【文章內(nèi)容簡介】 ， 具有冬季和夏季兩個高峰 。 天然氣電站的發(fā)電工況與其所調(diào)峰的電網(wǎng)主力發(fā)電性質(zhì)有關(guān) 。 以水力發(fā)電為主的電網(wǎng) ， 對于夏季用電高峰 ， 由于此時處于豐水期 ， 發(fā)電量充沛 ， 需要的調(diào)峰量相對較小 ， 天然氣發(fā)電站的天然氣負(fù)荷也相對較小 ， 因此對于以水力發(fā)電的電網(wǎng) ， 天然氣電站主要用作冬季用電高峰的調(diào)峰 ，很顯然 ， 由于電網(wǎng)的調(diào)峰加劇了天然氣用氣工況的不均勻性 。 對于以火力發(fā)電的電網(wǎng) ， 電網(wǎng)發(fā)電量相對比較均勻 ， 此時天然氣調(diào)峰電站在冬季和夏季用電高峰均需發(fā)揮調(diào)峰作用 ， 對于夏季 ， 天然氣調(diào)峰電站有利于降低天然氣用氣工況的不均勻性 ， 而對于冬季 ， 天然氣調(diào)峰電站加劇了天然氣用氣工況的不均勻性 。 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）。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2021/11/11 46 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 化工及工業(yè)燃料用戶 化工和工業(yè)燃料是較穩(wěn)定的用氣大戶 ， 其用氣不均勻系數(shù)變化較小 。 因此 ， 發(fā)展一定數(shù)量的工業(yè)用戶對天然氣系統(tǒng)的調(diào)峰和平衡用氣工況十分有利 。 化工及工業(yè)燃料用戶的不均勻系數(shù)因根據(jù)天然氣系統(tǒng)中各工業(yè)用戶的實際用氣情況和規(guī)劃情況進(jìn)行統(tǒng)計分析得到 。 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)行計算 。 ??? 3 11 n inini ykYK2021/11/11 47 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 調(diào)峰儲氣量 根據(jù)用氣量 、 用氣不均勻系數(shù)以及氣源供氣情況可以求得天然氣系統(tǒng)季節(jié)性調(diào)峰儲氣量 。 設(shè)氣源供氣量為100， 按均勻供氣則月供氣量為 100/12=， 即月供氣量為年供氣量的 %。 而用氣不均勻系數(shù)反映了用氣偏離平穩(wěn)供氣的程度 。 我們可以把用氣月不均勻系數(shù)換算成月用氣百分比 。 用氣百分比和供氣百分比之間的差值即為該月所需要的調(diào)峰儲氣量百分比 。 各月調(diào)峰儲氣量之和即為儲氣庫的調(diào)峰儲氣量 。 %1 0 012 ?? ii Kx2021/11/11 48 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 系統(tǒng)事故應(yīng)急氣量 輸氣系統(tǒng)事故應(yīng)急氣量是指當(dāng)氣源或管道發(fā)生事故時，利用天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的能力最大限度地滿足下游用戶安全用氣的量，也稱為保安氣量。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。 天然氣發(fā)電的事故應(yīng)急氣量與電網(wǎng)供電系統(tǒng)的負(fù)荷備用率、事故熱備用率、事故冷備用率以及天然氣發(fā)電裝機(jī)容量占電網(wǎng)總裝機(jī)容量的百分比有關(guān)，另外在發(fā)生事故時，供電系統(tǒng)的負(fù)荷備用和系統(tǒng)的事故熱備用可以承擔(dān)部分的安全供電量，據(jù)此可以求出不可中斷的天然氣發(fā)電機(jī)組占系統(tǒng)最大發(fā)電負(fù)荷的百分比。從而求出天然氣發(fā)電用戶的事故應(yīng)急氣量。 2021/11/11 49 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 在管道事故工況下，化工用戶的事故應(yīng)急氣量與化工設(shè)備的最小安全負(fù)荷有關(guān)，需要根據(jù)用戶的實際情況加以統(tǒng)計分析。在沒有詳細(xì)統(tǒng)計資料的情況下，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。 對于天然氣工業(yè)燃料用戶，在事故工況下某些用戶如：煉鋼、陶瓷、玻璃行業(yè)等，若中斷供氣后會給設(shè)備造成不可估量的損失，這些企業(yè)用戶為不可中斷的工業(yè)燃料用戶。