天然气调峰与地下气库

一、地下储气库
地下储气库是将从天然气田采出的天然气重新注如入地
下可以保存气体的空间而形成的一种人工气田或气藏。 天然气具有热值高、环境污染小和经济效益高等方面的 优点，但由于天然气生产和消费的特殊性，在天然气的供应 和消费之间存在着可靠、安全、平衡和连续供气与消费需求 量在时间上不均衡的固有矛盾 储气库作为一种安全供气、调峰的手段和方法，目前被 世界各国开发利用天然气时所广泛采用，它可以很好的解决
用途
季节调 峰与战 略储备
含水层
原始饱和水 的孔隙性渗 透地层
由注入气体把 原始液体加压 并驱动
储气量大
勘探风险大， 垫气不能完 同上 全回收 卤水排放处 理困难，有 可能出现漏 气 易发生漏气 现象，容量 小
盐穴
废矿
利用水溶形 成的洞穴 采矿后形成 的洞穴
气体压缩挤出 卤水 充水后用气体 压缩挤出水
3.3～5.8
40～50 400～500
高压管网储气
300～400
与其它各种储气调峰方式的建设投资比较，利用地下储 气库储气最为经济，其中又以建设枯竭油气藏地下储气库 建设投资最低。
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2 基本类型
（3）盐穴地下储气库：在地下盐层或盐丘中利用水溶开采方 式形成地下洞穴并储存油气。
（4）矿坑及岩洞地下储气库：利用废弃的采矿洞穴改建的地 下储气库或在山体中开凿的岩洞建设的地下储气库。
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– 目前世界上有盐穴储气库共44座，占地下储气 库总数的7.9%。 – 西气东输金坛储气库，即为盐穴型地下输气库。
• 结论：
– 显然，在城市内通过建设球罐或高压管网等方 案来调峰，比地下储气要耗费更多的建设资金。 – 因此应该在高压输气干管的附近（小于200公 里），建有足够容量的地下气库，争取在城市 内不建调峰设施是上下游投资和操作最优化地 解决调峰问题的合理方案。
– 为了使上中游建设足够的地下储气库，并通过 下游的用气要求合理编制天然气的产量和供气 计划的措施来保证用户用气，下游用户必须提 供一年之中的月、日、小时的用气量，这样的 资料或曲线完全可以通过不同用户实际资料的 积累，通过迭加、整理而得到。 – 地下储气库按照下游提供的资料和曲线，预先 编制气库运行计划，以满足城市的所有调峰要 求。
2 基本类型
（2）含水层构造：利用地下密闭的含水层构造通过注气驱水
形成人造气藏。
泥岩盖层 砂岩储层
水层
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• 盐穴储气库
– 盐穴储气是在地下盐层中通过水溶解盐，形成 的空穴来储存天然气。 – 从规模上看，盐穴储气库的容积远小于枯竭油 气田型和含水层型储气库，单位有效容积的投 资费用大，成本也高，卤水销路也有问题，而 且溶盐建库需要花费几年的时间。 – 但盐穴储气的优点是储气库的利用率较高，注 气时间短，垫层气用量少，需要时可以将垫层 气完全采出。
• （4）高压储罐
– 利用天然气进出高压储罐的压差进行储气
特点： 最大设计压力为1.57MPa 球罐罐容常在1000～10000米3之间 高压球罐储气技术在国内外均已成熟
• （5）管道储气
– 管道储气实质上是一种高压管式储气罐。 特点： 它可以充分利用较高的天然气来气压力和城市外环管 网的压力，既作输气又作储气。
• 国外天然气供气经验：
– 调节季节和月份的不均匀性：
• 建设地下储气库
– 平衡日、时的供气不均匀：
• 高压输气管网中的末端储气
• 地下储气库：
• 满足季节调峰。 • 当距离城市较近时，还可以用作短期调峰，平衡小 时不均匀性。
• 结论 保证不间断安全供气的有效措施：
– 建立足够的地下储气库容量
供气的不稳定性与安全平稳供气要求之间的矛盾。
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一、地下储气库
天然气地下储气库的出现基于两个事实：
一是天然气工业有较大的发展；
二是天然气的用户有较大的增加。
目前为止，天然气地下储气库的发展已将近
一个世纪，并已逐渐形成一门独立的学科。
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一、地下储气库
地下储气库的作用主要有：
1）安全供气。供气系统的维护与维修及管线不可抗 力的毁损在所难免，充沛的气源可保证安全应急供气； 2）平稳供气。满足年调峰、季节调峰、日调峰的波 动需求；
• 缺点：
