【正文】 2021/11/11 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù) 專題講座 2021/11/11 2 提綱 ? 1 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 2 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的選型及庫(kù)址的選擇 ? 3 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容的確定 ? 4 地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬 ? 5 地下儲(chǔ)氣庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) ? 6 地下儲(chǔ)氣庫(kù)地面工藝技術(shù) ? 7 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)仿真及優(yōu)化運(yùn)行 ? 8 相關(guān)建議 2021/11/11 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù) 第一章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 2021/11/11 4 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究的意義 在天然氣工業(yè)體系中 ， 天然氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施是聯(lián)系天然氣生產(chǎn)與使用的紐帶 ， 是將開采出來(lái)并經(jīng)凈化處理達(dá)標(biāo)的合格天然氣提交給用戶的不可或缺的中間環(huán)節(jié) 。 在天然氣供應(yīng)與消費(fèi)之間 ， 一直存在著可靠 、 安全 、 平穩(wěn) 、 連續(xù)供氣與消費(fèi)需求量季節(jié) 、晝夜 、 小時(shí)不均衡性的固有矛盾 。 解決這一矛盾的主要措施是實(shí)行天然氣儲(chǔ)備 。 2021/11/11 5 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究的意義 地下儲(chǔ)氣庫(kù)容量大 ， 儲(chǔ)氣壓力高 ， 儲(chǔ)氣成本低 ， 是當(dāng)今世界天然氣的主要儲(chǔ)存方式 。 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)成為天然氣輸配系統(tǒng)的重要組成部分 ， 是季節(jié)安全調(diào)峰 ， 確保連續(xù)平穩(wěn)供氣的重要工程 。 隨著我國(guó)天然氣產(chǎn)量的進(jìn)一步增加以及其在工業(yè)和日常生活中的日趨普遍 ， 完善天然氣管網(wǎng) 、建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)成為發(fā)展我國(guó)天然氣工業(yè)的緊迫課題 。 對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)進(jìn)行研究正是基于此背景提出來(lái)的 。 2021/11/11 6 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究的意義 我國(guó)上世紀(jì) 90年代開始了大規(guī)模的天然氣管網(wǎng)建設(shè)工程：陜 — 京線的貫通 、 西氣東輸管道工程的實(shí)施 ， 中原地區(qū)天然氣管網(wǎng)以及陜 — 京二線的規(guī)劃建設(shè)將對(duì)我國(guó)天然氣管網(wǎng)及消費(fèi)布局產(chǎn)生重大影響 。 為了解決我國(guó)華東地區(qū) 、 中原地區(qū)以及北京市天然氣供需之間的矛盾 ， 這些管網(wǎng)工程都配套規(guī)劃了天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)工程 。 因此 ， 對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義 。 2021/11/11 7 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的作用 ? 調(diào)節(jié)供氣不均勻性的最有效手段； show ? 提高供氣的可靠性和連續(xù)性； ? 提高管線利用系數(shù)和輸氣效率 ， 降低輸氣成本和輸氣系統(tǒng)的投資費(fèi)用； ? 能為國(guó)家和石油公司提供原料和燃料的戰(zhàn)略儲(chǔ)備 。 ? 在新的石油和凝析油開采區(qū) ， 能保存暫時(shí)不可利用的石油氣；對(duì)老采油區(qū) ， 有助于提高原油采收率 。 2021/11/11 8 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的類型 儲(chǔ)氣庫(kù)主要有以下幾類： ? 枯竭油氣藏型 （ Depleted Reservoirs） ? 地下含水層型 （ Aquifers） ? 鹽穴型 （ Salt Caverns） ? 煤礦礦井型 （ Mines） ? 溶洞型 （ HardRock Caverns） 2021/11/11 9 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 Figure 3 Types of Underground Storage 2021/11/11 10 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 Figure 4 Development of a Salt Cavern for Natural Gas Storage 2021/11/11 11 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀 自 1915年加拿大利用枯竭氣藏建成世界上第一個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)以來(lái) ， 地下儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)經(jīng)歷了近90年的發(fā)展歷程 。 目前全世界地下儲(chǔ)氣庫(kù)的總?cè)萘恳呀?jīng)超過 1011m3。 美國(guó) 、 歐洲及前蘇聯(lián)等國(guó)家建設(shè)了大量的地下儲(chǔ)氣庫(kù) 。 單美國(guó)從上世紀(jì)90年代到現(xiàn)在就新建了近 50坐地下儲(chǔ)氣庫(kù) ， 使得其儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容總量達(dá)到了 1011m3的規(guī)模 。 地下儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)存的天然氣滿足了美國(guó)全年天然氣總需求量的 1/3。 2021/11/11 12 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀 我國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界水平 ，目前建成的只有兩座：大慶喇嘛甸油田地下儲(chǔ)氣庫(kù)和大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù) 。 