在確定工業(yè)燃料事故應(yīng)急氣量時要對這部分用戶的用氣量進(jìn)行統(tǒng)計，從而確定整個工業(yè)燃料用戶的事故應(yīng)急氣量。一般說來，不可中斷的工業(yè)燃料用戶占整個天然氣工業(yè)燃料用戶的 40%左右。 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?xì)獾闹匾M成部分 ， 如果對其中斷供氣 ， 勢必會造成十分惡劣的影響 。 城市居民和商業(yè)用氣占整個城市燃?xì)庥脩舻?60%左右 。 據(jù)此可以求出城市燃?xì)獾氖鹿蕬?yīng)急氣量 。 各類用戶的保安氣量之和即為整個供氣系統(tǒng)在一次事故情況下所需要的應(yīng)急氣量。 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。管道事故量與管道本身的可靠度、事故率、事故平均維修時間有關(guān)。 ? 管道事故是指造成輸氣介質(zhì)從管道中泄漏的任何事件，主要是管道區(qū)段的事故。根據(jù)管道事故的嚴(yán)重程度可將其分為泄漏、穿孔和破裂。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，而是對整個管道線路系統(tǒng)而言的。通常干線管道事故率定義為每年每千公里管線上發(fā)生事故的平均次數(shù)。 311 10?????????iiiiLn2021/11/11 52 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 管道事故持續(xù)時間 管道事故持續(xù)時間也就是管道停輸時間，是指管道發(fā)生事故導(dǎo)致輸氣干線管道被迫截斷搶修的持續(xù)停輸時間。它與事故維修水平有直接關(guān)系，在數(shù)值上等于平均事故維修時間。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。 2 ?? DT m圖 31 管道事故維修時間與管經(jīng)關(guān)系曲線 2021/11/11 53 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 管道事故持續(xù)時間 我國新建的幾條主要輸氣干線中 ， 陜京線 1998年因山洪爆發(fā)造成的管道破裂事故持續(xù)時間為 66小時；靖西線1999年也是山洪爆發(fā)造成一次管道破裂事故 ， 持續(xù)時間為 72小時 ， 兩條管線的平均事故持續(xù)時間為 69小時 。 世界主要天然氣生產(chǎn)和利用大國的實踐經(jīng)驗表明，管道事故持續(xù)時間通常為三天。通過綜合分析，結(jié)合我國管道事故維修的水平，目前我國管道事故維修時間取為 70小時。 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(dāng)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 。 由下式可以估算出輸氣干線管道一次事故的延滯氣量 。 ? 事故應(yīng)急氣量的確定是輸氣管道配套地下儲氣庫研究的重要組成部分 ， 決定著地下儲氣庫的建設(shè)規(guī)模 、 生產(chǎn)能力和地面相關(guān)工藝設(shè)計方案 ， 直接影響輸氣系統(tǒng)的供氣質(zhì)量 。 根據(jù)輸氣管道的的長度 、 事故概率和計算時間可以求出輸氣干線管道計算時間內(nèi)可能發(fā)生的事故次數(shù) 。 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 。 me TQq ??2021/11/11 55 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 儲氣庫庫容的確定 前面討論了地下儲氣庫的調(diào)峰儲氣容積 （ V0） 和應(yīng)對管道事故所需的應(yīng)急氣量容積 （ V3） 的確定方法 ， 前面提到庫容還包括遇到嚴(yán)寒冬季時為確保季節(jié)性不平衡所需要的天然氣氣量 （ V1） 以及考慮到季節(jié)變化的模擬誤差而需要的儲備氣量 （ V2） 。 這兩部分儲氣庫容積和儲氣庫墊底容積以及其它無法界定的容積可稱為地下儲氣庫的 “ 灰容積 ” ，灰容積的確定過程稱為灰容積的 “ 白化 ” 。 很顯然 ， 灰容積的白化將有助于對地下儲氣庫容積的準(zhǔn)確掌握 ， 而確定灰容積是一個比較困難的問題 。 國外已經(jīng)運(yùn)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(jìn)行深入的研究 。 2021/11/11 56 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 儲氣庫庫容的確定 墊底容積是指為了維持儲氣庫的正常生產(chǎn)所需墊層氣的容積 。 