【正文】 求之后 ， 接下來就是儲氣庫的設(shè)計問題 。 其方法為首先建立儲氣庫系統(tǒng)設(shè)計的模型 ， 通過計算找到滿足工程設(shè)計技術(shù)要求的方案 ， 然后采用多目標多因素的灰色物元分析法從各種設(shè)計方案中尋找最優(yōu)的方案 。 2021/11/11 天然氣地下儲氣庫技術(shù) 第五章 地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 2021/11/11 71 第五章 地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 ? 儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的目的和方法 采用優(yōu)化的方法對儲氣庫系統(tǒng)進行設(shè)計 ， 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 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 儲氣庫影響因素分析 通過以上分析可以看出 ， 為提高儲氣庫儲氣性能 ，在儲氣庫建造形成時 ， 應(yīng)周期性注氣 ， 避免長期連續(xù)不斷的注氣 。 儲氣庫生產(chǎn)運行時 ， 在采氣周期 ， 壓力降低較快后趨平穩(wěn) ， 因此應(yīng)延長注采氣周期 ， 短期內(nèi)的注氣和采氣必然產(chǎn)生較大的壓降漏斗 。 對于儲氣庫氣藏邊界處采用以下處理方法：在邊界處將網(wǎng)格向外擴出一個網(wǎng)格作為虛擬點 ， 認為在這些點K=0， 。 （ 2） 邊界條件：取儲氣庫為封閉邊界氣藏 ， 即 ： 00 ???? ABAB nPQ 或GJt PP ??0 00 PP t ??2021/11/11 64 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 模型的求解 ? 計算方法和步驟 模型方程為二階非線性方程 ， 采用數(shù)值方法求解 。 對于定容純氣藏型天然氣地下儲氣庫的數(shù)值模擬研究 ， 其主要約束條件是受儲氣庫內(nèi)平均壓力的控制： A M PPtPP ?? )(m i n 井底2021/11/11 62 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 數(shù)學模型 根據(jù)假設(shè)條件和滲流力學理論得到儲氣庫流體質(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 。 天然氣地下儲氣庫的最大允許壓力一般控制為氣田未開采時的靜態(tài)壓力 ， 即原始地層壓力 ， 稱為 PAMP， 超過此壓力 ， 天然氣就可能會溢失甚至發(fā)生危險 。 （ 3） 由于地下儲氣庫強注強采的特點 ， 氣體流動的速度非常高 ， 特別是壓力梯度最高的井筒附近 ， 氣體流動不再符合達西定律 ， 認為此時流動符合修正的達西定律 ， 即Forcheimer關(guān)系式 。 儲氣庫數(shù)值模擬是儲氣庫系統(tǒng)設(shè)計和方案優(yōu)化的重要前提和內(nèi)容 ， 通過儲氣庫氣藏數(shù)值模擬可以分析氣庫儲氣的歷史過程 ， 預測儲氣庫的儲存容量 ，研究儲氣庫注采的動態(tài)特性 。 但隨著墊層氣量的增加 ， 儲氣庫的有效氣量相應(yīng)減少 。 國外已經(jīng)運行的地下儲氣庫的資料表明 ， 灰容積占整個地下儲氣庫設(shè)計容積的15%～ 85%不等 ， 這個范圍很大 ， 在實際分析中幾乎沒有多大的意義 ， 可見合理選擇設(shè)計庫容仍然需要進行深入的研究 。 再根據(jù)保安氣量的要求計算為應(yīng)對事故時儲氣庫的應(yīng)急儲氣容積 。 2021/11/11 54 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 管道事故延滯氣量 當管道發(fā)生破裂泄漏時 ， 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)時間直接影響儲氣庫應(yīng)對管道事故所需的儲氣容積。管道事故率是指管道線路部分的可靠性指標，它并非專門指線路的管子或其它組成單元，而是對整個管道線路系統(tǒng)而言的。 2021/11/11 51 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 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 地下儲氣庫庫容量的確定 城市居民和商業(yè)用氣為城市燃氣的重要組成部分 ， 如果對其中斷供氣 ， 勢必會造成十分惡劣的影響 。