天然气地下储气库技术ppt课件

1、天然气地下储气库技术专题讲座专题讲座提纲提纲q 1 1 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述q 2 2 天然气地下储气库的选型及库址的选择天然气地下储气库的选型及库址的选择q 3 3 地下储气库库容确实定地下储气库库容确实定q 4 4 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟 q 5 5 地下储气库的优化设计地下储气库的优化设计q 6 6 地下储气库地面工艺技术地下储气库地面工艺技术q 7 7 地下储气库系统仿真及优化运转地下储气库系统仿真及优化运转q 8 8 相关建议相关建议天然气地下储气库技术天然气地下储气库技术第一章地下储气库技术概述第一章第一章 天然气地下储气库

2、技术概述天然气地下储气库技术概述n1.1 天然气地下储气库技术研讨的意义n 在天然气工业体系中，天然气储运设备是联络天然气消费与运用的纽带，是将开采出来并经净化处置达标的合格天然气提交给用户的不可或缺的中间环节。n 在天然气供应与消费之间，不断存在着可靠、平安、平稳、延续供气与消费需求量季节、昼夜、小时不平衡性的固有矛盾。处理这一矛盾的主要措施是实行天然气贮藏。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.1 天然气地下储气库技术研讨的意义n 地下储气库容量大，储气压力高，储气本钱低，是当今世界天然气的主要储存方式。天然气地下储气库曾经成为天然气输配系统的重要组成部分，是

3、季节平安调峰，确保延续平稳供气的重要工程。n 随着我国天然气产量的进一步添加以及其在工业和日常生活中的日趋普遍，完善天然气管网、建造地下储气库曾经成为开展我国天然气工业的紧迫课题。对地下储气库技术进展研讨正是基于此背景提出来的。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.1 天然气地下储气库技术研讨的意义n 我国上世纪90年代开场了大规模的天然气管网建立工程：陕京线的贯穿、西气东输管道工程的实施，中原地域天然气管网以及陕京二线的规划建立将对我国天然气管网及消费规划产生艰苦影响。为理处理我国华东地域、中原地域以及北京市天然气供需之间的矛盾，这些管网工程都配套规划了天然气地

4、下储气库工程。因此，对地下储气库技术进展研讨具有非常重要的现实意义。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.2 天然气地下储气库的作用n 调理供气不均匀性的最有效手段；shown 提高供气的可靠性和延续性；n 提高管线利用系数和输气效率，降低输气本钱和输气系统的投资费用；n 能为国家和石油公司提供原料和燃料的战略贮藏。n 在新的石油和凝析油开采区，能保管暂时不可利用的石油气；对老采油区，有助于提高原油采收率。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.3 天然气地下储气库的类型n储气库主要有以下几类：n 枯竭油气藏型Depleted Rese

5、rvoirsn 地下含水层型Aquifersn 盐穴型Salt Cavernsn 煤矿矿井型Minesn 溶洞型Hard-Rock Caverns第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述Figure 3Types of Underground Storage第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述Figure 4Development of a Salt Cavern for Natural Gas Storage 第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.4 天然气地下储气库建立现状n 自1915年加拿大利用枯竭气藏建成世

6、界上第一个地下储气库以来，地下储气库曾经阅历了近90年的开展历程。目前全世界地下储气库的总容量曾经超越5.01011m3。美国、欧洲及前苏联等国家建立了大量的地下储气库。单美国从上世纪90年代到如今就新建了近50坐地下储气库，使得其储气库库容总量到达了2.51011m3的规模。地下储气库储存的天然气满足了美国全年天然气总需求量的1/3。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.4 天然气地下储气库建立现状n 我国地下储气库的建立远远落后于世界程度，目前建成的只需两座：大庆喇嘛甸油田地下储气库和大张坨地下储气库。大庆喇嘛甸油田地下储气库的主要作用是平衡大庆油田内部用气的

7、季节不平衡性，天津大张坨地下储气库与陕京输气管道相连，以平衡北京市季节性用气不平衡性和保证平安平稳供气为主要目的。n 我国目前正在规划的储气库包括西气东输配套工程金坛盐穴储气库、中石化中原地域天然气地下储气库、大张坨三期工程。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.5 天然气地下储气库技术研讨现状n 一个工程的好坏关键在于设计。对地下储气库一类的大型工程，优化的思想必需贯穿于工程实施的整个过程。采用优化设计的方法不仅可以使地下储气库更好的满足建立要求，而且也可以有效降低工程投资及运转管理费用。n 地下储气库技术涉及地质、气藏工程、采气、天然气集输与净化、天然气管道保

8、送和城市配气方面的相关实际知识，而地下储气库优化设计及模拟技术是地下储气库技术的中心。在国外，优化及数值模拟技术曾经成为地下储气库建立必不可少的手段。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.5 天然气地下储气库技术研讨现状n 20世纪70年代，国外开场运用数值模拟来研讨地下储气库从建造到注采动态运转的整个过程，美国、德国、丹麦、意大利等国家根据不同类型储气库和不同流动过程、地质地层以及气体种类的差别性，提出了相应的数学模型，为储气库的实践运转提供了实际根据，以到达经济高效地控制地下储气库的目的。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.5

