地下储气库储存-48

1、唐建峰中国石油大学储运工程系1唐建峰中国石油大学储运工程系2 唐建峰中国石油大学储运工程系3 20世纪，燃气工业一项主要技术成就就是利用开采后的枯竭油气田、地下含水层、含盐岩层或废矿井来建造天然气地下储气库，用以最大限度的满足城市用气，保证供气稳定可靠，削峰填谷，平抑供气峰值波动，优化供气系统。目前，建造地下储气库是对城市用天然气进行季节性调峰的最合理，有效地方式之一。 唐建峰中国石油大学储运工程系4（1）国外地下储气库的建设概况）国外地下储气库的建设概况 美国是世界地下储气库开发的先驱者。1916年美国利用枯竭气田建设了世界上第一座地下储气库。目前，美国储气库数量已占世界储气库总量的3/4。

2、 截止到2003年，全世界共建造各种类型的地下储气库602座，这些储气库主要分布在北美洲和欧洲，其中枯竭油气藏储气库464座，含水层储气库75座，盐穴储气库59座，废弃矿穴储气库4座。目前，世界大城市中凡有条件的城市周围都建有地下储气库。 唐建峰中国石油大学储运工程系5（2）国内地下储气库的建设概况）国内地下储气库的建设概况 n 大庆储气库的情况大庆储气库的情况 1975年，我国在大庆油田萨中地区和喇嘛甸北区首次建成投运了两座小型天然气地下储气库。 萨尔图一号储气库 该储气库位于萨尔图油田中区北块，面积达1.05km2，储气库总容量为0.38108m3。1986年该储气库因油田夏季无富余天然气

3、可供储存而停止使用。 唐建峰中国石油大学储运工程系6 喇嘛甸油田北块地下储气库 该库于1975年在喇嘛甸油田北块建成。经过三次扩建后，该储气库日地面注气能力已增加至100104m3，库容量增加至35.7108m3。喇嘛甸储气库建设的最大难点在于：如何保证部分油气界面不发生互窜，达到采油、注采气互不影响。n 华北油区储气库的情况华北油区储气库的情况 华北油区储气库主要服务于陕甘宁气田和陕京天然气输气管线，确保北京和天津的调峰供气，其中大港油田利用枯竭凝析气藏建成了3座地下储气库，即大张坨地下储气库，板876地下储气库和板中北高点储气库。 唐建峰中国石油大学储运工程系7 大港大张坨储气库 该储气库

4、是我国自行研究和建设的第一座用于城市调峰用气的天然气地下储气库。其最大库容量16108m3，有效工作气量6108m3，采气周期为120d/a，注气周期为200d/a，采气期间日调峰采气量500104m3，注气期间日注气300104m3。 板876地下储气库 该储气库于2002年3月完工开始注气。采气期利用5口新井及2口老井，日采气量300104m3左右，采气天数为120d，阶段采气2.17108m3。 唐建峰中国石油大学储运工程系8 板中北高点储气库 该储气库的设计总工作气量10.97108m3，已建成3.6108m3的工作气量，日采气能力达到300104m3，应急最大采气能力为600104m

5、3。n 金坛盐穴储气库金坛盐穴储气库 为确保西气东输工程的实施，保证西气东输管线沿线和下游长江三角洲地区用户的正常用气，在长江三角洲地区选择了江苏金坛市的金坛盐矿，建设我国第一个盐穴天然气地下储气库。该储气库的建成将大大缓解管道供气所面临的调峰压力，减少管道建设总投资，具有良好的经济效益。 唐建峰中国石油大学储运工程系9n 含水层储气库的开发建设含水层储气库的开发建设 利用含水层改建地下储气库国内尚无先例，近期对华北地区任丘潜山油藏及湖北潜江含水构造改建地下储气库的工作都刚刚起步。 在长江三角洲地区利用含水层储气库规划有效储气量达48.29108m3，而按规划2015年前将建成山东、环渤海、长

6、江三角洲及中南四个区域地下储气库群的储气库，总有效工作气量为101.75108m3，利用含水层储气库储存的天然气气量占总储气量的47.46%。 唐建峰中国石油大学储运工程系10 唐建峰中国石油大学储运工程系11（1）储气库系统构成）储气库系统构成 天然气地下储气库主要由地下气藏储气层，注采气井，压缩站，脱水站，输气干线四大部分组成。n 地下气藏储气层地下气藏储气层 地下气藏的地质构造，是具有一定渗透能力的多孔介质，多孔介质的孔隙为天然气的储存提供空间，而渗透率使气体能在其中流动；储层上面有非渗透性盖层，盖层通常是弯曲或拱形的，能够阻止气体从上面溢出，同时也起到侧面遮挡作用，又是断层产生的垂直断

