1、 一、基本概念一、基本概念二、国内外地下储气库垫层气的研究现状二、国内外地下储气库垫层气的研究现状三、惰性气体的来源与工作气的混合特征三、惰性气体的来源与工作气的混合特征四、四、CO2埋深作地下储气库垫层气的可行性埋深作地下储气库垫层气的可行性五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解1.垫层气的定义垫层气的定义 天然气地下储气库需要垫层气来维持储库一定的压力和容积，以抑制地层水流动，防止水体侵入和保证储库工作的稳定性，垫层气是地下储气库中储气量的一部分，在储气库调峰运行注采操作过程中不被采出。垫层气定义为：储库正常运行期间，达到预期规定回采量时，储气库内
2、剩余气体称为垫层气。2.垫层气的构成垫层气的构成地下储气库总垫层气量可分为两部分：（1）基础垫层气量）基础垫层气量 储气库压力降低到无法开采时，储气库内残存天然气量，称为“死气”，由气体吸附，相弥散和毛细管堵塞等原因引起。确定不可回收垫层气量的两个基本因素：水侵率和枯竭时的储库平均压力。不可回收的垫层气量无法开采，在储库建设中被称为基础垫层气量。（2）附加垫层气量）附加垫层气量 基础垫层气量基础上，为保证采气井能达到最低设计产气量所需增加的垫层气量。若储库运行最低压力值升高或降低，附加垫层气量将增多或减少。3.垫层气的作用垫层气的作用 垫层气的主要作用：（1）给储库提供能量，使储气库在采气末期
3、也能维持一定地层压力，从而保证调峰季节从储气库采出所储存的气量，以满足向用户地区输气的条件。（2）抑制地层水流动，防止水体侵入储气库，保证储库工作稳定性。（3）提高气井产量，减少天然气在压缩机站的压缩级数。储库设计中，要正确确定垫层气量和有效气量：垫层气量越大，所维持储气库地层压力就会越高，所需采气井数目就越少，但随垫层气量增大，储库的有效注采工作气量就要相应较少，整个储气库生产能力就会降低，采收率大为降低，储气成本增大。决定储气库中垫层气量的因数：储层深度、地层物质物理参数、地层厚度、储气库运行制度、气井运行工艺制度及抽气结束时井口气压等。4.惰性气体替代天然气作垫层气惰性气体替代天然气作垫
4、层气 惰性气体作垫层气的优点有：（1）替换出天然气供用户使用。（2）节省有价值的天然气，否则这部分天然气将被浪费掉。（3）如将采出的天然气以市场价格售出，那么公用事业的消费者和股东能共享目前天然气市场价格与最出入库时的价格之差。不能选用惰性气体作为垫层气的储气库：不能选用惰性气体作为垫层气的储气库：（1）总容积小于850010m3。（2）注采井和观察井少于10口。（3）储层有天然气裂缝。假设用惰性气体代替20%的垫层气，且惰性气体价格是天然气的一半，那么容积850010m3的储气库用惰性气体作为垫层气的最大经济效益是30万元，数额不足以支付数据采集，工程分析和储层模拟的费用，无法会受到预期的经
5、济效果。一、基本概念一、基本概念二、国内外地下储气库垫层气的研究现状二、国内外地下储气库垫层气的研究现状三、惰性气体的来源与工作气的混合特征三、惰性气体的来源与工作气的混合特征四、四、CO2埋深作地下储气库垫层气的可行性埋深作地下储气库垫层气的可行性五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解1.采用惰性气体作垫层气的经验采用惰性气体作垫层气的经验法国储气库法国储气库 第一个开展采用低价惰性气体替换天然气。法国贝讷储气库原储存合成气（氢和二氧化碳），1972年开始转为天然气储气库。采用向储气库一侧注入标准天然气，另一侧采出合成气的方法替换。转库结束时，用天然
6、气替换全部工作气和40%合成气垫层气体积，其余60%合成气滞留在储库外侧，充当垫层气维持储库压力。随后又向爱普特河畔圣克莱尔储气库，杰尔米尼苏斯和圣依利儿储气库推行惰性气体作垫层气。3个储气库中，惰性气体占总垫层气量20%。储库运行中，工作气全部达到热值标准，没有被惰性气体污染。美国储气库美国储气库 1986年，美国气体研究所开发一种能被美国天然气工业采用的系统方法，选取德克萨斯输气公司的汉森储气库作为实力分析，在储库构造西侧注入氮气，长期模型运行，采出气中未检测到氮气。丹麦储气库丹麦储气库 1981-1985年，对丹麦南部岑讷市附近含水层构造用氮气作垫层气进行可行性研究，采用三维两相油藏模拟
