - 地下盐穴储气库焊接式注采套管及安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地下盐穴储气库焊接式注采套管，由多个套管组焊接组成，套管组是由A类套管、B类套管和吊环焊接组成，吊环焊接于A类套管外侧。本发明还提供一种地下盐穴储气库焊接式注采套管的安装方法，包括步骤如下：套管摆放、焊前准备、地面焊接与地面焊缝质量检测、吊环焊接、套管组吊运、井口焊接与井口焊缝质量检测、下入套管组。本发明根据盐穴储气库实际工况的特点，确定了合理的套管安装参数与顺序，从而保证了储气库长期运行时注采套管的气密封性，并通过井筒注采套管以及盐穴气密封性检测进行了气密封性验证，操作简单，实用性强，能有效降低成本，保证盐穴储气库运行时井筒注采套管的气密封性，使得储气库的安全运行得到保障。

Description

地下盐穴储气库焊接式注采套管及安装方法
技术领域
本发明涉及是一种地下盐穴储气库焊接式注采套管及安装方法。
背景技术
地下盐穴储气库作为一种新型的储气库，近10年来在国内兴起，非常具有发展前景。与地面储气相比，具有十分明显的优势：地下盐穴储气库占地面积小、维护成本低、库存量大、安全系数高等。地下盐穴储气库由地面井口设备、井筒以及地下盐穴组成。在确定盐岩概况的基础上，通过钻井方式进入盐岩层，利用清水溶淋方式进行造腔，最终形成地下盐穴。在造腔采卤井的基础上下入注采管柱，形成天然气注采通道。注采管柱作为连接地面井口设备和地下盐穴的重要部分，也是井筒气密封的重要组成部分。由于地下盐穴储气库高压以及盐岩蠕变的特殊性，一旦注采管柱发生泄漏，必然导致地下盐穴储气库面临着井口设备以及环空带压、大量气体泄漏到空气中的危险，部分地下盐穴储气库因此而不得不报废。所以，注采管柱的气密封性直接影响到地下盐穴储气库的安全运行以及使用寿命，这一点需要引起足够的重视。
目前，对地下盐穴储气库井筒注采管柱气密封性的研究已经引起中石油、中石化等大型油企的广泛关注，然而近些年关于注采管柱气密封性的研究仍然局限于管柱之间的螺纹连接方式：采用气密封螺纹代替了原先的普通螺纹连接，同时增加了在入井之前对螺纹连接处进行气密封性检测。但是，螺纹连接方式是一种金属-金属密封，其密封性是相对的，气密封螺纹油管的泄漏速率检测标准为<1×10-8Pa·m3/s，虽然泄漏率标准较低，但是这对运行周期长达几十年的地下盐穴储气库而言，这一泄漏率也需引起足够重视。地下盐穴储气库在运行过程中井筒压力不断发生变化，注气时压力升高、采气时压力降低，管柱也会随着压力的变化发生伸缩变形。若注采管柱采用螺纹连接方式，这很容易导致螺纹连接发生松动，从而成为漏点，影响井筒气密性，而且采用的气密封螺纹经济成本也很高，因此螺纹连接式管柱已经不能满足地下盐穴储气库的要求。为了盐穴地下储气库长期安全有效运行，就有必要建立一种能确保注采管柱气密封性，满足盐穴腔体内压力变化对管柱刚度和强度要求的安装技术方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种地下盐穴储气库焊接式注采套管及安装方法，能在满足气密封性的同时，降低成本，满足盐穴腔体内压力变化对管柱刚度和强度的要求，使得储气库的安全运行得到保障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地下盐穴储气库焊接式注采套管，由若干个套管组焊接组成，所述套管组由A类套管、B类套管和吊环焊接组成，所述吊环焊接于A类套管外侧。
所述的吊环为焊接在A类套管周向外侧的两个半圆环，两个半圆环之间留有2cm宽的缺口以通过井下控制管线，所述吊环材质与A类套管、B类套管材质一致。
所述的A类套管和B类套管为一种满足储气库运行要求的高强度低碳可焊接管材，所述管材的单根长度为10～15m，A类套管端部与B类套管端部具有带钝边的V形坡口，在地面焊接形成套管组时，A类套管端部的坡口面角度与B类套管端部的坡口面角度相等，在井口下入套管组并相互焊接时，A类套管端部的坡口面角度小于B类套管端部的坡口面角度。
坡口面角度如上安排的原因是：在井口焊接时，套管为竖立状态，为使焊接时融化的填充金属不易流出坡口，方便焊接操作以及提高焊缝质量，在该坡口下部的A类套管端部应具有较小的坡口面角度，在该坡口上部的B类套管端部具有较大的坡口面角度，不过，单纯采用井口焊接用时较长，并且井内卤水有一定腐蚀性，因此可首先在地面进行套管组的焊接，此时套管为水平状态，这种套管组内的坡口对称即可，即此时A类套管和B类套管端部的坡口面角度相等。
