储气库技术(1-5)

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2.5×1011m3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。
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1.4 天然气地下储气库建设现状
我国地下储气库的建设远远落后于世界水平,目前建 成的只有两座: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季节不均衡性,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 气不均衡性和保障安全平稳供气为主要目的。
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1.2 天然气地下储气库的作用
调节供气不均匀性的最有效手段;show
提高供气的可靠性和连续性;
提高管线利用系数和输气效率,降低输气成本和输 气系统的投资费用; 能为国家和石油公司提供原料和燃料的战略储备。 在新的石油和凝析油开采区,能保存暂时不可利用 的石油气;对老采油区,有助于提高原油采收率。
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1.7 发展趋势
国外地下储气库建设方面的科技进步还有:采用模块化施工技术, 加快施工进度,降低劳动强度。在气田建设时研制成功的大量施工模 块,其中一部分无需进行大的修改,就可用于地下储气库的建设。研 究各种地下储气库生产过程集约化的理论基础,通过技技术装置改造, 实现生产过程集约化,改善技术经济指标。
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1.6 存在的问题
经济及综合分析问题 我国地下储气库的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 定掉了。剩下的方案经过简单的经济论证就确定了最后 的方案。这种做法有可能会遗漏最优的方案。另外,地 下储气库的影响因素很多,应该权衡各方面的因素进行 综合评价。
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1.7 发展趋势
4)研制开发新的工艺和设备 长期以来,地下储气库地面气体处理方法与气田气体处理方法没有
什么区别。可是地下储气库的采气制度是不固定的,其工艺指标昼夜 间会发生很大变化,由人工进行调整使其优化是不可能的。为了降低 劳动强度,防止在内部和外部指标发生变化时气体采集和处理系统出 现临界操作条件,需研究开发工艺过程的自动控制系统。如:研制出 口压力波动范围大的新式压缩机组;气并成组连接情况下的输入管带 模块;气流方向调节模块;压力和处理量波动范围较大的初级分离装 置;在小流量条件下的再生装置等。
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、 天然气管道输送和城市配气方面的相关理论知识,而地下储气库优 化设计及模拟技术是地下储气库技术的核心。在国外,优化及数值 模拟技术已经成为地下储气库建设必不可少的手段。
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1.5 天然气地下储气库技术研究现状
20世纪70年代,国外开始应用数值模拟来研究地下储气库从 建造到注采动态运行的整个过程,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 类的差异性,提出了相应的数学模型,为储气库的实际运行提供 了理论依据,以达到经济高效地控制地下储气库的目的。
地下储气库技术概述
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1.1 天然气地下储气库技术研究的意义
在天然气工业体系中,天然气储运设施是联系天 然气生产与使用的纽带,是将开采出来并经净化处 理达标的合格天然气提交给用户的不可或缺的中间 环节。
在天然气供应与消费之间,一直存在着可靠、安全、 平稳、连续供气与消费需求量季节、昼夜、小时不均 衡性的固有矛盾。解决这一矛盾的主要措施是实行天 然气储备。
储气库技术(1-5)
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1 天然气地下储气库技术概述 2 天然气地下储气库的选型及库址的选择 3 地下储气库库容的确定
4 地下储气库注采动态数值模拟
5 地下储气库的优化设计
6 地下储气库地面工艺技术
7 地下储气库系统仿真及优化运行 8 相关建议
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第一章
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1.6 存在的问题
未形成完整的理论方法体系,没有制定相关的国家和 行业标准
我国科技人员对储气库技术的研究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 一些研究,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具体的 方法可循,优化运行方面有一些研究但没有得到具体的论证。 没有一本完整介绍地下储气库综合技术的资料,没有形成完 整的理论方法体系,没有制定相关标准,设计显得比较无序。
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1.5 天然气地下储气库技术研究现状
国外目前数值模拟已经成为指导各种类型储气库运 行的重要手段,而且正逐步与经济分析模型和地质力 学模型相结合,通过数值模拟,可以达到在不增加储 气费用的情况下,提高储气库的储存能力及注采应变 能力,建立储气库优化运行模型,从而带来较大的经 济效益。
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1.5 天然气地下储气库技术研究现状
大庆喇嘛甸油田地下储气库从1975投产到90年只采不注, 因此没有进行优化及数值模拟方面的研究。 “八五”期间,华 北油田对北京地区建设天然气地下储气库的可行性进行了研究 ,“九五”期间又承担了总公司重点科技工程项目“天然气地 下储气库注采技术研究”。研究成果对储气库工程的建设具有 一定的指导意义。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 藏数值模拟模型进行了模拟。
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.3 天然气地下储气库的类型
储气库主要有以下几类:
枯竭油气藏型(Depleted Reservoirs) 地下含水层型(Aquifers) 盐穴型(Salt Caverns)
煤矿矿井型(Mines)
溶洞型(Hard-Rock Caverns)
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Figure 3 Types of Underground Storage
我国地下储气库技术的发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设的经验,尽快制定我国 的储气库建设相关标准。
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1.6 存在的问题
