1、2022-6-3天然气地下储气库技术西南石油学院西南石油学院 梁光川梁光川专题讲座专题讲座2022-6-32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 地下储气库库容的确定地下储气库库容的确定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行地下储气库系统仿真及优化运行q 8 8 相关建议相关建议2022-6-3天然气
2、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2022-6-34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究的意义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。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、靠
3、、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。盾的主要措施是实行天然气储备。2022-6-35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究的意义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
4、保连续平稳供气的重部分，是季节安全调峰，确保连续平稳供气的重要工程。要工程。 随着我国天然气产量的进一步增加以及其在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、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。此背景提出来的。2022-6-36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究的意义天然气地下储气库技术研究的意义 我国上
5、世纪我国上世纪9090年代开始了大规模的天然气管年代开始了大规模的天然气管网建设工程：陕网建设工程：陕京线的贯通、西气东输管道工京线的贯通、西气东输管道工程的实施，中原地区天然气管网以及陕程的实施，中原地区天然气管网以及陕京二线京二线的规划建设将对我国天然气管网及消费布局产生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
6、重要的现实意地下储气库技术进行研究具有非常重要的现实意义。义。2022-6-37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天然气地下储气库的作用q 调节供气不均匀性的最有效手段；调节供气不均匀性的最有效手段；showq 提高供气的可靠性和连续性；提高供气的可靠性和连续性；q 提高管线利用系数和输气效率，降低输气成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；本和输气系统的投资费用；q 能为国家和石油公司提供原料和燃料的战略能为国家和石油公司提供原料和燃料的战略储备。储备。q 在新的石油和凝析油开采区，能保存暂时不在新的石油和凝
7、析油开采区，能保存暂时不可利用的石油气；对老采油区，有助于提高原可利用的石油气；对老采油区，有助于提高原油采收率。油采收率。2022-6-38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天然气地下储气库的类型储气库主要有以下几类：储气库主要有以下几类：q 枯竭油气藏型（枯竭油气藏型（Depleted Reservoirs）q 地下含水层型（地下含水层型（Aquifers）q 盐穴型（盐穴型（Salt Caverns）q 煤矿矿井型（煤矿矿井型（Mines）q 溶洞型（溶洞型（Hard-Rock Caverns）2022-6-39第一章第一章 天
8、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 Storage2022-6-310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 2022-6-311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设现状天然气地下储气库建设现状 自自19151915年加拿大利用枯竭气藏建成世界上第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一个地下储
9、气库以来，地下储气库已经经历了近9090年的发展历程。目前全世界地下储气库的总容年的发展历程。目前全世界地下储气库的总容量已经超过量已经超过5.05.010101111m m3 3。美国、欧洲及前苏联等美国、欧洲及前苏联等国家建设了大量的地下储气库。单美国从上世纪国家建设了大量的地下储气库。单美国从上世纪9090年代到现在就新建了近年代到现在就新建了近5050坐地下储气库，使得坐地下储气库，使得其储气库库容总量达到了其储气库库容总量达到了2.52.510101111m m3 3的规模。地的规模。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需求量
10、的1/31/3。2022-6-312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设现状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，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不均衡性，天津大张坨地下储气库与陕京输气京输气管道相连，以平衡北京市季节性用
11、气不均衡性和管道相连，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。保障安全平稳供气为主要目的。 我国目前正在规划的储气库包括西气东输配我国目前正在规划的储气库包括西气东输配套工程套工程金坛盐穴储气库、中石化中原地区天然金坛盐穴储气库、中石化中原地区天然气地下储气库、大张坨三期工程气地下储气库、大张坨三期工程。2022-6-313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究现状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
12、实施的整个过的大型工程，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。理费用。 地下储气库技术涉及地质、气藏工程、采气、天然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气
13、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。为地下储气库建设必不可少的手段。2022-6-314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究现状天然气地下储气库技术研究现状 2020世纪世纪7070年代，国外开始应用数值模拟来研究年代，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库和不同流动过程、地质地层以及气