本发明还提供一种上述焊接式注采套管的安装方法，具体步骤如下：
(1)套管摆放：将套管编号，并在平整的垫块上将A类套管和B类套管均匀平铺成两排，其中，A类套管顶端靠近盐穴储气库井口，A类套管底端与B类套管顶端相对，B类套管底端距井口最远；
(2)焊前准备：将准备进行焊接的坡口及内外表面打磨至出现金属色泽；使用外对口器将A类套管底端与B类套管顶端对口，并将坡口预热至80℃以上；
(3)地面焊接：地面焊接是将A类套管和B类套管连接成套管组，采用滚动托架进行水平滚动焊接，按顺序依次进行根焊、填充、盖面，焊接时环境要求：湿度≤70％，风速≤2m/s时进行根焊，风速≤5m/s时进行填充、盖面焊接；
(4)地面焊缝质量检测：完成地面焊接，自检合格后在焊缝附近打上焊工钢印以及焊缝编号，对焊缝质量进行检测，包括外观检测、焊缝内壁厚度检测以及无损检测，检测项目全部通过才视为焊缝质量合格，否则应进行返修；
(5)吊环焊接：地面焊缝质量检测合格后，测量套管组的长度，打磨距A类套管顶端30cm处的涂层，在该位置焊接吊环；
(6)套管组吊运：将吊卡作用于吊环处，通过井口吊机，将地面焊接完成的套管组吊至井口，与已下入井中的套管组竖直对齐，注意吊运时保护套管组下端坡口；
(7)井口焊接与井口焊缝质量检测：重复步骤(2)后，在井口进行套管组之间的焊接，采取全位置横焊，依次完成根焊、填充焊接以及最后的盖面焊接，与步骤(4)相同也进行焊缝质量检测；
(8)下入套管组：井口焊缝质量检测合格后，待焊缝处温度冷却至常温，启动吊机，将焊接好的套管组缓慢下入井中，下入速度小于0.2m/s。
步骤(4)中的外观检测中，要求焊接后的套管组弯曲度≤5°。
步骤(4)中焊缝内壁厚度检测要求焊缝内壁厚度不大于套管内径的5％。
步骤(4)中的无损检测是指射线和超声波双重检测，检测结果均要求达到焊接I级标准。
步骤(7)中的在进行井口焊接时，需要在焊接位置下安装托盘，防止焊条、焊渣等杂物从井口落入井下，尤其严禁打磨时，焊渣从套管内落入井下。
本发明的有益效果是：
(1)采用焊接式注采套管，并结合焊缝质量检测，保证了整个注采套管在连接处不存在泄漏点，从根本上杜绝了现有的螺纹连接式套管在储气库运行时由于螺纹处连接不当或松动导致的泄漏问题。
(2)采用留有缺口的吊环，有效减少了现有的螺纹机械连接方式井下工具控制管线在安装时，节箍处井下工具控制管线与管壁之间的摩擦损伤。
(3)与现有的螺纹机械连接方式相比，能有效降低成本10％以上。
(4)与现有的安装方法相比，控制下入速度，在保证下入速度的同时，能有效减少卤水从井口中涌出，减少卤水对井口设备的腐蚀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为地面焊接示意图
图2为吊环焊接示意图
图3为气液界面深度变化图
图4为气试压泄漏率变化图
图中1、A类套管 2、B类套管 3、吊环 4、地面焊接形成的焊缝 5、盐穴储气库井口11、A类套管顶端 12、A类套管底端 21、B类套管顶端 22、B类套管底端
具体实施方式
金坛地区的盐矿盐岩层发育于直溪桥凹陷阜宁组沉积末期，属湖盆萎缩阶段局限盐湖沉积，含盐面积为60.5km2。地下盐穴储气库所在区埋深适中，顶部深808.6m～1098.95m，盐层发育较好，厚度为143m～173m，分布稳定，目前该区块现有盐穴地下储气库井17口，整个区块拟建立71个盐穴地下储气库。
以下结合具体实施例详细说明本发明，但不限定本发明范围。
以金坛盐盆某盐穴储气库WL01井为例，说明盐穴储气库焊接式套管的运用情况，并参见图1～图4。
WL01井所用的焊接式注采套管中，A类套管1和B类套管2的长度均为11.5±0.5m，其中A类套管顶端11的坡口面角度为15°，A类套管底端12的坡口面角度均为30°，B类套管顶端21的坡口面角度均为30°，B类套管底端22的坡口面角度均为45°，吊环3的宽度5cm、厚度2cm，所述吊环3材质与A类套管1、B类套管2材质一致。
上述WL01井焊接式注采套管的安装方法，具体步骤如下：
(1)套管摆放：将A类套管顶端11靠近盐穴储气库井口，A类套管底端12与B类套管顶端21相对，B类套管底端22距井口5最远；
(2)套管焊前准备：将坡口及内外表面打磨至出现金属色泽；使用外对口器A类套管底端12与B类套管顶端21对口，并将坡口预热至80℃以上；
(3)地面焊接：地面焊接是将A类套管1和B类套管2连接成套管组，采用滚动托架进行滚动水平焊接，焊接分为三层分别进行根焊、填充、盖面焊接，环境要求：湿度≤70％，风速≤2m/s时进行根焊，风速≤5m/s时进行填充、盖面焊接；