大慶喇嘛甸油田地下儲(chǔ)氣庫(kù)的主要作用是平衡大慶油田內(nèi)部用氣的季節(jié)不均衡性 ， 天津大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)與陜 — 京輸氣管道相連 ， 以平衡北京市季節(jié)性用氣不均衡性和保障安全平穩(wěn)供氣為主要目的 。 我國(guó)目前正在規(guī)劃的儲(chǔ)氣庫(kù)包括西氣東輸配套工程 — 金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù) 、 中石化中原地區(qū)天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù) 、 大張坨三期工程 。 2021/11/11 13 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 一個(gè)工程的好壞關(guān)鍵在于設(shè)計(jì) 。 對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)一類的大型工程 ， 優(yōu)化的思想必須貫穿于項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過程 。 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法不僅可以使地下儲(chǔ)氣庫(kù)更好的滿足建設(shè)要求 ， 而且也可以有效降低工程投資及運(yùn)行管理費(fèi)用 。 地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)涉及地質(zhì) 、 氣藏工程 、 采氣 、 天然氣集輸與凈化 、 天然氣管道輸送和城市配氣方面的相關(guān)理論知識(shí) ， 而地下儲(chǔ)氣庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及模擬技術(shù)是地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)的核心 。 在國(guó)外 ， 優(yōu)化及數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)必不可少的手段 。 2021/11/11 14 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì) 70年代 ， 國(guó)外開始應(yīng)用數(shù)值模擬來(lái)研究地下儲(chǔ)氣庫(kù)從建造到注采動(dòng)態(tài)運(yùn)行的整個(gè)過程 ， 美國(guó) 、 德國(guó) 、 丹麥 、 意大利等國(guó)家根據(jù)不同類型儲(chǔ)氣庫(kù)和不同流動(dòng)過程 、 地質(zhì)地層以及氣體種類的差異性 ， 提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型 ， 為儲(chǔ)氣庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行提供了理論依據(jù) ， 以達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效地控制地下儲(chǔ)氣庫(kù)的目的 。 2021/11/11 15 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 儲(chǔ)氣庫(kù)模擬基本數(shù)學(xué)模型 ? 三維氣流模型 定容無(wú)水驅(qū)封閉型枯竭氣藏 。 ? 三維氣水置換模型 帶水驅(qū)的枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù) 、 地下含水層儲(chǔ)氣庫(kù) 。 ? 三維氣體混合模型 考慮了氣體的滲流 、 注入氣與墊底氣之間的混合 、 對(duì)流和擴(kuò)散等問題 。 ? 二維氣油混合模型 枯竭油藏型 ， 考慮氣油兩相流動(dòng)和相互傳質(zhì)問題 2021/11/11 16 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 國(guó)外目前數(shù)值模擬已經(jīng)成為指導(dǎo)各種類型儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的重要手段，而且正逐步與經(jīng)濟(jì)分析模型和地質(zhì)力學(xué)模型相結(jié)合，通過數(shù)值模擬，可以達(dá)到在不增加儲(chǔ)氣費(fèi)用的情況下，提高儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)存能力及注采應(yīng)變能力，建立儲(chǔ)氣庫(kù)優(yōu)化運(yùn)行模型，從而帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。 2021/11/11 17 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究現(xiàn)狀 大慶喇嘛甸油田地下儲(chǔ)氣庫(kù)從 1975投產(chǎn)到 90年只采不注 ， 因此沒有進(jìn)行優(yōu)化及數(shù)值模擬方面的研究 。 “ 八五 ” 期間 ， 華北油田對(duì)北京地區(qū)建設(shè)天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的可行性進(jìn)行了研究 ， “ 九五 ” 期間又承擔(dān)了總公司重點(diǎn)科技工程項(xiàng)目 “ 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采技術(shù)研究 ” 。 研究成果對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)工程的建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義 。 大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)為了保證凝析液的采收率 、 估計(jì)油環(huán)和邊水以及凝析液對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的影響 ， 采用了凝析氣藏?cái)?shù)值模擬模型進(jìn)行了模擬 。 2021/11/11 18 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 存在的問題 ?未形成完整的理論方法體系，沒有制定相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)科技人員對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)的研究目前還處在對(duì)國(guó)外資料的消化吸收的層面 。 在儲(chǔ)氣庫(kù)數(shù)值模擬及管網(wǎng)仿真方面做了一些研究 ， 對(duì)根據(jù)下游用戶工況來(lái)確定儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容特別是對(duì)多個(gè)城市和大區(qū)域供氣系統(tǒng)調(diào)峰儲(chǔ)氣量如何計(jì)算沒有具體的方法可循 ， 優(yōu)化運(yùn)行方面有一些研究但沒有得到具體的論證 。 