墊層氣系指采氣結(jié)束后 ， 為維持一定的地層壓力而留在儲氣層中的那部分氣 ， 此壓力應(yīng)滿足最低采氣壓力的要求 ， 還能控制地層中底水上升 。 墊層氣量越大 ， 所維持的地層壓力越高 ， 就能減少采氣井井?dāng)?shù) ， 并為采出氣提供較高的壓力 。 但隨著墊層氣量的增加 ， 儲氣庫的有效氣量相應(yīng)減少 。 即儲氣層工作的有效容積比例相應(yīng)減少 ， 而且用于墊層氣的費(fèi)用 （ 含墊層氣本身的成本費(fèi)和注入地層的費(fèi)用 ） 也會增加 ． 根據(jù)國外統(tǒng)計資料 ， 墊層氣量和有效氣量的比值為 60%～ 140%。 2021/11/11 57 第三章 地下儲氣庫庫容量的確定 ? 儲氣庫庫容的確定 在確定了儲氣庫的設(shè)計庫容后 ， 需要根據(jù)儲氣庫以及輸氣干線系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)對整個輸氣系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行模擬仿真 ， 看其是否滿足工藝要求 。 圖 32 設(shè)計庫容工作程序 2021/11/11 天然氣地下儲氣庫技術(shù) 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 2021/11/11 59 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬的目的 天然氣地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬是通過建立描述儲氣庫氣藏中流體滲流過程的數(shù)學(xué)模型 ，利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值求解 ， 從而展現(xiàn)儲氣庫氣藏流體滲流過程 ， 以研究其變化規(guī)律的方法 。 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(yù)測儲氣庫的儲存容量 ，研究儲氣庫注采的動態(tài)特性 。 以枯竭氣藏型地下儲氣庫為對象介紹數(shù)模的方法和步驟 。 2021/11/11 60 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 數(shù)學(xué)模型的建立 ? 假設(shè)條件 為了建立既適合于枯竭氣藏型儲氣庫的實際流動情況 ， 又能方便求解的數(shù)學(xué)模型 ， 我們做如下假設(shè)： （ 1） 地下儲氣庫氣藏內(nèi)只存在單相氣體滲流 。 （ 2） 氣藏內(nèi)滲流過程為等溫過程 。 （ 3） 由于地下儲氣庫強(qiáng)注強(qiáng)采的特點(diǎn) ， 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(dá)西定律 ， 認(rèn)為此時流動符合修正的達(dá)西定律 ， 即Forcheimer關(guān)系式 。 （ 4） 考慮巖石各向異性和非均質(zhì)性 。 2021/11/11 61 第四章 地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬 ? 約束條件 在天然氣的注采過程中 ， 儲氣庫的壓力是在不斷變化的 。 在向地下儲氣庫注入天然氣時 ， 氣藏壓力不斷提高直到達(dá)到氣藏的最大允許壓力 。 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 。 在采出天然氣時 ， 同樣受到最小壓力的限制 ， 對于純氣驅(qū)枯竭氣藏 ， 這一最小壓力是指滿足儲氣庫地面集輸系統(tǒng)最小集輸壓力要求的最小井口壓力 ， 稱為 Pmin井口 ， 低于這一最小壓力 ， 注采井所采天然氣是無法進(jìn)入集輸系統(tǒng)的 。 在進(jìn)行數(shù)值模擬時 ， 根據(jù)井筒井口壓力與井底壓力的換算關(guān)系 ， 可將井口壓力換算成井底壓力 Pmin井底 。 如果儲氣庫在建造時 ， 其原始枯竭壓力 DGJ低于這一最小壓力即 DGJ＜ Pmin井底 ， 那么就需要注入一定量的墊底氣 ， 以維持儲氣庫的體積和壓力 。 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(xué)模型 根據(jù)假設(shè)條件和滲流力學(xué)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 。 quzuyuxt azyx ?????? ??????? ???????????? )()()()(Pgr aduuuK ??? ?