9、天然气地下储气库技术研讨现状n 储气库模拟根本数学模型n 三维气流模型n 定容无水驱封锁型枯竭气藏。n 三维气水置换模型n 带水驱的枯竭气藏储气库、地下含水层储气库。 n 三维气体混合模型n 思索了气体的渗流、注入气与垫底气之间的混合、对流和分散等问题。n 二维气油混合模型n 枯竭油藏型，思索气油两相流动和相互传质问题第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.5 天然气地下储气库技术研讨现状n 国外目前数值模拟曾经成为指点各种类型储气库运转的重要手段，而且正逐渐与经济分析模型和地质力学模型相结合，经过数值模拟，可以到达在不添加储气费用的情况下，提高储气库的储存才干及注

10、采应变才干，建立储气库优化运转模型，从而带来较大的经济效益。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.5 天然气地下储气库技术研讨现状n 大庆喇嘛甸油田地下储气库从1975投产到90年只采不注，因此没有进展优化及数值模拟方面的研讨。 “八五期间，华北油田对北京地域建立天然气地下储气库的可行性进展了研讨，“九五期间又承当了总公司重点科技工程工程“天然气地下储气库注采技术研讨。研讨成果对储气库工程的建立具有一定的指点意义。大张坨地下储气库为了保证凝析液的采收率、估计油环和边水以及凝析液对储气库的影响，采用了凝析气藏数值模拟模型进展了模拟。第一章第一章 天然气地下储气库技术

11、概述天然气地下储气库技术概述n1.6 存在的问题n未构成完好的实际方法体系，没有制定相关的国家和行业规范n 我国科技人员对储气库技术的研讨目前还处在对国外资料的消化吸收的层面。在储气库数值模拟及管网仿真方面做了一些研讨，对根据下游用户工况来确定储气库库容特别是对多个城市和大区域供气系统调峰储气量如何计算没有详细的方法可循，优化运转方面有一些研讨但没有得到详细的论证。没有一本完好引见地下储气库综合技术的资料，没有构成完好的实际方法体系，没有制定相关规范，设计显得比较无序。n 第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.6 存在的问题n经济及综合分析问题n 我国地下储气库的

12、论证主要还是在技术上可行的层面上，提出几种方案中部分方案由于在技术上不可行就否认掉了。剩下的方案经过简单的经济论证就确定了最后的方案。这种做法有能够会脱漏最优的方案。另外，地下储气库的影响要素很多，应该权衡各方面的要素进展综合评价。 第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.6 存在的问题n地面工程对储气库建立的影响问题n 普通气田的开发中，输气系统的建立服从于气田开发方案的要求和限制，而地下储气库系统作为天然气输配系统的一个子系统，其建立应服从于输配系统建立的要求，其任务特性遭到输配系统工况的影响，其也反过来影响输配系统的工况。储气库的模拟和优化应该充分思索这种影响

13、。因此，该当将储气库系统和输气干线系统看成一个整体加以分析。 第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n1用惰性气体替代天然气作储气库的垫层气n 地下储气库总容量中包括任务气活动气和垫层气剩余气两部分。垫层气的主要作用是使储气库在一次抽气末期坚持一定的压力、提高气井产量、抑制地层水流动等。垫层气在储气库中是不能抽出的气体。迄今为止在建库时都采用注入天然气作垫层气，这不仅大大添加了地下储气库的初期投资，还堆积了大量的“死资金。以美国为例，1987年美国地下储气库中总垫层气量达1080亿m3。按天然气矿场平均每$60/1000m3，当年垫层气长期堆积的资金达

14、64亿美圆。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n1用惰性气体替代天然气作储气库的垫层气n 因此，美国、前苏联等一些地下储气库比较兴隆的国家，从上世纪70年代开场，就如何减少储气库中的垫层气量、采用惰性气体、氮气、二氧化碳或压气机组废气等替代天然气作储气库垫层气，开展了广泛而大量的研讨任务，并获得了可喜的成果。n 减少地下储气库中垫层气量，增大任务气量，用惰性气体作垫层气，已成为降低地下储气库投资和运转费用的最主要的开展方向。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n2实现地下储气库工艺设计一致化和规范化n 仅

15、管地下储气库按地质对象分为衰竭油气藏型、含水层型和盐穴型几种类型，且它们的地质物理参数各不一样，但在储气库建立方面它们仍具有一些共同的特性。如为了制定建库方案，都必需掌握如下一些原始资料：储气库的矿藏类型，消费井和注气井的数量和产量、昼夜抽气量和注气量、抽出气体温度和压力、注气压力、储气库地质层储层数、采出气休组分凝析液和水分含量等。它们都以某种方式影响技术方案确实定。对各种地下储气库而言，天然气采集、分配和处置工艺设计上的区别并不在原理上，而在详细构成和设备上。这就为地下储气库的建立从工艺流程设计到设备选择实现技术方案的一致化、规范化提供了能够性。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气

16、地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n2实现地下储气库工艺设计一致化和规范化n 前苏联在这方面得了大量的研讨成果，先后为地下储气库地面站的配气、气体搜集与处置、气井产品计量、气体枯燥、低温分别等开发出了规范化的工艺流程，并各自组成一个独立的模块，从而使储气库的建立从个别设计转到规范化设计上来，使设备由单个制造转为成批消费，最大限制地采用早先为气田建立新开发的规范技术方寨和工厂整体组装式设备。实现地下储气库工艺设计的一致化和规范化，可最大限制地减少设计部门之间的协调任务，简化一系列的工艺计算。这是加快建库速度，缩短建库周朔，提高建库质量的重要措施之一。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气

