地下儲氣庫天然氣損耗及控制

1、作者簡介:王起京,1963年生,高級工程師;1984年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院油田開發(fā)專業(yè);長期從事氣田開發(fā)研究工作,2000年以來從事儲氣庫建設(shè)和運行管理工作。地址:(100101北京朝陽區(qū)亞運村匯園公寓J 座11門1002室。電話:(01084975042,139*。E 2mail :wqj19地下儲氣庫天然氣損耗及控制王起京張余劉旭王鳳田(北京華油天然氣有限責(zé)任公司王起京等.地下儲氣庫天然氣損耗及控制.天然氣工業(yè),2005;25(8:100102摘要從1999年以來,陜京輸氣管道工程已相繼建成了大張坨、板876和板中北3座地下儲氣庫,這些儲氣庫對于北京、天津和華北地區(qū)冬季調(diào)峰供氣起到了不可替代

2、的作用。目前與“西氣東輸”管線相配套的地下儲氣庫正處于設(shè)計和建設(shè)當(dāng)中,而更多的地下儲氣庫也正在被規(guī)劃和研究中。天然氣損耗是儲氣庫的特有參數(shù)之一,它不僅關(guān)系到儲氣庫運行的經(jīng)濟特性,而且還是評價一個儲氣庫成敗的關(guān)鍵。文章根據(jù)幾年來對已建儲氣庫的運行觀察、研究,對儲氣庫天然氣的損失進行了歸納和總結(jié),并有針對性地提出了控制措施,對儲氣庫的設(shè)計、運行及減少天然氣損耗有一定的指導(dǎo)意義。主題詞地下儲氣庫天然氣損耗控制措施近年來,我國的天然氣工業(yè)得到了快速發(fā)展,相繼建成了陜京線、澀蘭線、“西氣東輸”線和忠武線等長輸管線,陜京二線也即將建成投產(chǎn)。上述幾條長輸管線與“西氣東輸”管線的連通線建成后,將形成長輸管線網(wǎng)

3、絡(luò)。隨著長輸管道的興建和投產(chǎn),需要配套建設(shè)地下儲氣庫,以解決季節(jié)調(diào)峰供氣和城市供氣安全問題。地下儲氣庫一般由廢棄的油氣藏、地下含水層、鹽穴或廢棄礦坑等改造而成,前3種地質(zhì)體,尤其是廢棄的油氣藏將是我國建設(shè)儲氣庫的主要對象。因地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、天然氣的易流動性和儲氣庫設(shè)施等方面的原因,在儲氣庫建設(shè)、運行過程當(dāng)中,不可避免的存在著天然氣的各種損耗。這就增大了儲氣庫的運行管理成本,甚至影響儲氣庫建設(shè)的成敗。一、儲氣庫天然氣損耗的構(gòu)成儲氣庫不同于一般的油氣藏,一般的油氣藏的開發(fā)周期在1020年,而一個成功建設(shè)的儲氣庫的使用壽命在50年以上(世界上第一座地下儲氣庫已安全運行了80余年。儲氣庫的天然氣損耗

4、一方面包含了確實跑出地下構(gòu)造和集輸氣系統(tǒng)的天然氣,同時還包含了因特殊原因注入到地下而長期不能夠發(fā)揮經(jīng)濟效益的那部分天然氣。儲氣庫的天然氣損耗包括如下幾個方面。1.地質(zhì)方面(1從構(gòu)造溢出點逃逸的天然氣因儲氣庫構(gòu)造圈閉高度有限、注氣壓力過高,天然氣推動邊水逐漸向構(gòu)造低部位推移,當(dāng)氣水邊界被推進到構(gòu)造溢出點時,天然氣將從構(gòu)造中溢出,造成天然氣泄漏和損失。(2斷層或蓋層的擴散儲氣庫的蓋層一般為封閉條件較好的泥巖、頁巖,封閉性的好壞取決于蓋層的品質(zhì)和厚度,泥、頁巖的純度越高,厚度越大,封閉性就越好。但由于蓋層分布的不均衡、注氣壓力過高,將有可能使泥、頁巖蓋層產(chǎn)生突破,造成天然氣逃逸。內(nèi)部斷層尤其是對油氣

