【正文】 求之后 ， 接下來(lái)就是儲(chǔ)氣庫(kù)的設(shè)計(jì)問(wèn)題 。 其方法為首先建立儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型 ， 通過(guò)計(jì)算找到滿足工程設(shè)計(jì)技術(shù)要求的方案 ， 然后采用多目標(biāo)多因素的灰色物元分析法從各種設(shè)計(jì)方案中尋找最優(yōu)的方案 。 2021/11/11 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù) 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 71 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) ? 儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的和方法 采用優(yōu)化的方法對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 可以有效的降低工程投資 ， 增加工程的可靠性 。 2021/11/11 69 第四章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬 ? 儲(chǔ)氣庫(kù)影響因素分析 通過(guò)以上分析可以看出 ， 為提高儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣性能 ，在儲(chǔ)氣庫(kù)建造形成時(shí) ， 應(yīng)周期性注氣 ， 避免長(zhǎng)期連續(xù)不斷的注氣 。 儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí) ， 在采氣周期 ， 壓力降低較快后趨平穩(wěn) ， 因此應(yīng)延長(zhǎng)注采氣周期 ， 短期內(nèi)的注氣和采氣必然產(chǎn)生較大的壓降漏斗 。 對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏邊界處采用以下處理方法：在邊界處將網(wǎng)格向外擴(kuò)出一個(gè)網(wǎng)格作為虛擬點(diǎn) ， 認(rèn)為在這些點(diǎn)K=0， 。 （ 2） 邊界條件：取儲(chǔ)氣庫(kù)為封閉邊界氣藏 ， 即 ： 00 ???? ABAB nPQ 或GJt PP ??0 00 PP t ??2021/11/11 64 第四章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬 ? 模型的求解 ? 計(jì)算方法和步驟 模型方程為二階非線性方程 ， 采用數(shù)值方法求解 。 對(duì)于定容純氣藏型天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的數(shù)值模擬研究 ， 其主要約束條件是受儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)平均壓力的控制： A M PPtPP ?? )(m i n 井底2021/11/11 62 第四章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬 ? 數(shù)學(xué)模型 根據(jù)假設(shè)條件和滲流力學(xué)理論得到儲(chǔ)氣庫(kù)流體質(zhì)量守衡方程： 將 Forcheimer關(guān)系式 代入方程得到模擬的微分模型 上式是二階非線性偏微分方程 。 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的最大允許壓力一般控制為氣田未開(kāi)采時(shí)的靜態(tài)壓力 ， 即原始地層壓力 ， 稱為 PAMP， 超過(guò)此壓力 ， 天然氣就可能會(huì)溢失甚至發(fā)生危險(xiǎn) 。 （ 3） 由于地下儲(chǔ)氣庫(kù)強(qiáng)注強(qiáng)采的特點(diǎn) ， 氣體流動(dòng)的速度非常高 ， 特別是壓力梯度最高的井筒附近 ， 氣體流動(dòng)不再符合達(dá)西定律 ， 認(rèn)為此時(shí)流動(dòng)符合修正的達(dá)西定律 ， 即Forcheimer關(guān)系式 。 儲(chǔ)氣庫(kù)數(shù)值模擬是儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化的重要前提和內(nèi)容 ， 通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏?cái)?shù)值模擬可以分析氣庫(kù)儲(chǔ)氣的歷史過(guò)程 ， 預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)存容量 ，研究?jī)?chǔ)氣庫(kù)注采的動(dòng)態(tài)特性 。 但隨著墊層氣量的增加 ， 儲(chǔ)氣庫(kù)的有效氣量相應(yīng)減少 。 國(guó)外已經(jīng)運(yùn)行的地下儲(chǔ)氣庫(kù)的資料表明 ， 灰容積占整個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)容積的15%～ 85%不等 ， 這個(gè)范圍很大 ， 在實(shí)際分析中幾乎沒(méi)有多大的意義 ， 可見(jiàn)合理選擇設(shè)計(jì)庫(kù)容仍然需要進(jìn)行深入的研究 。 