地下储气库地面工程工艺设计的原则

地面工程工艺设计的原则
地下储气库地面工程的工艺设计，除应遵循天然气储运设计的一般原则外，还应强调三点：
1．将地下储气库作为一个子系统放在整个天然气输配的大系统中，根据总投资和总消耗功率相对最低的原则，优选大系统中各环节间相互制约的基本参数和储气库地面工程的流程形式。

如果在已建或部分建成的输配气系统中新建地下储气库，则应与已建部分尽可能协调一致。

2．地下储气库的地面工程必须与所处地层的勘探、开发、监测和动态分析密切结合，切实做到“地上适应地下”。

地面工程设计必须以可靠的地质资料为依据，而“看不见，摸不着”的地层情况需要在工程投产后，通过生产实践和对地层的监测、分析来检验和修正。

储气层所能承受的最大注气压力及最大库容量等基本参数需要经过一定的注采周期才能确定，所以储气库的地面工程常分期建成，一期工程带有探试性(设计的“库容量”约为理论最大“库容量”的70％左右)，经试注采，取得必要的数据后，再决定是否上二期工程，原订的设计规模是否需要调整……。

在工程设计中必须考虑到保护地层，即天然气注入地层前必须经过净化处理，以免将润滑油和其它杂质带入地层中，影响地层渗透率。

由于地下储气库地面工程常分期建设，设计中必须充分考虑近期工程与远期工程的结合。

在—期工程的总图设计中，必须为二期工程预留场地；在流程设汁中，要考虑前后的衔接和统一。

下文将什对建在衰竭气藏中的地下储气库讨论其基本参数和流程形式的选择。

基本参数的选择
最大注气压力
因此在确定最大注气压力时，既要充分利用储气层的储气能力，又要保证储气层圈闭的密封性。

在井口处的最大注气压力可参考以下经验数据：可取与储气层平均深度等高的水柱静压头；当有5m以上厚度的粘土盖层时，可以取这个水静压头的1.3—1.5倍。

②可取储气层的原始压力或原始压力的1.15—1.2倍。

而根据国外的经验，实际最大注气压力和相应的最大储气容量应通过注气的实践才能确定。

在地下储气库投运的前几个注采周期内，“最大”注气压力一般取最大允许压力理论值的70％左右，通过几个注采周期，在观测、分析和评价储气层圈闭的密封性的基础上，再确定最大注气压力以及相应的最大储气容量。

2．最低采气压力及其有关参数
最低采气压力与储气层的最低压力是一致的，它与下列参数密切相关。

(1)气垫气量和有效气量
气垫气是指采气结束后，为维持一定的地层压力而留在储气层中的那部份气，这个“一定的压力”应能满足最低采气压力的要求，还能控制地层中底水的上升；有效气则指每年注入储气库，并从中采出的那部分天然气，又称工作气。

气垫气量越大，它所维持的地层压力越高，就能减少采气井井数（因总供气量一定），并为采出气提供较高的压力能，但随着气垫气量的增加，储气库的有效气量就相应减少，即储气层工作的有效容积相对减少，而且用于气垫气的那部分费用(含气垫气本身的成本费和注入地层的费用)也会增加。

根据国外的统计资料，气垫气量和有效气量的比值约为60％——140％(V／V)。

(2)采出气外输压力
采出气外输压力主要取决于“外输需要”，能克服储气库与输气干线之间连接管道的库阻，并能克服“节点”处的压力，将天然气压入干线。

而这个管道的摩阻和“节点”处的压力部可以随设计条件而变化，所以在确定外输压力时，应该(也有可能)兼顾最小采气压力取值。

当外输距离不太长时(包括储气库至输气干线的“节点”，“节点”至城市门站或供配气站)，应使最小采气压力高于外输压力，利用地层压力将采出气输进输气干线；当采出气输距离很长，需要设置压缩机，通过增压来达到必要的外输压力，外输压力、最小采气压力应与压缩机合理的压缩比相匹配。

(3)采气井井数
采气井井数取决于储气库的日供气量和单井产气量。

前者由整个输配气系统的供、需物料平衡来确定，后者则与采气压力密切相关。

显然采气压力越高则单井产量越高，在总供气量—定的前提下，采气井井数就可以减少，钻井费用、井场及气井管网设施的投资均可相应减少，但最小采气压力是靠气垫气来维持的，要减少采气井井数就得增加气垫气量，所以采气井井数同最小采气压力—样，与气垫气量之间存在着相互制约的关系。