在沒有詳細統(tǒng)計資料的情況下，化工設(shè)備的最小安全負荷可以按照設(shè)備額定負荷的 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)中的比例進行計算 。 2021/11/11 45 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 西氣東輸儲氣庫天然氣發(fā)電用戶不均勻系數(shù) 中原地區(qū)地下儲氣庫天然氣發(fā)電用戶不均勻系數(shù) 對比二表可以看出，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)具有兩個峰值（冬季和夏季）。 城市用電也具有相當大的不均勻性 ， 具有冬季和夏季兩個高峰 。 （ 2） 不均勻系數(shù)的確定 ： 用氣的波動情況用用氣不均勻系數(shù)來衡量 。不同類型的用戶其用氣有不同的特點 ， 在天然氣供應(yīng)消費系統(tǒng)中所起的作用也不盡相同 。 2021/11/11 42 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 季節(jié)性調(diào)峰儲氣量 調(diào)節(jié)燃氣季節(jié)供需不平衡 ， 保證供氣高峰用戶的需要 ，是建立地下儲氣庫的主要目的 。 （ 2） 在供氣區(qū)域內(nèi) ， 遇到嚴寒氣候時 ， 為確保季節(jié)性不平衡所需要的天然氣量 V1。 根據(jù)國外從儲備能力和經(jīng)濟效益考慮的建庫經(jīng)驗 ， 枯竭油氣田儲氣庫適宜深度為 1500m左右 ， 含水層儲庫深度不應(yīng)超過 1000m。 儲層滲透率越大 ， 壓力波及范圍越大 ， 因此從安全角度考慮 ， 儲庫的選址應(yīng)避開人口稠密 、 工業(yè)發(fā)達的地區(qū) ， 同時應(yīng)盡量建在用戶區(qū)主風向的下游 。 建造地下儲氣庫的基本條件是：地下有合適的儲氣巖層 ， 該巖層具有足夠的孔隙度 （ 15%） 和滲透率 （ 50毫達西 ） ，天然氣能夠按設(shè)計的速度 、 壓力進入巖層和從巖層中采出 ， 且能夠容納設(shè)計要求的儲氣量；在儲氣庫的上部應(yīng)有不滲漏的蓋層 ， 蓋層與儲氣層之間形成完整的構(gòu)造 ，以防止儲存的天然氣向上部運移 、 滲漏 ， 造成儲氣損失；儲氣層應(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移造成儲氣損失；儲氣層底部應(yīng)沒有水或易于按制的水 ， 以防止水將被儲存的天然氣融離 （ 即被淹沒 ） 而無法采出；儲氣層應(yīng)有一定的埋深 ， 太淺無法承受壓力 ， 太深則儲氣壓力過高不經(jīng)濟 。 2021/11/11 36 第二章 地下儲氣庫選型及庫址的選擇 利用采過煤的廢棄地下礦井及巷道容積 ， 經(jīng)過改造修復后作為地下儲氣庫 。 2021/11/11 35 第二章 地下儲氣庫選型及庫址的選擇 鹽穴儲庫的特點是 ， 單個巖鹽空間容積大 ，最大可達 500 104m3以上 ， 儲氣量可達 1 108m3，開井采氣量大 ， 調(diào)速快 ， 調(diào)峰能力強 ， 儲氣無泄漏 。 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 地下儲氣庫選型及庫址的選擇 適合做儲氣庫的地下含水層應(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 ， 無斷層 。 2021/11/11 31 第二章 地下儲氣庫選型及庫址的選擇 在大型工業(yè)中心和大城市附近 ， 并非都有適于建設(shè)地下儲氣庫的枯竭油氣田 。 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 ， 建庫周期短 ， 試注 、 試采運行把握性大 ， 工程風險小 ， 有完整成套的成熟采氣工藝技術(shù) 。 研究各種地下儲氣庫生產(chǎn)過程集約化的理論基礎(chǔ) ， 通過技技術(shù)裝置改造 ， 實現(xiàn)生產(chǎn)過程集約化 ， 改善技術(shù)經(jīng)濟指標 。 為了降低勞動強度 ，防止在內(nèi)部和外部指標發(fā)生變化時氣體采集和處理系統(tǒng)出現(xiàn)臨界操作條件 ， 需研究開發(fā)工藝過程的自動控制系統(tǒng) 。 2021/11/11 25 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢 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氣庫生產(chǎn)能力的重要條件。這就為地下儲氣庫的建設(shè)從工藝流程設(shè)計到設(shè)備選擇實現(xiàn)技術(shù)方案的統(tǒng)一化、標準化提供了可能性。 