再根據(jù)保安氣量的要求計(jì)算為應(yīng)對(duì)事故時(shí)儲(chǔ)氣庫(kù)的應(yīng)急儲(chǔ)氣容積 。 2021/11/11 54 第三章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定 ? 管道事故延滯氣量 當(dāng)管道發(fā)生破裂泄漏時(shí) ， 為了便于維修 ， 必然關(guān)閉事故管段兩端的閥門 ， 管道停輸 ， 輸氣延滯 。很顯然，管道事故持續(xù)時(shí)間直接影響儲(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)對(duì)管道事故所需的儲(chǔ)氣容積。管道事故率是指管道線路部分的可靠性指標(biāo)，它并非專門指線路的管子或其它組成單元，而是對(duì)整個(gè)管道線路系統(tǒng)而言的。 2021/11/11 51 第三章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定 ? 管道事故工況分析 干線輸氣管道系統(tǒng)輸氣中斷主要是線路故障引起的。 2021/11/11 50 第三章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定 城市居民和商業(yè)用氣為城市燃?xì)獾闹匾M成部分 ， 如果對(duì)其中斷供氣 ， 勢(shì)必會(huì)造成十分惡劣的影響 。在沒(méi)有詳細(xì)統(tǒng)計(jì)資料的情況下，化工設(shè)備的最小安全負(fù)荷可以按照設(shè)備額定負(fù)荷的 30%～ 40%考慮，據(jù)此可以求出化工用戶的事故應(yīng)急氣量。不同性質(zhì)的用戶其事故應(yīng)急氣量的要求不同，因此需要分別加以計(jì)算。 我們可以把用氣月不均勻系數(shù)換算成月用氣百分比 。 總用氣不均勻系數(shù) 天然氣供應(yīng)系統(tǒng)用氣總不均勻系數(shù)應(yīng)根據(jù)各類用戶的用氣不均勻系數(shù)以及各類用戶在總系統(tǒng)中的比例進(jìn)行計(jì)算 。 2021/11/11 45 第三章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定 西氣東輸儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣發(fā)電用戶不均勻系數(shù) 中原地區(qū)地下儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣發(fā)電用戶不均勻系數(shù) 對(duì)比二表可以看出，西氣東輸天然氣調(diào)峰電站不均勻系數(shù)只具有一個(gè)峰值（冬季），而中原地區(qū)天然氣調(diào)峰電站不均勻系數(shù)具有兩個(gè)峰值（冬季和夏季）。 城市用電也具有相當(dāng)大的不均勻性 ， 具有冬季和夏季兩個(gè)高峰 。 （ 2） 不均勻系數(shù)的確定 ： 用氣的波動(dòng)情況用用氣不均勻系數(shù)來(lái)衡量 。不同類型的用戶其用氣有不同的特點(diǎn) ， 在天然氣供應(yīng)消費(fèi)系統(tǒng)中所起的作用也不盡相同 。 2021/11/11 42 第三章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量的確定 ? 季節(jié)性調(diào)峰儲(chǔ)氣量 調(diào)節(jié)燃?xì)饧竟?jié)供需不平衡 ， 保證供氣高峰用戶的需要 ，是建立地下儲(chǔ)氣庫(kù)的主要目的 。 （ 2） 在供氣區(qū)域內(nèi) ， 遇到嚴(yán)寒氣候時(shí) ， 為確保季節(jié)性不平衡所需要的天然氣量 V1。 根據(jù)國(guó)外從儲(chǔ)備能力和經(jīng)濟(jì)效益考慮的建庫(kù)經(jīng)驗(yàn) ， 枯竭油氣田儲(chǔ)氣庫(kù)適宜深度為 1500m左右 ， 含水層儲(chǔ)庫(kù)深度不應(yīng)超過(guò) 1000m。 儲(chǔ)層滲透率越大 ， 壓力波及范圍越大 ， 因此從安全角度考慮 ， 儲(chǔ)庫(kù)的選址應(yīng)避開(kāi)人口稠密 、 工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū) ， 同時(shí)應(yīng)盡量建在用戶區(qū)主風(fēng)向的下游 。 建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)的基本條件是：地下有合適的儲(chǔ)氣巖層 ， 該巖層具有足夠的孔隙度 （ 15%） 和滲透率 （ 50毫達(dá)西 ） ，天然氣能夠按設(shè)計(jì)的速度 、 壓力進(jìn)入巖層和從巖層中采出 ， 且能夠容納設(shè)計(jì)要求的儲(chǔ)氣量；在儲(chǔ)氣庫(kù)的上部應(yīng)有不滲漏的蓋層 ， 蓋層與儲(chǔ)氣層之間形成完整的構(gòu)造 ，以防止儲(chǔ)存的天然氣向上部運(yùn)移 、 滲漏 ， 造成儲(chǔ)氣損失；儲(chǔ)氣層應(yīng)是垂直傾斜的或向上隆起形成背斜構(gòu)造 ， 以防止氣體的水平運(yùn)移造成儲(chǔ)氣損失；儲(chǔ)氣層底部應(yīng)沒(méi)有水或易于按制的水 ， 以防止水將被儲(chǔ)存的天然氣融離 （ 即被淹沒(méi) ） 而無(wú)法采出；儲(chǔ)氣層應(yīng)有一定的埋深 ， 太淺無(wú)法承受壓力 ， 太深則儲(chǔ)氣壓力過(guò)高不經(jīng)濟(jì) 。 