地下储气井应力测试与疲劳试验研究.pdf

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1、第41卷第2期化工机械177地下储气井应力测试与疲劳试验研究+傅伟”1傅小立1段志祥2(1．重庆市特种设备检测研究院；2．蒲晒1陈杰1石坤2张烟生3中国特种设备检测研究院；3．大连理工大学)摘要基于国内首次专门建造的地下储气井进行全面安全性能测试、数据分析研究的成果。介绍了该试验的方法和过程，在固井前后进行试验测试和数据采集。固井前，对储气井外壁进行应力测试；固井后，对水泥固井质量进行检测，对地下储气井外壁进行应力测试和井筒疲劳试验。对比发现：固井后的井筒应力小于固井前的应力，最大使固井后井筒轴向应力较固井前降

2、低42％，井筒环向应力降低1l％。试验井通过30000次压力循环，未发生疲劳失效。试验验证了储气井的安全性和可靠性，对储气井安全技术规范、设计和建造标准的制定提供了可靠的试验数据和依据。关键词地下储气井水泥环固井应力测试疲劳试验中图分类号TQ077文献标识码A文章编号0254-6094(2014)02-0177-05由于储气井相对于其他的储气方式来说具有占地小、相对安全及成本较低等优势，已经成为天然气汽车加气站的首选储气设备，并逐步进入调峰站、企业储气库及城镇储配站等领域⋯。在全国各地已建成的储气井总数量超过7

3、000口，并正以每年约l000口的数量快速增加。许多学者也致力于开发分布式监控系统，确保其安全性¨。。储气井相对普通地面压力容器的区别主要表现在3个方面：位于地下；井筒与井眼间的环空填充固井水泥，形成水泥环；结构采用螺纹连接。然而，长期以来关于固井水泥对储气井影响的研究甚少，相关的试验研究几乎空白。储气井承受的是交变载荷，但关于储气井的疲劳试验研究也只限于地上的模拟试验，地下实物储气井的疲劳试验鲜有报道。笔者通过建造试验储气井，测试地下储气井井筒的实际应力；施加循环压力，对储气井的抗疲劳性能进行试验测试。1应力

4、测试试验储气井位于重庆市空港工业园，规格为咖177．8mm×10．36mm，结构示意图如图1所示。图1试验井结构示意图1．1应变片+国家质检公益性行业科研专项资助项目(201010222)。}$傅伟，女，1965年4月生，高级工程师。重庆市，401121。用贴应变片的方法对该储气井进行应力测178化工机械2014年试，贴应变片在井管组装和入井之前完成。由于井筒由两根井管组成，每根井管长约11m，因此，应变片布置在每根井管中部的外壁，从井底往上，应变测试点编号依次为1。、2。。考虑到井管下放和固井操作对应变片可能

5、造成损坏，在1。、2‘测试点的周向相隔90。的部位各布置备用应变片1”、2”，应变片布置示意图如图2所示。由于应变片要与固井水泥浆接触，本研究采用防水应变片，规格为WFLA一3．11．5L。●-_●--／一+～‘-’‘，．．．L一一‘l图2应变片布置示意图贴应变片时需按照以下步骤进行：a．井管表面处理，先用砂纸打磨金属表面，再用酒精进行清洗，最后用干棉花擦洗干净；b．用划针分别沿轴向和环向在贴片区域划线，标出贴片的位置，以保证贴片位置和方向的准确性；C．在贴应变片前，应用万用表对所有应变片逐一检查，将电阻值不符

6、合要求的应变片剔除，以保证其阻值的一致性和试验数据的可靠性；d．用应变片专用胶将应变片按布片方案贴在试件上，应变片自身引出线与测试导线用锡焊连接后用绝缘胶带缠好，并用专用胶固定在井壁上，以保证绝缘，防止应变片导线被拉断；O．用万用表测试所有应变片与测试导线的电阻值，测试应变片与试件间的绝缘电阻，确保均符合测试要求，全部合格后，用专用胶将应变片覆盖起来，以防止由于潮湿、碰擦或固井等造成应变片失效。．1．2井管组装由施工单位将井管与接箍通过液压大钳拧紧后下入井底。井管组装时，将与应变片连接的测试导线顺着井管沿井管与

7、井眼间的环空引出地面。井管人井时，需防止应变片和测试导线碰伤、划伤。1．3试验测试井管组装入井后、进行固井前，即储气井筒处于自由状态时，对储气井进行水压试验，测试应变11；井管组装完成、固井结束6天后，即储气井固井水泥凝固后，对储气井进行水压试验，测试应变2。应变测量采用TDS303型静态应变仪，应变测量结果由计算机采集记录。对上述两种状态进行测试时，采用试压泵对储气井逐级施压，直到水压试验压力(37．5MPa)。在每个压力等级下保压一段时间，同时测试各点应变值。为了分析固井水泥对应变测试结果的影响，在固井结束

8、5天后，采用固井检测仪器(CBL方法)对储气井进行固井质量检测。经检测，14应变片所在区域的固井质量较好，即水泥包裹良好，笔者主要针对该处的应变测试结果进行了分析。1．4结果分析1．4．1应力换算对于主应力方向已知的平面内应力状态可使用8。、占如的二向应变直接换算主应力"。：矿。：土(s。+舻。)矿12ii‘s。+舻”’盯：：土(F。+眠)盯22F7‘F”+p‰’式中E——井筒弹性模量