17、地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n3建立消费效率高、可靠性好的气井n 建立高气密性气井的施工工艺是提高地下储气库消费才干的重要条件。目前围绕这一间题的研讨课题有：采用由膨胀水泥制造的不缩水套管柱和消费套管；采用气密性好的管予和合理的气井构造；研讨既能钻开储层又能防止井底地带泥浆污染的新的钻井工艺；改良井底施工工艺，采用不含粘土溶液扩展井底附近地带；研讨向储气库下部地层夹层注气的技术工艺，防止气体渗漏到圈闭层外，增大任务气体积等。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n4研制开发新的工艺和设备n 长期以来，地下储气库地面气体处置方法与气田气体处置方法

18、没有什么区别。可是地下储气库的采气制度是不固定的，其工艺目的昼夜间会发生很大变化，由人工进展调整使其优化是不能够的。为了降低劳动强度，防止在内部和外部目的发生变化时气体采集和处置系统出现临界操作条件，需研讨开发工艺过程的自动控制系统。如：研制出口压力动摇范围大的新式紧缩机组；气并成组衔接情况下的输入管带模块；气流方向调理模块；压力和处置量动摇范围较大的初级分别安装；在小流量条件下的再生安装等。第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地下储气库技术概述n1.7 开展趋势n 国外地下储气库建立方面的科技提高还有：采用模块化施工技术，加快施工进度，降低劳动强度。在气田建立时研制胜利的大量施工模块

19、，其中一部分无需进展大的修正，就可用于地下储气库的建立。研讨各种地下储气库消费过程集约化的实际根底，经过技技术安装改造，实现消费过程集约化，改善技术经济目的。n 我国地下储气库技术的开展主要是在消化吸收国外先进资料的同时，总结我国地下储气库建立的阅历，尽快制定我国的储气库建立相关规范。天然气地下储气库技术天然气地下储气库技术第二章第二章地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择n2.1 地下储气库的选型n2.1.1枯竭气藏型n 将枯竭废弃的气藏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择，

20、其主要优点如下：n1有盖层、底层、无水驱或弱水驱，具备良好的封锁条件，密闭性好，储气不易散溢漏失，平安可靠性高。 n2有较多现成采气井可供选择利用。作为注采气井，有完好配套的天然气地面集输、水、电、矿建等系统工程设备可供选择，建库周期短，试注、试采运转把握性大，工程风险小，有完好成套的成熟采气工艺技术。n3不需或仅需少量的垫底气，普通调峰任务气量为注气量的7090，注入气利用率高。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.2枯竭油藏型枯竭油藏型 利用枯竭油藏或油藏气顶建造储气库，虽具备利用枯竭油藏或油藏气顶建造储气库，虽具备了枯竭气藏型的部分优点，但缺陷也较为

21、突出，了枯竭气藏型的部分优点，但缺陷也较为突出，首先需把部分油井改呵斥天然气注采井，原油集首先需把部分油井改呵斥天然气注采井，原油集输系统也要改为天然气集输系统；其次伴随采气输系统也要改为天然气集输系统；其次伴随采气必然会携带出部分轻质油，因此需新建配套轻质必然会携带出部分轻质油，因此需新建配套轻质油脱除及回收系统，而且建造周期长，需试注、油脱除及回收系统，而且建造周期长，需试注、试采运转，检验、考核费用较高。试采运转，检验、考核费用较高。 虽然存在上述缺陷，在无枯竭气田的情况下，虽然存在上述缺陷，在无枯竭气田的情况下，枯竭油藏仍不失为建造地下储气库的良好选择。枯竭油藏仍不失为建造地下储气库的

22、良好选择。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.3地下含水层型地下含水层型 在大型工业中心和大城市附近，并非都有适于建立地在大型工业中心和大城市附近，并非都有适于建立地下储气库的枯竭油气田。在这种情况下，最有利的建库下储气库的枯竭油气田。在这种情况下，最有利的建库条件便首推在含水层中建立地下储气库。在含水层中建条件便首推在含水层中建立地下储气库。在含水层中建库的方法是，将岩层孔隙中的水排走，并在非浸透性的库的方法是，将岩层孔隙中的水排走，并在非浸透性的含水层盖层下直接构成储气场所。在水层边部利用老井含水层盖层下直接构成储气场所。在水层边部利用老井，或新打假

23、设干口监测井定期测井、探测气水界面的变，或新打假设干口监测井定期测井、探测气水界面的变化，分析天然气驱水挪动情况，以便确定含水层气库边化，分析天然气驱水挪动情况，以便确定含水层气库边境范围及天然气在水层漏失量、气库运转参数和运转情境范围及天然气在水层漏失量、气库运转参数和运转情况。况。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.3地下含水层型地下含水层型 适宜做储气库的地下含水层应具备以下条件：适宜做储气库的地下含水层应具备以下条件：1地质构造是穹隆型隆起或背斜构造，有完好封锁的地质构造是穹隆型隆起或背斜构造，有完好封锁的地下含水层构造，无断层。含水岩层有一定孔