2021/11/11 36 第二章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)選型及庫(kù)址的選擇 利用采過(guò)煤的廢棄地下礦井及巷道容積 ， 經(jīng)過(guò)改造修復(fù)后作為地下儲(chǔ)氣庫(kù) 。 2021/11/11 35 第二章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)選型及庫(kù)址的選擇 鹽穴儲(chǔ)庫(kù)的特點(diǎn)是 ， 單個(gè)巖鹽空間容積大 ，最大可達(dá) 500 104m3以上 ， 儲(chǔ)氣量可達(dá) 1 108m3，開(kāi)井采氣量大 ， 調(diào)速快 ， 調(diào)峰能力強(qiáng) ， 儲(chǔ)氣無(wú)泄漏 。 3） 含水巖層埋藏有一定深度 ， 能承受一定的注氣能力 ，與城市生活用水等水源不相互連通 。 2021/11/11 32 第二章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)選型及庫(kù)址的選擇 適合做儲(chǔ)氣庫(kù)的地下含水層應(yīng)具備以下條件： 1） 地質(zhì)構(gòu)造是穹隆型隆起或背斜構(gòu)造 ， 有完整封閉的地下含水層構(gòu)造 ， 無(wú)斷層 。 2021/11/11 31 第二章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)選型及庫(kù)址的選擇 在大型工業(yè)中心和大城市附近 ， 并非都有適于建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的枯竭油氣田 。 作為注采氣井 ， 有完整配套的天然氣地面集輸 、 水 、 電 、 礦建等系統(tǒng)工程設(shè)施可供選擇 ， 建庫(kù)周期短 ， 試注 、 試采運(yùn)行把握性大 ， 工程風(fēng)險(xiǎn)小 ， 有完整成套的成熟采氣工藝技術(shù) 。 研究各種地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)過(guò)程集約化的理論基礎(chǔ) ， 通過(guò)技技術(shù)裝置改造 ， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程集約化 ， 改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 。 為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度 ，防止在內(nèi)部和外部指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)氣體采集和處理系統(tǒng)出現(xiàn)臨界操作條件 ， 需研究開(kāi)發(fā)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 2021/11/11 25 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢(shì) 3）建設(shè)生產(chǎn)效率高、可靠性好的氣井 建設(shè)高氣密性氣井的施工工藝是提高地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)能力的重要條件。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 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奶匦浴?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。 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 。 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) 。 沒(méi)有一本完整介紹地下儲(chǔ)氣庫(kù)綜合技術(shù)的資料 ， 沒(méi)有形成完整的理論方法體系 ， 沒(méi)有制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ， 設(shè)計(jì)顯得比較無(wú)序 。 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 。 ? 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(wèn)題 。 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 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) 。 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 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 。 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 。 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 。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(kāi)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) 。 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