5、起控制作用的邊部斷層,因注水作用、構(gòu)造運動或注氣壓力過高,會破壞斷層的封閉性,也會造成天然氣的損失。(3儲氣庫擴容損失利用廢棄的油氣藏、水藏改建的儲氣庫,庫容的形成是一個較長期的過程,最終形成穩(wěn)定工作氣的時間最短也需要數(shù)年,而油藏、水藏改建的儲氣庫最長需要10年。在庫容不斷增大的過程中,不僅工作氣量不斷增大,墊底氣量也在不斷增加,增加的墊氣量一般占增加庫容部分的55%60%,這部分天然001儲運與集輸工程天然氣工業(yè)2005年8月氣長期積壓在地下,不能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用,若按照儲氣庫壽命50年計算,折算這部分天然氣的現(xiàn)值接近0。雖然這部分天然氣沒有發(fā)生實際的損失,但從經(jīng)營和經(jīng)濟的角度分析,可完全等

6、同于損失。這部分損失可通過每年的注、采生產(chǎn)以及所建立的儲氣庫庫容地層壓力關(guān)系曲線進行分析和計算。(4原油或地層水的溶解若儲氣庫由廢棄的油藏或帶有油環(huán)的氣藏改建而成,注氣后殘余的原油將溶解部分天然氣。這部分天然氣中的一部分可在采氣過程中被采出,形成一定的工作氣,而另一部分則將長久被封存在地下不能夠發(fā)揮作用。同樣,地層水中也會溶解一部分天然氣。2.工程方面(1注采井的泄漏若注采井因套管絲扣泄漏、套管腐蝕破損,且生產(chǎn)套管存在固井質(zhì)量問題,天然氣將從井筒內(nèi)產(chǎn)生泄漏。泄漏的天然氣可進入到它所經(jīng)過的砂層、水層,直至上串到地面,這不僅會造成天然氣的損失,還可能產(chǎn)生環(huán)保事故甚至安全事故。這部分泄漏氣具有較強的

7、隱蔽性,難以確定具體的數(shù)量。(2地面管線或設(shè)備的泄漏因注采氣管線、地面設(shè)施的腐蝕而產(chǎn)生的泄漏,因管線打孔盜竊而產(chǎn)生的天然氣損失。(3注采井作業(yè)有組織的放噴注采井在壓井作業(yè)后,需放噴排除井筒壓井液恢復(fù)生產(chǎn),一般通過點火把的方式,需要燃放一定數(shù)量的天然氣。注采井作業(yè)完成后,往往需要測定注采井產(chǎn)能的變化,放噴時需要測定幾個不同制度下的壓力和產(chǎn)量,這部分氣量一般是經(jīng)過計量的。(4地面注采氣系統(tǒng)有組織放空有組織的放空包括系統(tǒng)維修時的管線或設(shè)備減壓放空和全部放空,注氣壓縮機停機時注氣系統(tǒng)從高壓狀態(tài)向低壓狀態(tài)平壓時需放空部分天然氣。(5突發(fā)事故引起的天然氣泄漏包括注采井外力破壞、管線外力破壞等突發(fā)事故所造成

8、的天然氣泄漏。儲氣庫在發(fā)生突發(fā)事故時,控制系統(tǒng)會自動切斷事故段與其他段的聯(lián)系,因此天然氣泄漏一般局限在事故段上下游一段,損失量可通過計算確定。對于氣井發(fā)生的重大井噴著火事故,也可根據(jù)氣井的生產(chǎn)能力、井噴的時間估算天然氣損耗量。3.凝液攜帶作為凝析氣藏改建的儲氣庫,注氣后可將反凝析在地層內(nèi)的凝析油重新?lián)]發(fā)在天然氣中,這部分凝析油可隨著天然氣產(chǎn)出地面。因此凝析氣藏改建儲氣庫后,可在很大程度上提高凝析油的采收率。但與此同時,在天然氣處理過程中,這部分凝析油在地面減壓或低溫狀態(tài)下重新被分離出來,將攜帶走部分天然氣。這部分天然氣若被回收,需要進行再次降壓分離,分離出的天然氣因壓力太低,無法進入到天然氣外