7、面在储层的一侧或多侧起到封闭作用；非渗透层或底水在储层底部起封隔作用。 唐建峰中国石油大学储运工程系12n 注采井和观察井注采井和观察井 储气库注气井和采气井大部分合用，注气井一般选择在构造顶部区域、物性比较好的地方。一般来说，注入井中含气饱和度最高的井，即为注气期间承压最大的井，在采气时也是产量最高的井。 储气层的观察井，主要是观察天然气在储层厚度方向上的推进速度；检查盖层密封性设置；在先导性试验中，测定气水界面，观察边底水情况；监测天然气是否沿断层流到上覆层；研究储层和井筒温度变化；在含气边界附近测定压力。观察井的选择十分重要，这种井往往是注气井也是采气井。 唐建峰中国石油大学储运工程系1

8、3n 集输系统集输系统 储气库集输系统是连接井和中心站的中间环节，与一般集输系统区别不大，只是集气管线要粗一些，容积大一些。n 压缩机压缩机 一般地下储气库都设置注气压缩机，通常设置在离井近的中心站。因为地下储气库的压力比管网系统压力高，一般压缩机用于注气。有时为提高采出能力，采气时也用压缩机。 唐建峰中国石油大学储运工程系14n 中央脱水装置中央脱水装置 地下储气库总含有一定的水，有时水比较活跃，当管线中的干气注入地下后，储层中的水就会蒸发到天然气中，天然气中含水量高，就不符合管线要求，所以天然气采出后必须脱水。 实际应用中，所有储气库的中心脱水装置都是乙二醇脱水器。该脱水器比较经济，且性能

9、较好，如果遇到水流段塞，也会运转正常。 唐建峰中国石油大学储运工程系15（2）地下储气库的作用）地下储气库的作用 地下储气库主要有以下几个方面的作用： 协调供求关系与调峰； 实施战略储备，保证供气的可靠性和连续性； 有助于优化生产系统和输配管网的运行； 为其他国家提供储气商务服务； 影响气价，实现价格套利； 提供应急服务。 唐建峰中国石油大学储运工程系16 唐建峰中国石油大学储运工程系17地下储气库的分类标准主要有以下三种： 按用途分按用途分 按作用分按作用分 按地质条件分按地质条件分 唐建峰中国石油大学储运工程系18（1）按用途分）按用途分 地下储气库按用途分，可分为以下3种类型：n 基地型

10、储气库基地型储气库 该类型的储气库主要用来调节和缓解大型消费中心天然气需求量的季节不均匀性，因此又叫做季节性储气库。建在含水层和枯竭油气田的储气库属这种类型。n 储气型储气库储气型储气库 该类型储气库主要用于战略储备，作机动的备用气源，对依靠进口天然气的国家具有特殊意义。 唐建峰中国石油大学储运工程系19n 调峰型储气库调峰型储气库 该类型储气库主要用作昼夜，小时等短期高峰耗气调峰和输气系统事故期间的短期应急供气。盐穴或旧矿穴属于这种类型。主要特点是采气效率高，单井产气量高于传统储气库24倍。但这种储气库容量相对较小，按昼夜最大抽气量计，其有效气量可供抽气1030d。 唐建峰中国石油大学储运工

11、程系20（2）按作用分）按作用分 地下储气库按作用分可分为以下两种。n 市场储气库市场储气库 该类储气库通常接近主要消费市场，通过组合利用输气管道和储气库能力满足不断变化的需求量。目前，各国以市场储气库居多。n 现场储气库现场储气库 该类储气库一般位于产气区或接近输气干线的首站，主要起补充气源，使输气量保持平衡作用。 唐建峰中国石油大学储运工程系21（3）按地质条件分）按地质条件分 地下储气库按地质条件分，可分为以下五种类型。n 枯竭气藏型储气库枯竭气藏型储气库 利用已开采枯竭废弃的气藏或开采到一定程度的退役气藏，停止采气转为夏注冬采的地下储气库，这是在各种地下岩层类型中建造地下储气库的最好选