24、隙度、浸透地下含水层构造，无断层。含水岩层有一定孔隙度、浸透率，可作为储气的容积空间，越大越好。率，可作为储气的容积空间，越大越好。2含水岩层上下有良好的盖层及底层，密封性好，注含水岩层上下有良好的盖层及底层，密封性好，注气后不会发生漏失、散溢。通常气库的漏失率要控制在气后不会发生漏失、散溢。通常气库的漏失率要控制在3%以内。以内。 3含水岩层埋藏有一定深度，能接受一定的注气才干，含水岩层埋藏有一定深度，能接受一定的注气才干，与城市生活用水等水源不相互连通。与城市生活用水等水源不相互连通。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.3地下含水层型地下含水层型 利

25、用含水层建造储气库存在的不利要素是，勘利用含水层建造储气库存在的不利要素是，勘察、研讨选库任务难度大，任务量大，时间长，察、研讨选库任务难度大，任务量大，时间长，需钻一定数量的注采井、察看井；需建立完好的需钻一定数量的注采井、察看井；需建立完好的配套工程，投资运转费用高；气库需求一定的垫配套工程，投资运转费用高；气库需求一定的垫底气，垫底气量普通是气库储气量的底气，垫底气量普通是气库储气量的3565普通取普通取50%；储气量、调峰才干较枯竭油气；储气量、调峰才干较枯竭油气藏小。藏小。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.4盐穴型盐穴型 对于周围缺乏多孔构造

26、地下构造层的城市，特对于周围缺乏多孔构造地下构造层的城市，特别是在具有宏大的岩盐矿床地质构造的地域，将别是在具有宏大的岩盐矿床地质构造的地域，将天然气储存在地下含盐岩层内，在短期内实现提天然气储存在地下含盐岩层内，在短期内实现提供高容量的贮藏，也是目前各国普遍采用的方法供高容量的贮藏，也是目前各国普遍采用的方法。盐穴天然气储气库的建造分为两种，一是将废。盐穴天然气储气库的建造分为两种，一是将废弃的采盐盐穴改建为天然气地下储气库；二是新弃的采盐盐穴改建为天然气地下储气库；二是新建盐穴储库。建盐穴储库。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.4盐穴型盐穴型 盐穴

27、储库的特点是，单个岩盐空间容积大，最盐穴储库的特点是，单个岩盐空间容积大，最大可达大可达500104m3以上，储气量可达以上，储气量可达1108m3，开井采气量大，调速快，调峰才干强，储气无，开井采气量大，调速快，调峰才干强，储气无走漏。与其它地下储存方式相比，虽然建库的投走漏。与其它地下储存方式相比，虽然建库的投资本钱较高，天然气有效容积相对较小，但产气资本钱较高，天然气有效容积相对较小，但产气才干相对较高，注气时间短，垫层气用量少。我才干相对较高，注气时间短，垫层气用量少。我国为处理长江三角洲和上海城市用气较为集中的国为处理长江三角洲和上海城市用气较为集中的问题，作为西气东输管道季节性调峰

28、的大型地下问题，作为西气东输管道季节性调峰的大型地下储气库拟建在金坛市。届时，金坛盐矿将成为我储气库拟建在金坛市。届时，金坛盐矿将成为我国第一个利用盐矿建立的盐穴地下储气库。国第一个利用盐矿建立的盐穴地下储气库。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择2.1.4煤矿矿井型煤矿矿井型 利用采过煤的废弃地下矿井及巷道容积，经利用采过煤的废弃地下矿井及巷道容积，经过改造修复后作为地下储气库。优点是废物利用过改造修复后作为地下储气库。优点是废物利用，建库费用小；缺陷是通常矿井有裂痕发育，密，建库费用小；缺陷是通常矿井有裂痕发育，密封性差，高压注入天然气易漏失，易导致灾祸发封

29、性差，高压注入天然气易漏失，易导致灾祸发生，平安性差。因此需做较长时间的试注、察看生，平安性差。因此需做较长时间的试注、察看和监测，建库周期长，运营运转本钱高。和监测，建库周期长，运营运转本钱高。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择n2.2 地下储气库库址的选择 n 地下储气库是最为理想的季节调峰储气设备。建造地下储气库的根本条件是：地下有适宜的储气岩层，该岩层具有足够的孔隙度15%和浸透率50毫达西，天然气可以按设计的速度、压力进入岩层和从岩层中采出，且可以包容设计要求的储气量；在储气库的上部应有不渗漏的盖层，盖层与储气层之间构成完好的构造，以防止储存的天然气

30、向上部运移、渗漏，呵斥储气损失；储气层应是垂直倾斜的或向上隆起构成背斜构造，以防止气体的程度运移呵斥储气损失；储气层底部应没有水或易于按制的水，以防止水将被储存的天然气融离即被淹没而无法采出；储气层应有一定的埋深，太浅无法接受压力，太深那么储气压力过高不经济。 第二章第二章 地下储气库选型及库址的选择地下储气库选型及库址的选择n2.2 地下储气库库址的选择 n 在一样的地质构造条件下选择库址，应进展全面技术经济分析和各种方案比较。从经济上思索，气库与气源和城市用户间隔越近越好。但地下储气库不论是建在含水层还是利用枯竭油气田，经常会在一定范围内影响到深含水层，呵斥大量水位移，使压力出现紊乱。储层

31、浸透率越大，压力涉及范围越大，因此从平安角度思索，储库的选址应避开人口稠密、工业兴隆的地域，同时应尽量建在用户区主风向的下游。假设采用情性气体作垫层气，还要思索惰性气体的气源问题。此外，钻井、地面设备与输配系统的衔接等所需的投资规模也应思索。前苏联学者以为，间隔城市用户超越200km是不适宜建造储气库的，罗马尼亚学者以为50km为宜。n 根据国外从贮藏才干和经济效益思索的建库阅历，枯竭油气田储气库适宜深度为1500m左右，含水层储库深度不应超越1000m。天然气地下储气库技术天然气地下储气库技术第三章第三章地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气