地面工程对储气库建设的影响问题 一般气田的开发中,输气系统的建设服从于气田
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,其建设应服从于输配 系统建设的要求,其工作特性受到输配系统工况的 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考虑这种影响。因此,应当将 储气库系统和输气干线系统看成一个整体加以分析。
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1.7 发展趋势
1)用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气
地下储气库总容量中包括工作气(活动气)和垫层气(残余气)两部分。 垫层气的主要作用是使储气库在一次抽气末期保持一定的压力、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,这不仅大大增加了地下储气库的初期投 资,还沉积了大量的“死资金”。以美国为例,1987年美国地下储气库中总
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、中石化中原地区天然气地下储 气库、大张坨三期工程。
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1.5 天然气地下储气库技术研究现状
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, 优化的思想必须贯穿于项目实施的整个过程。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设要求,而且也可以有效降低 工程投资及运行管理费用。
垫层气量达1080亿m3。按天然气矿场平均每$60/1000m3,当年垫
层气长期沉积的资金达64亿美元。
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1.7 发展趋势
1)用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气
因此,美国、前苏联等一些地下储气库比较发达的国家,从上世纪70 年代开始,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代替天然气作储气库垫层气,开展了广泛而大量的 研究工作,并取得了可喜的成绩。
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1.1 天然气地下储气库技术研究的意义
地下储气库容量大,储气压力高,储气成本低, 是当今世界天然气的主要储存方式。天然气地下储 气库已经成为天然气输配系统的重要组成部分,是 季节安全调峰,确保连续平稳供气的重要工程。
随着我国天然气产量的进一步增加以及其在工 业和日常生活中的日趋普遍,完善天然气管网、建 造地下储气库已经成为发展我国天然气工业的紧迫 课题。对地下储气库技术进行研究正是基于此背景 提出来的。
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Figure 4 Development of a Salt Cavern for Natural Gas Storage
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1.4 天然气地下储气库建设现状 自1915年加拿大利用枯竭气藏建成世界上第一个地
下储气库以来,地下储气库已经经历了近90年的发展 历程。目前全世界地下储气库的总容量已经超过 5.0×1011m3。美国、欧洲及前苏联等国家建设了大量 的地下储气库。单美国从上世纪90年代到现在就新建了 近50坐地下储气库,使得其储气库库容总量达到了
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1.5 天然气地下储气库技术研究现状
储气库模拟基本数学模型
三维气流模型 定容无水驱封闭型枯竭气藏。
三维气水置换模型
带水驱的枯竭气藏储气库、地下含水层储气库。
三维气体混合模型
考虑了气体的渗流、注入气与垫底气之间的混合、对流和扩散等问题。
二维气油混合模型
枯竭油藏型,考虑气油两相流动和相互传质问题
减少地下储气库中垫层气量,增大工作气量,用惰性气体作垫层气,已 成为降低地下储气库投资和运行费用的最主要的发展方向。
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1.7 发展趋势
2)实现地下储气库工艺设计统一化和标准化
仅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相同,但在储气 库建设方面它们仍具有一些共同的特性。如为了制订建库方案, 都必须掌握如下一些原始资料:储气库的矿藏类型,生产井和 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的 确定。对各种地下储气库而言,天然气采集、分配和处理工艺 设计上的区别并不在原理上,而在具体构成和设备上。这就为 地下储气库的建设从工艺流程设计到设备选择实现技术方案的 统一化、标准化提供了可能性。
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1.7 发展趋势
2)实现地下储气库工艺设计统一化和标准化
前苏联在这方面得了大量的研究成果,先后为地下储气库地面站的配气、 气体收集与处理、气井产品计量、气体干燥、低温分离等开发出了标准化的 工艺流程,并各自组成一个独立的模块,从而使储气库的建设从个别设计转 到标准化设计上来,使设备由单个制造转为成批生产,最大限度地采用早先 为气田建设新开发的标准技术方寨和工厂整体组装式设备。实现地下储气库 工艺设计的统一化和标准化,可最大限度地减少设计部门之间的协调工作, 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。
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1.7 发展趋势
3)建设生产效率高、可靠性好的气井
建设高气密性气井的施工工艺是提高地下储气库 生产能力的重要条件。目前围绕这一间题的研究课 题有:采用由膨胀水泥制作的不缩水套管柱和生产 套管;采用气密性好的管予和合理的气井结构;研 究既能钻开储层又能避免井底地带泥浆污染的新的 钻井工艺;改进井底施工工艺,采用不含粘土溶液 扩大井底附近地带;研究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,增大工 作气体积等。
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1.1 天然气地下储气库技术研究的意义
我国上世纪90年代开始了大规模的天然气管网建设 工程:陕—京线的贯通、西气东输管道工程的实施,中 原地区天然气管网以及陕—京二线的规划建设将对我国 天然气管网及消费布局产生重大影响。为了解决我国华 东地区、中原地区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下储气库工程。因 此,对地下储气库技术进行研究具有非常重要的现实意 义。
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