12、择。其主要优点为： 有盖层，底层，无水驱或弱水区，具备良好的封闭条件，密闭性好，储气不易散溢漏失，安全可靠性大。 有很大的天然气储气容积空间，有效库容可大于调峰气量的1.2倍，且不需或仅需少量的垫底气，注入气利用率高。 唐建峰中国石油大学储运工程系22 注气库承压能力高，储气量大。调峰有效工作气量大，一般调峰工作气量为注气量的70%90%。 有较多现成采气井可供选择利用，作为注采气井，有完整配套的天然气地面集输，水，电，矿建等系统工程设施可供选择，建库周期短，试注，试采运行把握性大，工程风险小。 缺点是：枯竭气藏型储气库密封性要求高，注入气体最好是经过处理的干气。 唐建峰中国石油大学储运工程系

13、23n 枯竭油藏型储气库枯竭油藏型储气库 该类型储气库是利用已采油程度很高的枯竭废弃油藏或油藏气顶来建造。储库具备枯竭气藏型储库的部分优点，储气量大、原有地面设备可再利用等。 其缺点主要表现在： 需要把部分油井改造为天然气注采井，原油集输系统也需改为气体集输系统； 随同采气必会携带出部分轻质油，需配套新建轻质油脱除及回收系统，且建造周期长，需试注，试采运行，检验，考核费用较大。 尽管存在上述缺点，在无枯竭气田的条件下，枯竭油藏仍不失为建造地下储气库的良好选择。 唐建峰中国石油大学储运工程系24n 含水层型储气库含水层型储气库 该类型储气库一般建在背斜构造的含水砂岩储层中。其储气原理是：通过高压

14、将气体注入含水层的孔隙中，将地下含水层中岩层孔隙中的水排走，用气体将水驱到边缘形成一个人工气田并在非渗透性含水盖层下储气。 含水层型储气库的优点是构造完整，钻井，完井一次到位，其缺点是勘察，研究选库工作难度大，建库周期较长，风险较大，气水界面较难控制，且投资运行费用高；气库需一定的垫气层，一般是气库储气量的30%70%，储气量，调峰能力较枯竭油气藏小。 唐建峰中国石油大学储运工程系25 n 盐穴型储气库盐穴型储气库 盐穴储气库的储气原理是：在天然盐层中，以常规钻井方法钻穿盐层，注入淡水进行冲蚀使之形成一定体积和形状的溶腔，然后泵出盐水注入天然气。 与其他类型的地下储气库相比，其缺点是：建库单位

15、成本和操作费用高，总的天然气有效容积相对较小，钻井、完井难度大，溶蚀冲蚀较难控制。优点是：产气能力相对较高，注气时间短，垫层气用量少，储气无泄漏，调峰能力强，能快速完成抽气注气循环，一年中注采循环可达46次，最适合日调峰。唐建峰中国石油大学储运工程系26n 废弃矿穴储气库废弃矿穴储气库 废弃矿穴储气库是利用废弃煤矿等遗留的洞穴来储存天然气。这种储气库有严重缺陷，如原有井筒难以密封，存在气体向地面泄漏的危险；抽出储存气体的质量会变化，热值有所降低。 唐建峰中国石油大学储运工程系27 唐建峰中国石油大学储运工程系28 在相同地质构造条件下，库址的选择应进行全面技术经济分析和各种方案比较。 从经济上

16、考虑，气库与气源和城市用户距离越近越好，但地下储气库不管是建在含水层还是利用枯竭油气田，常常会一定范围内影响深含水层，造成大量水位移，使压力出现紊乱，储层渗透率越大，压力波及范围越大，因此，从安全角度考虑，储库的选址应避开人口稠密，工业发达的地区，同时尽量建在用户区最小频率风向的上游。若采用惰性气体作垫层气，还要考虑惰性气体的气源问题。 对储库的深度，根据国外主要从储备能力和经济效益考虑的建库经验，对枯竭油气田储库，适宜深度为1500m左右，含水层储库深度不宜超过1000m。 唐建峰中国石油大学储运工程系29 唐建峰中国石油大学储运工程系30 储库设计容量确定储库设计容量确定 储库储气量的计算

17、及校核储库储气量的计算及校核 注采速度的选择注采速度的选择 唐建峰中国石油大学储运工程系31（1）储气库设计容量的确定）储气库设计容量的确定 确定城市燃气系统需要建设多大的地下储气库，最基本的设计参数是储气库的设计储量，即需要储库总的储气能力，根据市场各类用气需求确定，主要由两部分构成：注采工作气和垫层气。n 注采工作气注采工作气 储库内运行的注采工作气包括：维持城市调峰所需的用气量和城市供气管网系统突发事件应急储存气量。 调峰注采气量：其值是在预测城市用气负荷后，由用气量不平衡的波动与输气管道供气量的差额计算确定。 唐建峰中国石油大学储运工程系32 突发事故应急储备气量： 为保证供气安全可靠