14、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。库的目的。2022-6-315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究现状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储气库模拟基本数学模型q 三维气流模型三维气流模型 定容无水驱封闭型枯竭气藏。定容无水驱封闭型枯竭气藏。q 三维气水置换模型三维气水置换模型 带水驱的枯竭气藏储气库、地下含水层储气库。带水驱的枯竭气藏储气库、地下含水层储
15、气库。 q 三维气体混合模型三维气体混合模型 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。扩散等问题。q 二维气油混合模型二维气油混合模型 枯竭油藏型，考虑气油两相流动和相互传质问题枯竭油藏型，考虑气油两相流动和相互传质问题2022-6-316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究现状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储气库运行的重要手段，而且正逐步与经济分析模
16、型和地质力学模型相结合，通过数值模拟，可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。行模型，从而带来较大的经济效益。2022-6-317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究现状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大庆喇嘛甸油田地下储气库从19751975投产到投产到9090年年只采不注，因此没有进行优化及数值模拟方面的研
17、只采不注，因此没有进行优化及数值模拟方面的研究。究。 “ “八五八五”期间，华北油田对北京地区建设天然期间，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，气地下储气库的可行性进行了研究，“九五九五”期间期间又承担了总公司重点科技工程项目又承担了总公司重点科技工程项目“天然气地下储天然气地下储气库注采技术研究气库注采技术研究”。研究成果对储气库工程的建。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
18、拟模型进行储气库的影响，采用了凝析气藏数值模拟模型进行了模拟。了模拟。2022-6-318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 存在的问题存在的问题q未形成完整的理论方法体系，没有制定相关的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
19、区域供气系统调峰储气量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。有制定相关标准，设计显得比较无序。 2022-6-319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 存在的问题存在的问题q经济及综合分析问题经济及综合分析问题 我国地下储气库的论证
20、主要还是在技术上可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。素很多，应该权衡各方面的因素进行综合评价。 2022-6-320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 存在的问题存在的问题q地面工程
21、对储气库建设的影响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。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因此
22、，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。个整体加以分析。 2022-6-321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 发展趋势发展趋势1 1）用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气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。迄层水流动等
23、。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，还沉积了大量的大增加了地下储气库的初期投资，还沉积了大量的“死死资金资金”。以美国为例，。以美国为例，19871987年美国地下储气库中总垫层年美国地下储气库中总垫层气量达气量达10801080亿亿m m3 3。按天然气矿场平均每按天然气矿场平均每$60/1000$60/1000m m3 3，当年当年垫层气长期沉积的资金达垫层气长期沉积的资金达6464亿美元。亿美元。2022-6-322第一章第一章 天然气地下储气库技术概述天然气地
24、下储气库技术概述n1.7 发展趋势发展趋势1 1）用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气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，从上世纪国家，从上世纪7070年代开始，就如何减少储气库中的垫年代开始，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。研究工作，并取得了可喜的成绩。 减少地下储气库中垫层气量，增大工作
25、气量，用惰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。用的最主要的发展方向。2022-6-323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 发展趋势发展趋势2 2）实现地下储气库工艺设计统一化和标准化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
26、有一些共同的特性。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：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、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。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、分配和处理工艺对各
27、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。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。现技术方案的统一化、标准化提供了可能性。2022-6-324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 发展趋势发展趋势2 2）实现地下储气库工艺设计统一化和标准化）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，先后为地下前苏联在这方面得了大量的研究成果，先后为地下储气
28、库地面站的配气、气体收集与处理、气井产品计量、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