32、库库容量确实定n3.1 地下储气库有效库容的组成n 所谓储气库有效库容量就是根据用户需用工况以及气源和上游输气干线系统来气工况确定满足储气库预定功能所需求的储气容积。因此，确定储气库的库容量是规划设计以及优化运转储气库的根底和前提。n 确定储气库的有效库容量首先要知道储气库必需满足的功能要求，即：设计一个储气库的目的是什么？其所要完成的义务是哪些？第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定普通而言，地下储气库所要求的有效储气量应由以下要素确定：1在一个供气区域内，在正常气候条件下，因季节需求不平衡靠输气系统又不能确保提供的储气量V0。2在供气区域内，遇到严寒气候时，为确保季节性

33、不平衡所需求的天然气量V1。3在用户区内，思索到季节变化的模拟误差而需求的贮藏气量V2。4在供气区内，当天然气管道系统发惹事故而呵斥供气缺乏时所需求的应急储气量V3。在设计储气库库容时普通只思索V0和V3。第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.2 季节性调峰储气量n 调理燃气季节供需不平衡，保证供气顶峰用户的需求，是建立地下储气库的主要目的。调峰储气量由两方面的条件来确定，一是气源或上游输气系统的消费工况，二是下游用户的用气工况。对于前者，由于建立地下储气库的目的之一就是使长间隔输气干线和设备平衡运转，以提高管线和设备的利用率，故对于建立有地下储气库系统的天然气消费系

34、统，气源和输气干线系统的工况变化不大，普通在确定储气库库容时可以按照稳定消费和供气思索。因此，确定季节性调峰储气量时主要思索下游用户的用气工况。不同类型的用户其用气有不同的特点，在天然气供应消费系统中所起的作用也不尽一样。在确定储气库的调峰储气量时必需分别讨论各类用户的用气工况，各类用户用气工况的总和即是整个下游用户总的用气工况。第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.2.1 城市燃气用户n1特点：用气不延续、用气时间相对短而集中、用气量随季节变化大，用气极不均匀。主要受气温的影响。n2不均匀系数确实定：用气的动摇情况用用气不均匀系数来衡量。其确定步骤如下n 1确定各个

35、城市每月的用气量；n 2根据城市总用气量确定该城市各月的不均匀系数；n 3根据各城市的在总用气中的比例确定总的不均匀系数。 121121iijijijyykjjijibkk第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.2.2 天然气发电用户n 天然气发电用户的用气工况除了受气温要素影响外，其主要受天然气电站的用途的影响。普通来说，开展一定的天然气发电用户主要是为了城市电网的调峰所用。城市用电也具有相当大的不均匀性，具有冬季和夏季两个顶峰。天然气电站的发电工况与其所调峰的电网主力发电性质有关。以水力发电为主的电网，对于夏季用电顶峰，由于此时处于丰水期，发电量充沛，需求的调峰量相

36、对较小，天然气发电站的天然气负荷也相对较小，因此对于以水力发电的电网，天然气电站主要用作冬季用电顶峰的调峰，很显然，由于电网的调峰加剧了天然气用气工况的不均匀性。对于以火力发电的电网，电网发电量相对比较均匀，此时天然气调峰电站在冬季和夏季用电顶峰均需发扬调峰作用，对于夏季，天然气调峰电站有利于降低天然气用气工况的不均匀性，而对于冬季，天然气调峰电站加剧了天然气用气工况的不均匀性。 第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定 西气东输储气库天然气发电用户不均匀系数 中原地域地下储气库天然气发电用户不均匀系数 对比二表可以看出，西气东输天然气调峰电站不均匀系数只具有一个峰值冬季，而

37、中原地域天然气调峰电站不均匀系数具有两个峰值冬季和夏季。 1234567891011121.31.31.31.01.00.630.630.630.631.01.31.31234567891011121.331.331.01.00.670.671.331.330.670.671.01.0第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.2.3 化工及工业燃料用户n 化工和工业燃料是较稳定的用气大户，其用气不均匀系数变化较小。因此，开展一定数量的工业用户对天然气系统的调峰和平衡用气工况非常有利。化工及工业燃料用户的不均匀系数因根据天然气系统中各工业用户的实践用气情况和规划情况进展统计

38、分析得到。n3.2.4 总用气不均匀系数n天然气供应系统用气总不均匀系数应根据各类用户的用气不均匀系数以及各类用户在总系统中的比例进展计算。 311nininiykYK第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.2.5 调峰储气量n 根据用气量、用气不均匀系数以及气源供气情况可以求得天然气系统季节性调峰储气量。设气源供气量为100，按均匀供气那么月供气量为100/12=8.33，即月供气量为年供气量的8.33%。而用气不均匀系数反映了用气偏离平稳供气的程度。我们可以把用气月不均匀系数换算成月用气百分比。 n n 用气百分比和供气百分比之间的差值即为该月所需求的调峰储气量百分