18、，必须考虑突发事故如设备大修，系统故障等，即要考虑突发事故的应急储备气量。据经验，附加的有效事故应急储备气量约为补偿季节用气不均衡所需气量的10%左右。n 垫层气量垫层气量 为维持储库压力，必须保证滞留在储库中的一部分气体，称为垫层气，它是地下储气库里储气量的一部分。垫层气是确保储库的最低压力，使供气时能提供足够的输送速度。储库调峰采出操作时，垫层气不可被采出。 唐建峰中国石油大学储运工程系33（2）储库储气量的计算及校核）储库储气量的计算及校核n 储库储气量的计算储库储气量的计算 运行过程中，地下储气库的储气量是时间和压力的函数。一般采用注气实验确定，经过几个注采周期，在观测、分析和评价储气

19、层圈闭密封性的基础上，确定出最大储气量， 目前，国外有些国家也采用数学模拟的方法，用数学模型确定最大储气量，计算包括在达到最大储存压力下，能储存的最大气体量，最小极限压力下能采出的最大气体量等。 唐建峰中国石油大学储运工程系34n 地下储气库的校核地下储气库的校核 地下储气库在实际运行时常可能发生泄漏问题，导致气库中的实际存气量往往小于账面上的储气量。因此要使储气库正常发挥作用，在注采运行时，动态校核容量是十分必要的。 目前，国外进行气藏的储量校核主要有两种方法。 定体积法定体积法 估算或计算体积膨胀系数，储库几何形状，孔隙率及地质资料，按压力对由天然气占据的孔隙体积进行积分，计算天然气含量并

20、与账面存量进行比较，由差额得出渗漏量。 唐建峰中国石油大学储运工程系35 压力压力-储量数据图形分析储量数据图形分析 以虚拟压力p/Z对储量连续作图（也叫迟滞图），若储库体积不变，所作出的图形为一条直线，其斜率与截距可说明气藏体积与储量；若是水流驱动的储库，所作出的图形为一条曲线，用来解释天然气的迁移渗漏及天然气泡的成长。 Z的含义：储库覆盖层岩石厚度（m） 唐建峰中国石油大学储运工程系36（3）注采气速度的选择）注采气速度的选择 对含水层储库，因为气体粘度小于水的粘度，注气速度过快易造成气的突进，反之高的采气速度，也会使压降过大，边，底水推进过快，压力漏斗波及范围过大，可见储库必须控制注采气

21、速度。 一般来说，生产运行时的注采气初期，储库的压力变化较快，后趋平稳，应延长注采气周期。因为短期内的注气和采气必产生大的压降漏斗，同时采气时间越短，储库单位费用越高。另一方面，由于建库的目的就是进行城市的调峰用气，这又要求有高的采气速度。 因此，确定最佳的注采气速度，在储库的规划设计时十分必要。 唐建峰中国石油大学储运工程系37 唐建峰中国石油大学储运工程系38 综合国外文献资料，国外地下储气数值模拟研究主要提出了三种数学模型：三维气流模型、三维气水置换模型及三维气体混合模型。（1）三维气流模型）三维气流模型 该模型的建立为纯气驱枯竭气藏型地下储气库的动态运行提供了理论依据。该模型为：n 质

22、量守恒：n 位势方程：n 状态方程 0gdivuSqtKugradp pRTz p唐建峰中国石油大学储运工程系39（2）三维气水置换模型）三维气水置换模型 这一模型是20世纪80年代后期发展起来的，目前应用范围最为广泛。该模型为：n 质量守恒：n 位势守恒： 0gdivuSqtrgggggKKupg zrwwwwwKKupg z唐建峰中国石油大学储运工程系40n 状态方程：n 饱和度方程：n 毛细管方程： ggwwwppRTz p1gwSScgwppp唐建峰中国石油大学储运工程系41（3）三维气体混合模型）三维气体混合模型 该模型发展较晚，是随着储气技术的科学化和积累的经验产生的。该模型不仅考虑了气体的渗流过程，还考虑了两种气体相互对流和扩散问题。模型为：n 质量守恒：n 位势守恒： 1110gdivuSqt2220gdivuSqtKugradp唐建峰中国石油大学储运工程系42n 浓度扩散方程： n 状态方程：n 耦合方程： 式中，J 扩散率；c 扩散浓度。 1211JJJuuKgradc ,pMcRTzp c1212111c cc 唐建峰中国石油大学储运工程系43 目前，国外天然气地下储气库的数值模拟正朝着以下几个方面发展： 增加模型灵活性，功能性； 数值模拟技