沒有一本完整介紹地下儲(chǔ)氣庫(kù)綜合技術(shù)的資料 ， 沒有形成完整的理論方法體系 ， 沒有制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ， 設(shè)計(jì)顯得比較無(wú)序 。 2021/11/11 19 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 存在的問題 ?經(jīng)濟(jì)及綜合分析問題 我國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的論證主要還是在技術(shù)上可行的層面上 ， 提出幾種方案中部分方案由于在技術(shù)上不可行就否定掉了 。 剩下的方案經(jīng)過簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)論證就確定了最后的方案 。 這種做法有可能會(huì)遺漏最優(yōu)的方案 。 另外 ， 地下儲(chǔ)氣庫(kù)的影響因素很多 ， 應(yīng)該權(quán)衡各方面的因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 。 2021/11/11 20 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 存在的問題 ?地面工程對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的影響問題 一般氣田的開發(fā)中 ， 輸氣系統(tǒng)的建設(shè)服從于氣田開發(fā)方案的要求和限制 ， 而地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)作為天然氣輸配系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng) ， 其建設(shè)應(yīng)服從于輸配系統(tǒng)建設(shè)的要求 ， 其工作特性受到輸配系統(tǒng)工況的影響 ， 其也反過來(lái)影響輸配系統(tǒng)的工況 。 儲(chǔ)氣庫(kù)的模擬和優(yōu)化應(yīng)該充分考慮這種影響 。因此 ， 應(yīng)當(dāng)將儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)和輸氣干線系統(tǒng)看成一個(gè)整體加以分析 。 2021/11/11 21 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢(shì) 1） 用惰性氣體代替天然氣作儲(chǔ)氣庫(kù)的墊層氣 地下儲(chǔ)氣庫(kù)總?cè)萘恐邪üぷ鳉?（ 活動(dòng)氣 ） 和墊層氣 （ 殘余氣 ） 兩部分 。 墊層氣的主要作用是使儲(chǔ)氣庫(kù)在一次抽氣末期保持一定的壓力 、 提高氣井產(chǎn)量 、 抑制地層水流動(dòng)等 。 墊層氣在儲(chǔ)氣庫(kù)中是不能抽出的氣體 。 迄今為止在建庫(kù)時(shí)都采用注入天然氣作墊層氣 ， 這不僅大大增加了地下儲(chǔ)氣庫(kù)的初期投資 ， 還沉積了大量的 “ 死資金 ” 。 以美國(guó)為例 ， 1987年美國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)中總墊層氣量達(dá) 1080億 m3。 按天然氣礦場(chǎng)平均每 $60/1000m3， 當(dāng)年墊層氣長(zhǎng)期沉積的資金達(dá) 64億美元 。 2021/11/11 22 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢(shì) 1） 用惰性氣體代替天然氣作儲(chǔ)氣庫(kù)的墊層氣 因此 ， 美國(guó) 、 前蘇聯(lián)等一些地下儲(chǔ)氣庫(kù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家 ， 從上世紀(jì) 70年代開始 ， 就如何減少儲(chǔ)氣庫(kù)中的墊層氣量 、 采用惰性氣體 、 氮?dú)?、 二氧化碳或壓氣機(jī)組廢氣等代替天然氣作儲(chǔ)氣庫(kù)墊層氣 ， 開展了廣泛而大量的研究工作 ， 并取得了可喜的成績(jī) 。 減少地下儲(chǔ)氣庫(kù)中墊層氣量 ， 增大工作氣量 ， 用惰性氣體作墊層氣 ， 已成為降低地下儲(chǔ)氣庫(kù)投資和運(yùn)行費(fèi)用的最主要的發(fā)展方向 。 2021/11/11 23 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢(shì) 2） 實(shí)現(xiàn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)工藝設(shè)計(jì)統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化 僅管地下儲(chǔ)氣庫(kù)按地質(zhì)對(duì)象分為衰竭油氣藏型、含水層型和鹽穴型幾種類型，且它們的地質(zhì)物理參數(shù)各不相同，但在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方面它們?nèi)跃哂幸恍┕餐奶匦?。如為了制訂建?kù)方案，都必須掌握如下一些原始資料：儲(chǔ)氣庫(kù)的礦藏類型，生產(chǎn)井和注氣井的數(shù)量和產(chǎn)量、晝夜抽氣量和注氣量、抽出氣體溫度和壓力、注氣壓力、儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)層（儲(chǔ)層）數(shù)、采出氣休組分（凝析液和水分含量）等。它們都以某種方式影響技術(shù)方案的確定。對(duì)各種地下儲(chǔ)氣庫(kù)而言，天然氣采集、分配和處理工藝設(shè)計(jì)上的區(qū)別并不在原理上，而在具體構(gòu)成和設(shè)備上。這就為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)從工藝流程設(shè)計(jì)到設(shè)備選擇實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化提供了可能性。 2021/11/11 24 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢(shì) 2）實(shí)現(xiàn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)工藝設(shè)計(jì)統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化 前蘇聯(lián)在這方面得了大量的研究成果，先后為地下儲(chǔ)氣庫(kù)地面站的配氣、氣體收集與處理、氣井產(chǎn)品計(jì)量、氣體干燥、低溫分離等開發(fā)出了標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程，并各自組成一個(gè)獨(dú)立的模塊，從而使儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)從個(gè)別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)上來(lái)，使設(shè)備由單個(gè)制造轉(zhuǎn)為成批生產(chǎn)，最大限度地采用早先為氣田建設(shè)新開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)技