(4)地面焊缝质量检测：完成地面焊接，自检合格后在焊缝4附近打上焊工钢印以及焊缝编号，对焊缝质量进行检测，包括外观检测、焊缝内壁厚度检测以及无损检测，检测项目全部通过才视为焊缝质量合格，否则应进行返修；
检测要求为焊接后的套管组弯曲度≤5°，焊缝内壁厚度不大于套管内径的5％，无损检测为射线和超声波双重检测，且检测结果要求均达到焊接I级标准；
(5)吊环3焊接：地面焊缝质量检测合格后，对套管组进行长度测量，在距A类套管顶端11为30cm处，打磨套管表面的涂层，将宽5cm、厚2cm与套管母材配套的半圆环紧贴A类套管1，焊接形成吊环3；吊环3焊接后留有一个2cm宽度的缺口，方便井下工具控制管线通过；
(6)套管组吊运：将吊卡作用于吊环3处，通过井口吊机，将地面焊接完成的套管组吊至井口，与已下入井中的套管组竖直对齐，注意吊运时保护套管组下端坡口；
(7)井口焊接与焊缝质量检测：在井口上进行套管组之间的焊接时，需要在焊接位置下安装活动托盘，防止焊条、焊渣等杂物从井口落入井下，更严禁打磨时，焊渣从套管内落入井下。
(8)下入套管组：井口焊缝质量检测合格后，待焊缝处温度冷却至常温，启动井吊车，将焊接好的套管组缓慢下入井中，下入速度小于0.2m/s。
按照上述步骤安装所有焊接式注采套管，完成注采套管完井作业，参照Q-SY1860《盐穴型储气库井筒及盐穴密封性检测技术规范》进行井筒注采套管以及盐穴气密封性检测。检测结果为井筒注采套管以及盐穴气密封性满足要求，相比同期气密封螺纹连接式的储气库井，该储气库运行中，环空压力由于套管的伸缩变形，在一定低压范围内波动，环空未带压，焊接式注采套管气密封性良好。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种地下盐穴储气库焊接式注采套管的安装方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）套管摆放：将套管编号，其中A类套管顶端部的坡口面角度均为15°，A类套管底端部的坡口面角度均为30°，B类套管顶端部的坡口面角度均为30°，B类套管底端部的坡口面角度均为45°，并在平整的垫块上将A类套管和B类套管均匀平铺成两排，其中，A类套管顶端靠近盐穴储气库井口，A类套管底端与B类套管顶端相对，B类套管底端距井口最远；
（2）焊前准备：将准备进行焊接的套管坡口及内外表面打磨至出现金属色泽；使用外对口器将A类套管底端与B类套管顶端对口，并将坡口预热至80℃以上；
（3）地面焊接：地面焊接是将A类套管和B类套管连接成套管组，采用滚动托架进行水平滚动焊接，按顺序依次进行根焊、填充、盖面，焊接时环境要求：湿度≤70%，风速≤2m/s时进行根焊，风速≤5m/s时进行填充、盖面焊接；
（4）地面焊缝质量检测：完成地面焊接，自检合格后在焊缝附近打上焊工钢印以及焊缝编号，对焊缝质量进行检测，包括外观检测、焊缝内壁厚度检测以及无损检测，检测项目全部通过才视为焊缝质量合格，否则应进行返修；
（5）吊环焊接：所述的吊环为焊接在A类套管周向外侧的两个半圆环，两个半圆环之间留有2cm宽的缺口，在地面焊缝质量检测合格后，测量套管组的长度，打磨距A类套管顶端30cm处的涂层，在该位置焊接吊环；
（6）套管组吊运：将吊卡作用于吊环处，通过井口吊机，将地面焊接完成的套管组吊至井口，与已下入井中的套管组竖直对齐，注意吊运时保护套管组下端坡口；
（7）井口焊接与井口焊缝质量检测：重复步骤（2）后，在井口进行套管组之间的焊接，采取全位置横焊，依次完成根焊、填充焊接以及最后的盖面焊接，与步骤（4）相同也进行焊缝质量检测；
（8）下入套管组：井口焊缝质量检测合格后，待焊缝处温度冷却至常温，启动吊机，将焊接好的套管组缓慢下入井中，下入速度小于0.2m/s。
2.如权利要求1所述的焊接式注采套管的安装方法，其特征在于，步骤（4）中的外观检测中，要求焊接后的套管组弯曲度≤5°。
3.如权利要求1所述的焊接式注采套管的安装方法，其特征在于，步骤（4）中焊缝内壁厚度检测要求焊缝内壁厚度不大于套管内径的5%。
4.如权利要求1所述的焊接式注采套管的安装方法，其特征在于，步骤（4）中的无损检测是指射线和超声波双重检测，检测结果均要求达到焊接I级标准。
5.如权利要求1所述的焊接式注采套管的安装方法，其特征在于，步骤（7）中的在进行井口焊接时，需要在焊接位置下安装托盘，防止焊条、焊渣等杂物从井口落入井下，严禁打磨时，焊渣从套管内落入井下。
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