9、輸系統(tǒng),因此將無法徹底回收,從而造成損失。損失量的大小,一方面取決于凝析油的含量、凝析油的組成和性質(zhì);另一方面則取決于天然氣處理系統(tǒng)的壓力大小和凝液外輸?shù)臏囟?。實際損失量與凝析油的數(shù)量呈正比,系統(tǒng)的處理壓力越高,凝液外輸?shù)臏囟仍降?攜帶量就越大,含量越多、凝析油密度越小,單位攜帶量就多。同樣,由廢棄的油藏改建的儲氣庫,也可提高原油的采收率,采出的原油在地面分離后也會攜帶走部分天然氣,從而造成損失。二、實例我國某儲氣庫是由凝析氣藏改建而成,已進行了4個注氣和采氣周期的生產(chǎn)。該氣藏在改建儲氣庫之前,為一個正在進行循環(huán)開發(fā)的凝析氣藏,地層壓力水平下降到了約20M Pa,計算氣藏內(nèi)剩余的工作氣量為2.

10、19×108m3。改建成儲氣庫后,到2003年3月底,儲氣庫累計注氣11.57×108m3,累計調(diào)峰供氣12.85×108m3,儲氣庫總注氣量+原先剩余底工作氣為13.76×108m3,平衡差為0.9125×108m3,即天然氣的損失量,按總注氣量11.57×108m3計算,天然氣損失率為7.89%。上述損失當(dāng)中,不包括注氣階段壓縮機的燃氣消耗、采氣階段的生產(chǎn)和生活消耗(這些用氣量另行計量,已統(tǒng)一納入生產(chǎn)成本消耗中。三、措施及建議從上述理論分析和實例可以看出,儲氣庫的天然氣損失不容忽視,應(yīng)根據(jù)不同儲氣庫的特點,從設(shè)計、建設(shè)和管理入手,

11、采取有效措施,努力降低消耗,提高儲氣庫的管理水平。(1儲氣庫建設(shè)的成敗關(guān)鍵在于庫址的選取,要選擇儲層物性好、蓋層品質(zhì)好且分布面積大、斷層11第25卷第8期天然氣工業(yè)儲運與集輸工程少、構(gòu)造圈閉高度大的地質(zhì)構(gòu)造。而保障天然氣的密封性則是選庫的關(guān)鍵。選擇氣藏改建儲氣庫,在儲氣庫的運行壓力不高于原始地層壓力的情況下,密封性方面有充分保障,當(dāng)儲氣庫的運行壓力高于原始壓力,或選擇油藏、水藏等構(gòu)造改建儲氣庫時,必須對構(gòu)造的蓋層、斷層的密封性進行多方面的分析、評價和認識。(2美國利用廢棄油氣藏改建的地下儲氣庫已達365座,其中用油藏改建的儲氣庫只有9座,比例僅為2.47%;凝析氣藏、帶油環(huán)的凝析氣藏或帶氣頂?shù)?/p>

12、油藏構(gòu)造改建的儲氣庫共35座,比例為9.59%,而利用純氣藏改建的儲氣庫所占的比例則高達87.67%。利用純干氣藏建庫,一方面可加快建庫進程,另一方面因采出流體中不含凝析油或原油,避免了采出氣進行脫油再處理。(3儲氣庫的運行壓力(上限壓力和下限壓力是一項重要的設(shè)計指標(biāo)。運行上限壓力關(guān)系到儲氣庫的密封性和能否發(fā)生溢出點溢出,在保障蓋層和斷層封閉的條件下,要經(jīng)過科學(xué)計算,確保注入的天然氣不會從溢出點溢出而造成損失。在保障天然氣外輸及防止邊水重新影響儲氣庫生產(chǎn)井產(chǎn)量的情況下,要求盡量降低儲氣庫的運行壓力下限。這樣既提高了儲氣庫的工作氣量和運行效率,又可降低墊底氣量(可在儲氣庫的運行中逐步摸索最佳下限