29、大限度地减少设计部门之间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。度，缩短建库周朔，提高建库质量的重要措施之一。2022-6-325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 发展趋势发展趋势3 3）建设生产效率高、可靠性好的气井）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气库生产能力的重要条件。目前围绕这一间题的
30、研究课题有：采用由膨胀水泥制作的不缩水套管研究课题有：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。到圈闭层外，增大工作气体积等。2022-6-326第一章第一章 天
31、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 发展趋势发展趋势4 4）研制开发新的工艺和设备）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，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防止在内部和外部指标发生变化时气体采集和处理系统
32、出现临界操作条件，需研究开发工艺过程的自动控制系出现临界操作条件，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；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。条件下的再生装置等。2022-6-327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 发展趋势发展趋势 国外地下储气库建设方面的科技进步还有：采用模国外地下储气库建设
33、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。造，实现生产过程集约化，改善技术经济指标。 我国地下储气库技术的发展主要是在消化吸收国外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，
34、总结我国地下储气库建设的经验，尽先进资料的同时，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。快制定我国的储气库建设相关标准。2022-6-3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2022-6-329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 地下储气库的选型地下储气库的选型2.1.1枯竭气藏型枯竭气藏型 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，其主要优点如下：1）有盖层、底层、无水驱或弱水驱，具备良好的封闭条件，密闭性好，储气
35、不易散溢漏失，安全可靠性高。 2）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，有完整成套的成熟采气工艺技术。3）不需或仅需少量的垫底气，一般调峰工作气量为注气量的7090，注入气利用率高。 2022-6-330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，虽具备了枯竭气藏型的部分优点，但缺点也较为突出，首先需把部分油井改造成天然气注采井，原油集输系统也要改为天然气集输系统；其次随同采气必然会携带出部
36、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、试采运行，检验、考核费用较高。 尽管存在上述缺点，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。 2022-6-331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，并非都有适于建设地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设地下储气库。在含水层中建库的方法是，将岩层孔隙中的水排走，并在非渗透性的含水层盖层下直接形成储气场所。在水层边部利用老井，或新打若干口监测井定期测井、探测气水界面的变化，分析
37、天然气驱水移动状况，以便确定含水层气库边界范围及天然气在水层漏失量、气库运行参数和运行状况。 2022-6-332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 适合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，有完整封闭的地下含水层构造，无断层。含水岩层有一定孔隙度、渗透率，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。 3）含水岩层埋藏有一定深度，能承受一定的注气能力，与城市生活用水等水源不相互连通。 2022-6-33
38、3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 利用含水层建造储气库存在的不利因素是，勘察、研究选库工作难度大，工作量大，时间长，需钻一定数量的注采井、观察井；需建设完整的配套工程，投资运行费用高；气库需要一定的垫底气，垫底气量一般是气库储气量的3565（一般取50%）；储气量、调峰能力较枯竭油气藏小。 2022-6-334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 对于周围缺乏多孔结构地下构造层的城市，特别是在具有巨大的岩盐矿床地质构造的地区，将天然气储存在地下含盐岩层内，在短期内实现提供高
39、容量的储备，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。 2022-6-335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 盐穴储库的特点是，单个岩盐空间容积大，最大可达500104m3以上，储气量可达1108m3，开井采气量大，调速快，调峰能力强，储气无泄漏。与其它地下储存方式相比，虽然建库的投资成本较高，天然气有效容积相对较小，但产气能力相对较高，注气时间短，垫层气用量少。我国为解决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的大型地下储气库拟建在
40、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。 2022-6-336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；缺点是通常矿井有裂缝发育，密封性差，高压注入天然气易漏失，易导致灾害发生，安全性差。因此需做较长时间的试注、观察和监测，建库周期长，经营运行成本高。 2022-6-337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地下储气库库址的选择 地下储气库是最为理想的季节调峰