39、比。各月调峰储气量之和即为储气库的调峰储气量。 %10012iiKx第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.3 系统事故应急气量n 输气系统事故应急气量是指当气源或管道发惹事故时，利用天然气供应系统的才干最大限制地满足下游用户平安用气的量，也称为保安气量。不同性质的用户其事故应急气量的要求不同，因此需求分别加以计算。n 天然气发电的事故应急气量与电网供电系统的负荷备用率、事故热备用率、事故冷备用率以及天然气发电装机容量占电网总装机容量的百分比有关，另外在发惹事故时，供电系统的负荷备用和系统的事故热备用可以承当部分的平安供电量，据此可以求出不可中断的天然气发电机组占系统最

40、大发电负荷的百分比。从而求出天然气发电用户的事故应急气量。 第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定 在管道事故工况下，化工用户的事故应急气量与化工设备的最小平安负荷有关，需求根据用户的实践情况加以统计分析。在没有详细统计资料的情况下，化工设备的最小平安负荷可以按照设备额定负荷的30%40%思索，据此可以求出化工用户的事故应急气量。 对于天然气工业燃料用户，在事故工况下某些用户如：炼钢、陶瓷、玻璃行业等，假设中断供气后会给设备呵斥不可估量的损失，这些企业用户为不可中断的工业燃料用户。在确定工业燃料事故应急气量时要对这部分用户的用气量进展统计，从而确定整个工业燃料用户的事故应急

41、气量。普通说来，不可中断的工业燃料用户占整个天然气工业燃料用户的40%左右。 第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定 城市居民和商业用气为城市燃气的重要组成部分，假设对其中断供气，势必会呵斥非常恶劣的影响。城市居民和商业用气占整个城市燃气用户的60%左右。据此可以求出城市燃气的事故应急气量。 各类用户的保安气量之和即为整个供气系统在一次事故情况下所需求的应急气量。第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n3.4 管道事故工况分析管道事故工况分析n 干线输气管道系统输气中断主要是线路缺点干线输气管道系统输气中断主要是线路缺点引起的。管道事故量与管道本身的可靠

42、度、事引起的。管道事故量与管道本身的可靠度、事故率、事故平均维修时间有关。故率、事故平均维修时间有关。n 3.4.1管道事故率管道事故率n 管道事故是指呵斥输气介质从管道中走漏管道事故是指呵斥输气介质从管道中走漏的任何事件，主要是管道区段的事故。根据管的任何事件，主要是管道区段的事故。根据管道事故的严重程度可将其分为走漏、穿孔和破道事故的严重程度可将其分为走漏、穿孔和破裂。管道事故率是指管道线路部分的可靠性目裂。管道事故率是指管道线路部分的可靠性目的，它并非专门指线路的管子或其它组成单元的，它并非专门指线路的管子或其它组成单元，而是对整个管道线路系统而言的。通常干线，而是对整个管道线路系统而言

43、的。通常干线管道事故率定义为每年每千公里管线上发惹事管道事故率定义为每年每千公里管线上发惹事故的平均次数。故的平均次数。 31110iiiiLn第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.4.2 管道事故继续时间管道事故继续时间n 管道事故继续时间也就管道事故继续时间也就是管道停输时间，是指管道是管道停输时间，是指管道发惹事故导致输气干线管道发惹事故导致输气干线管道被迫截断抢修的继续停输时被迫截断抢修的继续停输时间。它与事故维修程度有直间。它与事故维修程度有直接关系，在数值上等于平均接关系，在数值上等于平均事故维修时间。很显然，管事故维修时间。很显然，管道事故继续时间直接

44、影响储道事故继续时间直接影响储气库应对管道事故所需的储气库应对管道事故所需的储气容积。气容积。n 29.182 .202DTm图3-1 管道事故维修时间与管经关系曲线第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.4.2 管道事故继续时间管道事故继续时间n 我国新建的几条主要输气干线中，陕京线我国新建的几条主要输气干线中，陕京线1998年因年因山洪迸发呵斥的管道破裂事故继续时间为山洪迸发呵斥的管道破裂事故继续时间为66小时；靖西小时；靖西线线1999年也是山洪迸发呵斥一次管道破裂事故，继续时年也是山洪迸发呵斥一次管道破裂事故，继续时间为间为72小时，两条管线的平均事故继续时间

45、为小时，两条管线的平均事故继续时间为69小时。小时。n 世界主要天然气消费和利用大国的实际阅历阐明，世界主要天然气消费和利用大国的实际阅历阐明，管道事故继续时间通常为三天。经过综合分析，结合我管道事故继续时间通常为三天。经过综合分析，结合我国管道事故维修的程度，目前我国管道事故维修时间取国管道事故维修的程度，目前我国管道事故维修时间取为为70小时。小时。第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.4.3 管道事故延滞气量管道事故延滞气量n 当管道发生破裂走漏时，为了便于维修，必然封锁事当管道发生破裂走漏时，为了便于维修，必然封锁事故管段两端的阀门，管道停输，输气延滞。由下

46、式可以故管段两端的阀门，管道停输，输气延滞。由下式可以估算出输气干线管道一次事故的延滞气量。估算出输气干线管道一次事故的延滞气量。 n3.4.4管道事故应急气量分析管道事故应急气量分析n 事故应急气量确实定是输气管道配套地下储气库研讨事故应急气量确实定是输气管道配套地下储气库研讨的重要组成部分，决议着地下储气库的建立规模、消费的重要组成部分，决议着地下储气库的建立规模、消费才干和地面相关工艺设计方案，直接影响输气系统的供才干和地面相关工艺设计方案，直接影响输气系统的供气质量。气质量。n 根据输气管道的的长度、事故概率和计算时间可以求根据输气管道的的长度、事故概率和计算时间可以求出输气干线管道计