2021/11/11 23 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢 2） 實現(xiàn)地下儲氣庫工藝設(shè)計統(tǒng)一化和標準化 僅管地下儲氣庫按地質(zhì)對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，但在儲氣庫建設(shè)方面它們?nèi)跃哂幸恍┕餐奶匦浴?以美國為例 ， 1987年美國地下儲氣庫中總墊層氣量達 1080億 m3。 2021/11/11 21 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 發(fā)展趨勢 1） 用惰性氣體代替天然氣作儲氣庫的墊層氣 地下儲氣庫總?cè)萘恐邪üぷ鳉?（ 活動氣 ） 和墊層氣 （ 殘余氣 ） 兩部分 。 另外 ， 地下儲氣庫的影響因素很多 ， 應(yīng)該權(quán)衡各方面的因素進行綜合評價 。 沒有一本完整介紹地下儲氣庫綜合技術(shù)的資料 ， 沒有形成完整的理論方法體系 ， 沒有制定相關(guān)標準 ， 設(shè)計顯得比較無序 。 研究成果對儲氣庫工程的建設(shè)具有一定的指導意義 。 ? 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 、 對流和擴散等問題 。 在國外 ， 優(yōu)化及數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為地下儲氣庫建設(shè)必不可少的手段 。 2021/11/11 13 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀 一個工程的好壞關(guān)鍵在于設(shè)計 。 地下儲氣庫儲存的天然氣滿足了美國全年天然氣總需求量的 1/3。 2021/11/11 8 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲氣庫的類型 儲氣庫主要有以下幾類： ? 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 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 Figure 3 Types of Underground Storage 2021/11/11 10 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 Figure 4 Development of a Salt Cavern for Natural Gas Storage 2021/11/11 11 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲氣庫建設(shè)現(xiàn)狀 自 1915年加拿大利用枯竭氣藏建成世界上第一個地下儲氣庫以來 ， 地下儲氣庫已經(jīng)經(jīng)歷了近90年的發(fā)展歷程 。 為了解決我國華東地區(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)劃了天然氣地下儲氣庫工程 。 天然氣地下儲氣庫已經(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 天然氣地下儲氣庫技術(shù) 專題講座 2021/11/11 2 提綱 ? 1 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 2 天然氣地下儲氣庫的選型及庫址的選擇 ? 3 地下儲氣庫庫容的確定 ? 4 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 5 地下儲氣庫的優(yōu)化設(shè)計 ? 6 地下儲氣庫地面工藝技術(shù) ? 7 地下儲氣庫系統(tǒng)仿真及優(yōu)化運行 ? 8 相關(guān)建議 2021/11/11 天然氣地下儲氣庫技術(shù) 第一章 地下儲氣庫技術(shù)概述 2021/11/11 4 第一章 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究的意義 在天然氣工業(yè)體系中 ， 天然氣儲運設(shè)施是聯(lián)系天然氣生產(chǎn)與使用的紐帶 ， 是將開采出來并經(jīng)凈化處理達標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 天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述 ? 天然氣地下儲氣庫技