– 建设费高 – 运行费用也较大，折合每米3天然气大约需要3元多钱， – 一般城市是无法采用的。
• （3）充分利用缓冲用户，削减城市的峰谷差
– 发展工业用户，提高工业用气量的比例。 – 大力推广在夏季城市低峰时使用溴化锂直燃机空调装 置。 – 实行低谷价的经济杠杆办法来减弱峰值，调节用气量。
• 气源为人工煤气、液化气时：
– 气源、输配管网以及用户都由各城市独立管辖， 统一调度。 – 城市不均匀的稳定供气，则由城市自身的调峰 来解决。
• 各城市建设一定数量的调度气源 • 建有足够容量的储罐来解决调峰问题 • 各自为政，自成体系。
• 气源为天然气时：
– 系统由上游（气井），中游（长输管道）及下 游（用户）有机组成。 – 它们分属不同公司，由不同部门管辖。 – 天然气的调峰，需要整个供气系统统一研究， 协调解决。
• 由天然气供气的上中游为主来解决下游所 需的供气调峰的优势：
– 从整个供气系统来讲，是经济、合理的。
– 可以避免城市各自相应建立各种调峰应对措施， 既费时又不经济。
城市为解决调峰问题，目前常采用的措施有： • （1）设置城市机动备用气源 考虑到与天然气的互换性，适合的气源装置有：
• 液化石油气混空气 • 轻油制气设施 • 重油制气设施等
• 美国地下储气库的工作气量相当于年耗气量的 20%左右，相当于民用和商业用气量的1/2。 • 独联体地下储气库有效工作气为年消费量的10%。 • 加拿大的工作气量占年消费量11%。 • 西欧地下气库储量相当于45天的耗气量。 • 法国则储存了相当于110天的耗气量。
• 由于上述这些国家建有充分的地下气库的 容量，加上发达的管网输配系统和多气源 点的供气，他们的供气调峰自然都不成问 题。
地下储气库的类型
• 枯竭油气田型地下储气库
– 在枯竭的气层或油层中建立地下储气库是世界 上最常用，最经济的地下储气形式。 – 造价最低、运行可靠，是地下储气库的首选。 – 目前全世界共有枯竭油气田型地下储气库425 座，占地下储气库总数的76.7%。
（1）废弃油气藏：利用原有的已经枯竭的油田或气田改建，是 最容易建库的一种类型。
管道储气能承受比球罐更高的压力，有利于增加其储气 能力。
• 从上述几种城市调峰措施来看，都需要花 费较多的投资，有的还要占用城市的土地。 • 比较一下地下储气和其它储气方式的投资 费用
地下储气和其它储气方式的投资费用
储气方式 地 下 储 气 盐穴储气 液化天然气（LNG）储存 高压球罐储气 高压管网储气 3.3～5.8 40～50 400～500 300～400 枯竭油气田 含水层储气库 投资费用（元/米3工作气或储气量） 0.4～2.1 2.5～4.2
油气藏 494 77.92%
各种类型地下储气库数量及所占比例
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• •
过去的30年是地下储气库迅速发展的30年 欧洲和中亚的储气库带动世界储气库工业的发展
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不同储气方式投资对比表
储气方式 枯竭油气田 地下 储气 含水层储气库 投资费用（元/米3储气量） 0.4～2.1 2.5～4.2
盐穴储气
液化天然气（LNG）储存 高压球罐储气
– 发挥高压长输管道的储气能力
• 《城镇燃气设计规范》2002年局部修订条 文中5.1.3A及5.1.4条规定，采用天然气做 气源时：
– 平衡城镇燃气逐月、逐日的用气不均匀性，应 由气源方（即供气方）统筹调度解决。 – 平衡小时的用气不均匀所需调度气量宜由供气 方介决，不足时由城镇燃气输配系统解决。
件限制数量较少。 目前，世界上共建有地下储气库约634座，总工作气 量约 3400亿方，共有气库采气井 23000 口。世界用气量 约23000亿方，其中约15%由地下储气库进行调节。
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截止2002年
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废矿坑 4 0.63% 盐穴 61 9.67%
缺点： 装置复杂 费用昂贵
• （2）天然气液态储气
在常压下，当天然气温度降至-161℃时，液化并 储存于贮罐中。
1米3液化天然气气化后可生成600米3的天然气。
• 上海建成的液化天然气事故储存站
– – – – 储存液化天然气2万米3， 可形成1200万米3天然气事故供气规模， 保证上海浦东地区10～12天的用量 投资4.8亿元
欧美国家都在不断加大储气库的建设力度 , 增大储