47、算时间内能够发生的事故次数。再根出输气干线管道计算时间内能够发生的事故次数。再根据保安气量的要求计算为应对事故时储气库的应急储气据保安气量的要求计算为应对事故时储气库的应急储气容积。容积。meTQq第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.5 储气库库容确实定储气库库容确实定n前面讨论了地下储气库的调峰储气容积前面讨论了地下储气库的调峰储气容积V0和应对管和应对管道事故所需的应急气量容积道事故所需的应急气量容积V3确实定方法，前面提确实定方法，前面提到库容还包括遇到严寒冬季时为确保季节性不平衡所需求到库容还包括遇到严寒冬季时为确保季节性不平衡所需求的天然气气量的天然气气

48、量V1以及思索到季节变化的模拟误差而以及思索到季节变化的模拟误差而需求的贮藏气量需求的贮藏气量V2。这两部分储气库容积和储气库。这两部分储气库容积和储气库垫底容积以及其它无法界定的容积可称为地下储气库的垫底容积以及其它无法界定的容积可称为地下储气库的“灰容积，灰容积确实定过程称为灰容积的灰容积，灰容积确实定过程称为灰容积的“白化。很白化。很显然，灰容积的白化将有助于对地下储气库容积的准确掌显然，灰容积的白化将有助于对地下储气库容积的准确掌握，而确定灰容积是一个比较困难的问题。国外曾经运转握，而确定灰容积是一个比较困难的问题。国外曾经运转的地下储气库的资料阐明，灰容积占整个地下储气库设计的地下储

49、气库的资料阐明，灰容积占整个地下储气库设计容积的容积的15%85%不等，这个范围很大，在实践分析中几不等，这个范围很大，在实践分析中几乎没有多大的意义，可见合理选择设计库容依然需求进展乎没有多大的意义，可见合理选择设计库容依然需求进展深化的研讨。深化的研讨。 第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.5 储气库库容确实定储气库库容确实定n 垫底容积是指为了维持储气库的正常消费所需垫层气垫底容积是指为了维持储气库的正常消费所需垫层气的容积。垫层气系指采气终了后，为维持一定的地层压力的容积。垫层气系指采气终了后，为维持一定的地层压力而留在储气层中的那部分气，此压力应满足最低

50、采气压力而留在储气层中的那部分气，此压力应满足最低采气压力的要求，还能控制地层中底水上升。垫层气量越大，所维的要求，还能控制地层中底水上升。垫层气量越大，所维持的地层压力越高，就能减少采气井井数，并为采出气提持的地层压力越高，就能减少采气井井数，并为采出气提供较高的压力。但随着垫层气量的添加，储气库的有效气供较高的压力。但随着垫层气量的添加，储气库的有效气量相应减少。即储气层任务的有效容积比例相应减少，而量相应减少。即储气层任务的有效容积比例相应减少，而且用于垫层气的费用含垫层气本身的本钱费和注入地层且用于垫层气的费用含垫层气本身的本钱费和注入地层的费用也会添加根据国外统计资料，垫层气量和有效

51、的费用也会添加根据国外统计资料，垫层气量和有效气量的比值为气量的比值为60%140%。 第三章第三章 地下储气库库容量确实定地下储气库库容量确实定n 3.5 储气库库容确实定储气库库容确实定n在确定了储气库的设在确定了储气库的设计库容后，需求根据储计库容后，需求根据储气库以及输气干线系统气库以及输气干线系统的运转参数对整个输气的运转参数对整个输气系统的运转工况进展模系统的运转工况进展模拟仿真，看其能否满足拟仿真，看其能否满足工艺要求。工艺要求。 图3-2 设计库容任务程序天然气地下储气库技术天然气地下储气库技术第四章第四章地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟第四章第四章 地下储

52、气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n 4.1 储气库注采动态数值模拟的目的储气库注采动态数值模拟的目的n 天然气地下储气库注采动态数值模拟是经过天然气地下储气库注采动态数值模拟是经过建立描画储气库气藏中流体渗流过程的数学模型建立描画储气库气藏中流体渗流过程的数学模型，利用计算机进展数值求解，从而展现储气库气，利用计算机进展数值求解，从而展现储气库气藏流体渗流过程，以研讨其变化规律的方法。储藏流体渗流过程，以研讨其变化规律的方法。储气库数值模拟是储气库系统设计和方案优化的重气库数值模拟是储气库系统设计和方案优化的重要前提和内容，经过储气库气藏数值模拟可以分要前提和内容，经过储气库气藏

53、数值模拟可以分析气库储气的历史过程，预测储气库的储存容量析气库储气的历史过程，预测储气库的储存容量，研讨储气库注采的动态特性。，研讨储气库注采的动态特性。n 以枯竭气藏型地下储气库为对象引见数模的以枯竭气藏型地下储气库为对象引见数模的方法和步骤。方法和步骤。第四章第四章 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n 4.2 数学模型的建立数学模型的建立n4.2.1 假设条件假设条件n 为了建立既适宜于枯竭气藏型储气库的实践为了建立既适宜于枯竭气藏型储气库的实践流动情况，又能方便求解的数学模型，我们做如流动情况，又能方便求解的数学模型，我们做如下假设：下假设：n1地下储气库气藏内只存在