3．压缩机的压缩比
在地下储气库地面工程中，用于天然气增压的压缩功是最大的动力消耗。

适宜的压缩比对节能降耗和合理分配压缩级数都很重要。

一般地下储气库都设置注气压缩机。

井口处的最大注气压力是由地层的特性决定的，由这个压力可以推算注气压缩机出口压力。

在“出口”压力一定的前提下、只能通过优选“入口”
压力来确定适宜的压比。

压缩机入口压力与输气于线至储气库的节点处“管压”相对应，节点处的“管压”既要与输气干线系统协调一致，又要兼顾注气压缩机合理的压缩比。

在多数情况下输气干线与储气库之间通过单线连接，在采气周期这个接点处的压力就左右着采出气的外输压力，也影响着“最小采气压力”。

综上所述，地下储气库的最高注气压力，最大注气容量、最小采气压力、气垫气、有效气、注采井井数、注气周期的进库压力和采气周期的外输压力等基本参数是互相关联、互相制约的，它们与输配气的大系统也直接或间接地发生联系，应将地下储气库放在天然气输配的大系统中，统一考虑总投资和总消耗，优选一组相互协调的参数。

而参数的优选，是离不开具体流程的。

1．注气流程
地下储气库的注气流程有以下两种基本形式
只有当储气库与输气干线连接处的管压高于最大注气压力时，才能不设注气压缩机，显然，在大多数情况下是需要设注气压缩机的。

当储气库与输气干线的
增压站相距不远时，可考虑将注气压缩机放在增压站，与增压站共用水、电等配套工程，以简化储气库流程和整个输配系统的投资。

压缩后的天然气必须冷却(注：高温气体直接注入，会在气井套管和周围水泥层之间引起不均衡的温度应力)、净化，前苏联常采用四级净化，最后使l 000m3天然气中润滑油含量在0.4一0.5g之间。

冷却净化流程如图3所示。

2．采气流程
地下储气库的采气流程有两种基本形式。

(1)完全依靠地层的压力将采出的天然气输至输气干线，如图4所示。

2)靠地层压力和外输气压缩机将采出气输至输气干线，如图5所示。

两种流程的差别在于是否设计外输气压缩机。

在多数情况下，很容易做到最低采气压力高于外输所需压力，可不设外输气压缩机。

在下列条件下应设外输气压缩机：①输气干线的管压很高，采出气如果单靠地层压力外输则要求过多的气垫气量；②需要深度回收采出气中的天然气凝液，采用压缩——膨胀机制冷，
3．采出气的净化流程
处理以净化为主要目的，回收天然气凝液只是附带的。

因为注入地下储气库的天然气来自输气干线，而气体在进入干线之前凝液已经被回收了。

对于建在枯竭气藏中的地下储气库，在注采开始的几个周期内由于保留了原气藏中的气，采出气中重组份较多，但呈逐渐减少的趋势，是否需要专门设置回收凝液的装置，应通过全面的经济技术对比。

还可配合地面工程的分期建设，在一期工程中设置一些活动式的简易装置(比如橇装式的辅助制冷设施。

)在二期工程中再斟倩拆除或完善。

只有少数地下储气库，采出气气量大且重组份含量多(如建在气源附近，注入气未经深度处理的地下储气库；油田开发初期，为储存伴生气而建的储气库)，才需要设置专门的凝液回收装置，比如采用：“压缩一膨胀机制冷”，将采出气进行探冷分离。

采出气的净化宜采用自然冷却与节流膨胀致冷相结合的冷冻分离法，使天然气中的水蒸汽和重烃在较低的温度下部分冷凝并分离(图6)。

此流程的优点是；①能使外输气的水露点和烃露点均达到管输要求，而“甘醇吸收法脱水”只能达到水露点的要求。

②在空冷器入口注入水合物抑制剂(甘醇类溶液或者甲醇)，可以充分利用“自然冷源”。

采气周期一般在冬春季节，气温较低，冬天空冷器出口温度可以低于外输管线埋地处的土壤温度。

②经过“空冷”的天然气，利用采气压力与外输压力之间的“自由压差”节流膨胀致冷，只需要较小的压差即能达到“净化”要求的低温。

④流程灵活。

如果最低采气压力与外输压力之间的区差太小，在采气后期“节流”产生的低温不能满足干气的露点要求，可在空冷器入口喷入雾状的浓度较高的甘醇溶液，则可起到“吸收脱水”的作用。