41、储气设施。建造地下储气库的基本条件是：地下有合适的储气岩层，该岩层具有足够的孔隙度（15%）和渗透率（50毫达西），天然气能够按设计的速度、压力进入岩层和从岩层中采出，且能够容纳设计要求的储气量；在储气库的上部应有不渗漏的盖层，盖层与储气层之间形成完整的构造，以防止储存的天然气向上部运移、渗漏，造成储气损失；储气层应是垂直倾斜的或向上隆起形成背斜构造，以防止气体的水平运移造成储气损失；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，太浅无法承受压力，太深则储气压力过高不经济。 2022-6-338第二章第二章 地下储气库选型及库址的选
42、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地下储气库库址的选择 在相同的地质构造条件下选择库址，应进行全面技术经济分析和各种方案比较。从经济上考虑，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，常常会在一定范围内影响到深含水层，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，同时应尽量建在用户区主风向的下游。若采用情性气体作垫层气，还要考虑惰性气体的气源问题。此外，钻井、地面设施与输配系统的连接等所需的投资规模也应考虑。前苏联学者认为，距离城市用户超过200km是
43、不适宜建造储气库的，罗马尼亚学者认为50km为宜。 根据国外从储备能力和经济效益考虑的建库经验，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过1000m。2022-6-3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的确定地下储气库库容量的确定2022-6-340第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.1 地下储气库有效库容的组成地下储气库有效库容的组成 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要的储气容积。因此，确定储气库的库容量是规划设计以及优化运行储气库的基础和前提
44、。 确定储气库的有效库容量首先要知道储气库必须满足的功能要求，即：设计一个储气库的目的是什么？其所要完成的任务是哪些？2022-6-341第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定一般而言，地下储气库所要求的有效储气量应由下列因素确定：（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，为确保季节性不平衡所需要的天然气量V1。（3）在用户区内，考虑到季节变化的模拟误差而需要的储备气量V2。（4）在供气区内，当天然气管道系统发生事故而造成供气不足时所需要的应急储气量V3。在设计储气库库容时一般只考虑V
45、0和V3。2022-6-342第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.2 季节性调峰储气量季节性调峰储气量 调节燃气季节供需不平衡，保证供气高峰用户的需要，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生产工况，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距离输气干线和设备均衡运行，以提高管线和设备的利用率，故对于建设有地下储气库系统的天然气生产系统，气源和输气干线系统的工况变化不大，一般在确定储气库库容时可以按照稳定生产和供气考虑。因此，确定季节性调峰储气量时主要考虑下游用户的用气工况。不同类型的用户其用
46、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相同。在确定储气库的调峰储气量时必须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。2022-6-343第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.2.1 城市燃气用户城市燃气用户（1）特点）特点：用气不连续、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。（2）不均匀系数的确定）不均匀系数的确定：用气的波动情况用用气不均匀系数来衡量。其确定步骤如下 1）确定各个城市每月的用气量； 2）根据城市总用气量确定该城市各月的不均匀系数； 3）根据各城市的在总用气中的比例
47、确定总的不均匀系数。 121121iijijijyykjjijibkk2022-6-344第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.2.2 天然气发电用户天然气发电用户 天然气发电用户的用气工况除了受气温因素影响外，其主要受天然气电站的用途的影响。一般来说，发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高峰。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，对于夏季用电高峰，由于此时处于丰水期，发电量充沛，需要的调峰量相对较小，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，
48、天然气电站主要用作冬季用电高峰的调峰，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高峰均需发挥调峰作用，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。 2022-6-345第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定 西气东输储气库天然气发电用户不均匀系数 中原地区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），而中原地区天然气调峰电站不均匀系数具有两个峰值（
49、冬季和夏季）。 1234567891011121.31.31.31.01.00.630.630.630.631.01.31.31234567891011121.331.331.01.00.670.671.331.330.670.671.01.02022-6-346第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.2.3 化工及工业燃料用户化工及工业燃料用户 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，发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十分有利。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际用气情况和规划情况进行统计分析得
50、到。3.2.4 总用气不均匀系数总用气不均匀系数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行计算。 311nininiykYK2022-6-347第三章第三章 地下储气库库容量的确定地下储气库库容量的确定n3.2.5 调峰储气量调峰储气量 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，按均匀供气则月供气量为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。 用气百分比和供气百分比之间的差值即为该