54、单相气体渗流。地下储气库气藏内只存在单相气体渗流。n2气藏内渗流过程为等温过程。气藏内渗流过程为等温过程。n3由于地下储气库强注强采的特点，气体流由于地下储气库强注强采的特点，气体流动的速度非常高，特别是压力梯度最高的井筒附动的速度非常高，特别是压力梯度最高的井筒附近，气体流动不再符合达西定律，以为此时流动近，气体流动不再符合达西定律，以为此时流动符合修正的达西定律，即符合修正的达西定律，即Forcheimer关系式。关系式。n4思索岩石各向异性和非均质性。思索岩石各向异性和非均质性。 第四章第四章 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n4.3.2 约束条件约束条件n 在天然气

55、的注采过程中，储气库的压力是在不断变化的。在天然气的注采过程中，储气库的压力是在不断变化的。在向地下储气库注入天然气时，气藏压力不断提高直到到达在向地下储气库注入天然气时，气藏压力不断提高直到到达气藏的最大允许压力。天然气地下储气库的最大允许压力普气藏的最大允许压力。天然气地下储气库的最大允许压力普通控制为气田未开采时的静态压力，即原始地层压力，称为通控制为气田未开采时的静态压力，即原始地层压力，称为PAMP，超越此压力，天然气就能够会溢失甚至发生危险。，超越此压力，天然气就能够会溢失甚至发生危险。在采出天然气时，同样遭到最小压力的限制，对于纯气驱枯在采出天然气时，同样遭到最小压力的限制，对于

56、纯气驱枯竭气藏，这一最小压力是指满足储气库地面集输系统最小集竭气藏，这一最小压力是指满足储气库地面集输系统最小集输压力要求的最小井口压力，称为输压力要求的最小井口压力，称为Pmin井口，低于这一最小井口，低于这一最小压力，注采井所采天然气是无法进入集输系统的。在进展数压力，注采井所采天然气是无法进入集输系统的。在进展数值模拟时，根据井筒井口压力与井底压力的换算关系，可将值模拟时，根据井筒井口压力与井底压力的换算关系，可将井口压力换算成井底压力井口压力换算成井底压力Pmin井底。假设储气库在建造时，井底。假设储气库在建造时，其原始枯竭压力其原始枯竭压力DGJ低于这一最小压力即低于这一最小压力即D

57、GJPmin井底，井底，那么就需求注入一定量的垫底气，以维持储气库的体积和压那么就需求注入一定量的垫底气，以维持储气库的体积和压力。对于定容纯气藏型天然气地下储气库的数值模拟研讨，力。对于定容纯气藏型天然气地下储气库的数值模拟研讨，其主要约束条件是受储气库内平均压力的控制：其主要约束条件是受储气库内平均压力的控制：AMPPtPP)(min井底第四章第四章 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n4.3.3 数学模型数学模型n 根据假设条件和渗流力学实际得到储气库流体质量根据假设条件和渗流力学实际得到储气库流体质量守衡方程：守衡方程：n 将将Forcheimer关系式关系式 代入方

58、程得到模拟的代入方程得到模拟的微分模型微分模型n n 上式是二阶非线性偏微分方程。上式是二阶非线性偏微分方程。 quzuyuxtazyx)()()()(PgraduuuK00)(qPzPkzyPkyxPkxtPPCzyx第四章第四章 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n4.3.4 定解条件定解条件n 数学模型的求解有赖于定解条件，定解条件包括初数学模型的求解有赖于定解条件，定解条件包括初始条件和边境条件始条件和边境条件n1初始条件：由于流动过程为单相气体近似等温流初始条件：由于流动过程为单相气体近似等温流动，初始条件即为初始压力分布。对于储气库储气过程动，初始条件即为初始压力

59、分布。对于储气库储气过程，原枯竭气田采气终止时的压力即为初始压力。对于储，原枯竭气田采气终止时的压力即为初始压力。对于储气库注采气的动态运转过程，储气库注采气开场时的压气库注采气的动态运转过程，储气库注采气开场时的压力压力即为初压。力压力即为初压。n2边境条件：取储气库为封锁边境气藏，即边境条件：取储气库为封锁边境气藏，即 ： 00ABABnPQ或GJtPP000PPt第四章第四章 地下储气库注采动态数值模拟地下储气库注采动态数值模拟n4.4 模型的求解模型的求解n4.4.1 计算方法和步骤计算方法和步骤n 模型方程为二阶非线性方程，采用数值方模型方程为二阶非线性方程，采用数值方法求解。模型求

60、解的步骤如下：法求解。模型求解的步骤如下：n1设达西系数设达西系数=1，此时模型方程为二阶线，此时模型方程为二阶线性方程，求解得到流场内压力分布；性方程，求解得到流场内压力分布； n2根据计算出的压力分布，计算速度分布，根据计算出的压力分布，计算速度分布，进而计算新的进而计算新的值；值；n3运用新的运用新的值解模型方程得到流场内新的值解模型方程得到流场内新的压力分布值；压力分布值；n4将两次迭代的进展比较，如二者的差值大将两次迭代的进展比较，如二者的差值大于规定的误差范围，那么前往第二步，重新计算于规定的误差范围，那么前往第二步，重新计算。 n5反复以上步骤，直到压力分布误差小于规反复以上步骤