7、计算模型，分析以氮气作垫层气时，储层压力及气体组分随时间和位置变化。结果表明，注入的氮气占总储气量10%左右时，不会影响天然气的使用。如果垫层气与工作气按1：1比例，意味着约20%的垫层气可用氮气来代替天然气。2.盐穴储气库垫层气新技术盐穴储气库垫层气新技术 使用特殊材料制成的囊状物容纳工作气，使垫层气和注采天然气不发生混气。该技术主要优点：（1）节省垫气投资。（2）保证天然气与湿溶腔的隔绝，可有效防止水合物生成。（3）减少天然气损失。一、基本概念一、基本概念二、国内外地下储气库垫层气的研究现状二、国内外地下储气库垫层气的研究现状三、惰性气体的来源与工作气的混合特征三、惰性气体的来源与工作气的
8、混合特征四、四、CO2埋深作地下储气库垫层气的可行性埋深作地下储气库垫层气的可行性五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解空气中燃烧天然气低温分离的氮气燃机废气锅炉烟道气温室气体 1.惰惰性性气气体体的的来来源源2.惰性气体与天然气的混合特征及影响因素惰性气体与天然气的混合特征及影响因素混合特征混合特征 惰性气体与天然气混合，将导致采出的调峰天然气杂质增多，热值降低；同时不同物性气体分子在非均质地下孔隙空间互相碰撞，造成扩散阻力增大，产生局部阻塞，导致储气空间的减少。储库运行时垫层气与工作气发生混合，具有较大可压缩性，是一种特殊渗流扩散耦合问题，为保证调
9、峰天然气质量，必须在天然气达到混合带前停止采气。影响因素影响因素惰性气体与天然气的混合程度主要取决于以下影响因素：（1）密度。两种气体密度差较大时，由于重力作用将出现分层现象，减小混合。（2）储层渗透率。储层在水平方向有较高的渗透性，将会增加气体之间的混合，垂直方向有较高渗透性，将减少气体之间的混合。（3）储层压力。高的储层压力将增加气体混合速度。（4）气体黏度。在高渗透性的储层，如果气体黏度差异较大，也会增加气体之间的混合。3.通过注采运行方式控制混合带 通过数值模拟研究混合带生成和发展规律，以及影响运移状态的主要因素。一、基本概念一、基本概念二、国内外地下储气库垫层气的研究现状二、国内外地
10、下储气库垫层气的研究现状三、惰性气体的来源与工作气的混合特征三、惰性气体的来源与工作气的混合特征四、四、CO2埋深作地下储气库垫层气的可行性埋深作地下储气库垫层气的可行性五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解1.CO2导致温室效应，必须减排导致温室效应，必须减排2.将将CO2存放在地下是最经济可靠的技术措施存放在地下是最经济可靠的技术措施埋存有以下优势：（1）油气田开发中已经积累了CO2埋存的专业技术经验。（2）CO2在强化采油和强化煤层气开采方面，已经通过实验，获得了经济效益。（3）天然CO2气藏的赋存状态证明，有利的地质构造能够长时间埋存CO2。3
11、.CO2作地下储气库垫层气的可行性研究作地下储气库垫层气的可行性研究 选择作垫层气的气体时，热力性质一方面应是可压缩性大，以便能在注气时为天然气提供更大空间，采气时提供更大的气驱作用，另一方面应黏度大，且与天然气有较大黏度差，不易于注采天然气混合。一、基本概念一、基本概念二、国内外地下储气库垫层气的研究现状二、国内外地下储气库垫层气的研究现状三、惰性气体的来源与工作气的混合特征三、惰性气体的来源与工作气的混合特征四、四、CO2埋深作地下储气库垫层气的可行性埋深作地下储气库垫层气的可行性五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解五、地下储气库内混气数学模型的建立及求解1.数学模型的建立数学模型的建
12、立三维两相渗流模型三维两相渗流模型 假设：储库中流体和介质连续分布，每一种都充满整个地层空间；忽略地层温度变化，视地层等温；气水不溶，且渗流符合达西定律；建立气、水质量守恒方程、运动方程、饱和度平衡方程、毛管力方程：111111111rgaVggggrwwwwgwwcgwKKSaHQVHSccupg zBttKKupg zSSpSrZ 扩散混合方程扩散混合方程 建立对流扩散连续性方程：边值条件边值条件（1）初始条件：）初始条件：储库建造初始时刻或动态运行某一刻压力、气水两相饱和度、混合带注入气和垫层气浓度的原始分布。（2）边界条件：）边界条件：库边界为外边界条件，取为封闭边界。xyzavCCCCKu CKu CKu Cqxxyyzzt 0Tn外