气量 , 除了常规的调峰应急外 , 已经开始研究建立天然 气的战略储备。美国已经就长输管网地下储气库建立
相关的法律加以约束,欧洲国家也有立法的趋势。
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1 国外地下储气库现状
目前在全世界范围内已建的储气库主要以枯竭油气
藏和含水层建库为主，而利用盐穴、废弃矿坑建库因条
• 结论：建造地下气库是天然气技术发展的必由之 路。
虽然建设地下气库需要很多资金，但如将其与高压输气管 网统一考虑，与不建地下储气库方案比较，可使输气管道 和压气站的投资节省20～30%，使输气成本降低15%～ 20%。
如果把上中下游作为整体来考虑，则通过建立地下储气库 与由城市建高压球罐等方案相比较，经济和社会效益更加 可观。
不同类型储气库技术对比
类型 枯竭 油气藏 储存介质
原始饱和油 气水的孔隙 性渗透地层
储存方法
由注入气体把 原始液体加压 并驱动
工作原理
气体压缩膨胀及 液体的可压缩性 结合流动特点注 入采出 气体压缩膨胀及 液体的可压缩性 结合流动特点注 入采出
优越性
储气量大， 可利用油气 田原有设施
缺点
地面处理要 求高，垫气 量大，部分 垫气无法回 收
3）对大型长输管道的补充；
4）战略储备； 5）进行商业运作，可获得良好的经济效益。
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1 发展历程
1915：加拿大首次在安大略省WELLAND气田实验储气
1916：美国在纽约BUFFALO附近的ZOAR的枯竭气田利用气层
储气 1954：美国在CALG的纽约城气田首次利用油田储气
1958：美国在肯塔基首次利用含水层储气
40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 俄罗斯 美国 德国 法国 22% 16% 15% 28%
33% 26%
奥地利
意大利
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1 国外地下储气库现状
由于地下储气库在调峰和保障供气安全上具有不可 替代的作用,因而地下储气库的建设受到许多国家的重 视,天然气生产和消费大国都把地下储气库的建设作为 整个天然气上下游一体化利用的一个重要组成部分进 行总体规划。
1959：前苏联建成第一个盐层地下储气库 1961：在美国首次利用盐穴储气 1963：在美国克罗拉多DENVER附近首次利用废矿储气 目前：各种类型储气库均针对性的使用
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2.国外地下储气库建设情况
• 目前全世界已建设地下储气库共554座 • 分布在美国、加拿大、法国、德国、意大利及独 联体等国 • 储存能力达到5020亿米3 • 工作气量达到2434亿米3，相当于全世界年耗气量 的11%，或民用和商业用气量的44%。
天然气调峰与地下气库
1.城市燃气的调峰要求
• 在天然气不同类型的用户中（城市、发电、 工业、化工等），以城市燃气的供气不均 匀最为显著。
• 城市在一年中不同的月份，每月中的不同 日期以及每日中不同小时中的燃气供气量 并不是均衡不变，而有较大变化。
• 为满足供气平衡，解决随月、随日、随时 的变化，必需要有足够的调峰措施。
泥岩 盖层
油气 层
砂岩 储层
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• 含水层储气库
– 含水层储气库是仅次于枯竭油气田的另一种大 型地下储气库型式。 – 目前全世界这种类型的储气库共有82座，占地 下储气库总数的14.8%。 – 在含水层中建库的方法是，用高压气体注入含 水层的孔隙中，将水排走，并在非渗透性的含 水层盖层下直接形成储气场所。
气体压缩与膨胀
工作气量比 例高，可完 全回收垫气 同上
日、周、 季节调 峰 同上
气体压缩与膨胀
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1 国外地下储气库现状
欧洲天然气月度产量变化曲线
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1 国外地下储气库现状
目前全球范围内地下储气库已经成为调峰和应急的主要 方式，储气库工作气量占总消费量比例平均为 15% 左右， 美国 16% ，俄罗斯 22% 。中石油应急调峰能力非常薄弱， 2008年底储气库工作气量约17亿方，不到总商品气量的3%。