摘要：本文主要是针对于CNG井式储气库在建设过程中以及投入使用以后可能出现的三种泄漏状况以及相应的处理模型展开了分析和说明，并通过具体的计算来为CNG加气站的建设、使用以及安全生产提供理论上的支持。
关键词：CNG 井式储气库 井下泄漏 安全工作
中图分类号：TE972 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0098-01
1 CNG井式储气库井下泄漏与安全工作分析的必要性
CNG加气站最为主要的用途就是为燃气汽车加气，一般位于一些人口密集度较大且交通便利的位置，但其工作的介质则是易燃易爆的压缩天然气（CNG），且工作压力比较高，正是因为这样，我们就有必要对其安全加以保障，一方面是尽量避免不良事故的发生；另一方面就是事故万一发生我们消防工作人员还是能够在较短的时间内予以及时有效的控制。从本质上来说，井式储气库比气瓶储存气库要安全的多，但是在使用的过程当中仍然存在着较多方面的不足，主要就是因为高压气体泄漏所造成的储气井管串上升或者是下降的状况，而在实际的应用环境中如果不加以控制和处理的话，就会造成更加严重的连接管线破裂或者是拉断现象，大量高压气体将从储气井内喷出而造成火灾或者保障事故。
2 井下泄漏工况模型的建立
上文中已经明确的指出，在实际的环境条件下，井式储气库在建设以及使用过程当中主要出现的是以下三种类型的泄漏，我们的分析和讨论也正是围绕这样三个方面展开和进行的。
（1）在储气库投入使用之前在其井筒内进行试压作业的过程中，试压的压力应当为38MPa，此时一旦发生泄漏状况，就是导致整个井筒的内外均充满压力为38MPa的水，这也就意味着，对于整个井筒而言，其内挤压力和外挤压力均保持为38MPa。
（2）已经投入使用并在使用过程中的储气井发生泄漏状况，这样一种状况下整个井筒的内外都会充满天然气，在最为极端的状况下内外压力都为25MPa。
（3）最后一种就是还没有投入使用的井式储气井受到附近储气井泄漏影响，在这样一种现实的状况下，我们可以认为这一没有使用的储气井井筒内部的压力为零，但是井筒外的极限压力则为25MPa。
在这里针对于上文中具体提到的三种情况来对CNG井式储气库井下泄漏的模型进行构造和分析，在一定程度简化储气井井筒结构的基础之上进一步的分析和构造出三种泄漏情况的工况模型。在工况模型中，可以通过施加不同大小的压力来较为准确的模拟出各种类型的泄漏情况来。在经过上述模型构造的处理以后，我们还可以进一步的根据有限元计算来得到沿套管壁厚的节点上顶力，在这其中，将从内壁开始到外壁的真实厚度作为横坐标，将壁厚上的节点的上顶力作为纵坐标，经过一系列模拟和分析就不难发现，无论是那种类型泄漏所产生的上顶力在从套管内壁到套管外壁的上顶力都是变化的，且其变化的基本规律就是套管内壁和外壁上的节点上顶力都比较下，但是在其壁厚的中心位置上则相对比较大。正是因为这样一种实际的现象以及分析结果，我们最终得出以下结论：在第一种类型和第二种类型泄漏中，套管壁厚各节点产生的上顶力都是明显小于第三种泄漏类型中同样位置处的上顶力的。
我们在对各种情况下井筒上顶力进行计算和分析时，可以直接将沿壁厚方向上的上顶力直接相加。经过试验、计算和分析发现，在试压作业中产生的泄漏和储气井储气状态下产生的泄漏所产生的上顶力是远远小于未用储气井受附近储气井泄漏影响所产生的上顶力。
3 泄漏情况下的安全性分析
我们在对泄漏情况的安全性进行分析之前，首先就需要明确井式储气库最大的安全隐患所在，这样才能够保证在实际情况下能够予以良好的控制和处理。经过相关方面的研究和对比发现，井式储气库最大的安全隐患就在于套管连接螺纹和套管底部密封的失效，这样两种状况都将导致天然气的泄漏，在泄漏的过程当中高压天然气又会进一步的将套管挤毁或者是将套管本身顶出地面，这无论从经济角度还是技术角度来将都是非常不利的。
天然气在发生泄漏以后，就会沿着一切空隙不断上升，充满整个套管的底部或者是水泥环之间的间隙，这会使得套管受到较大的向上的作用力。我们对这样一个过程中限制套管顶出地面的因素进行分析：一是因为在套管和水泥环之间存在着一定的胶结强度；二是因为套管本身是与井口直接连接的；三是套管和天气然自身具有一定的自重；四是因为套管接箍是嵌入到水泥环当中去的。
我们就是根据这样一种状况来建立更加准确和明晰的力学模型，以此来进行套管载荷以及约束的计算，以这样一种计算结果来判断天然气能够将套管顶出到地面之上。在进行计算的过程中，为方便计算，我们在建立力学模型之前给出两个基本的假设条件：第一点就是要忽略掉管内天然气的自重；第二点就是要忽略掉套管与水泥环之间的胶结强度和摩擦阻力，实际上，这样两个方面的忽略是有利于安全性能保障率的增高的。
4 实例分析
4.1 试压作业时泄漏的安全性
根据上文中详尽的说明和分析并结合相关方面的资料我们就可以看到，试压作业时泄漏的上顶力是379.7kN，结合其他数据可计算得最终的单级套管接头承载能力为149.6kN，两者的比值为2.54，由此可知在实际的工程条件下需要水泥浆封固三个单根，使得套管接头承载。
4.2 正在储气的储气井发生泄漏时的安全性
根据前文所述的有限元计算软件可算得正在使用的储气井在发生泄漏时产生的上顶力为249.8kN，其余的参数和上一种情况基本上保持一致，最终计算得到的比值为1.67，由此就需要水泥浆固封两个单根，并使得套管接头承载。
4.3 未使用储气井受到临近井泄漏影响时的安全性
根据前文所述的有限元计算软件可算得未使用的储气井受到临近井泄漏时产生的上顶力为724.3kN，其余的阐述和上两种情况基本上保持一致，最终计算得到的比值为4.84，因此需要五根单根，并使得套管接头承载。
5 结语
本文主要是通过有限元计算软件对CNG井式储气库建设和使用过程中可能出现的三种问题以及其相应的处理方法展开了说明和分析，这样一种分析和探讨对于我们消防人员的事故预防和事故处理都有着较好的指导作用。
参考文献
[1] 王莉.浅谈我国CNG加气站和CNG汽车的发展[J].石油规划设计，2003（14）.
[2] 刘玉泉.CNG井式储气库井下泄漏及安全性分析[J].石油矿场机械，2007（8）.