13、壓力。(4儲氣庫的注采井每年要經(jīng)歷從最高運行壓力到最低壓力的快速變化,頻繁的壓力交互變化將對井的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。為提高井的使用壽命和安全,必須對注采井進行防漏設(shè)計。要求生產(chǎn)套管必須采用金屬對金屬的氣密封特殊絲扣,同時要求每層套管固井水泥必須上返到地面,最大可能減少天然氣從套管泄漏的可能性。此外,配合防漏設(shè)計,在注采井生產(chǎn)管柱上也采用特殊絲扣油管,并配套井下封隔器、伸縮短接和井下安全閥等工具,實現(xiàn)注采井生產(chǎn)時的“零套壓”,也可有效保護套管和減少注采井天然氣泄漏的機會,井下安全閥可保障在意外情況發(fā)生時能夠從井下及時關(guān)閉天然氣噴發(fā)的通道,減少意外損失。氣井的維修和井下作業(yè)中,可充分利用現(xiàn)成的地面采氣管

14、線和采氣系統(tǒng),實現(xiàn)“全密閉”式的循環(huán)壓井和天然氣放噴,避免天然氣向空中排放,既有效減少資源浪費,又滿足了安全和環(huán)保要求。(5加強對氣庫的監(jiān)測,建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò):對于廢棄油氣藏改建的儲氣庫,要盡量利用廢棄的油氣井進行修復(fù)后作為觀察井,對于利用水藏改建的儲氣庫,要在目的層的構(gòu)造低部位、蓋層或上覆砂巖層分別設(shè)立觀察井,定期觀察井的壓力變化和流體性質(zhì)的變化,以便對天然氣的運移情況、天然氣的損失情況進行直接和間接的分析、判斷,及時采取消減措施。(6采氣系統(tǒng)設(shè)計:對凝析氣藏、油藏改建的儲氣庫,盡量減少凝液或原油的攜帶損失,一是對凝液分離時進行加溫,減少凝液中天然氣溶解量;二是對已經(jīng)攜帶走的天然氣再次進

15、行降壓分離,盡量對低壓狀態(tài)的天然氣進行回收利用。參考文獻1譚羽非.基于數(shù)值模擬方法計算天然氣地下儲氣庫的滲漏量.天然氣工業(yè),2003;23(2:991022王起京,張余等.大張坨地下儲氣庫地質(zhì)動態(tài)及運行效果分析.天然氣工業(yè),2003;23(2:89923陳永武.“西氣東輸”展現(xiàn)中國管道工業(yè)輝煌.天然氣工業(yè).2003;23(4:144譚羽非.天然氣地下儲氣庫混氣問題的數(shù)值求解方法.天然氣工業(yè),2003;23(2:1021055喻平仁.川南地區(qū)地下儲氣庫選址初步設(shè)想.天然氣工業(yè),2003;23(2:109113(修改回稿日期2005206206編輯居維清儲運與集輸工程天然氣工業(yè)2005年8月ly

16、and have the resolution rate of more than80%for the f racturing fluid pluggers.The techniques are used for field test and good results of production increase are achieved. With the techniques,17wells are f ractured.The accumula2 tive production increase reaches more than ten thousands tons for oil a

17、nd several millions cubic meters for gas.Obvi2 ous economic benefits are obtained.SUB JECT HEADING S:Low2permeable reservoir,De2 velopment,Fracturing,Operation,Production increaseLiu Yijiang,born in1963,is studying for doctoral de2 gree.Add:Petroleum University,Changping District, Beijing(102249,Chi

18、naTel:(01089734978E2 mail:xdkangWE LL TESTING TECHN OLOG Y OF H ORIZON2 TAL WE LLS IN G AS FIE LDS WITH HIGH SU L2 FUR CONTENT1Liu Huaqiang,L uo Banglin(Gas Recovery Re2 search Instit ute of Sout hwest Branch,PCL.N A2 T U R.GA S I N D.v.25,no.8,pp.97-99,8/ 25/2005.(ISSN1000-0976;In ChineseABSTRACT:T

19、here are no mature well testing tech2 niques in China for horizontal wells with high sulfur content. According to the characteristics of Feixianguan oolitic beach gas reservoirs in L uojiazhai of northeast Sichuan i.e.the gas covers up to13.74%of H2S and10.41%of CO2;the pro2 duction of a gas well re

20、aches(1000-3000×10m3/d.when gas production testing,based on the experience of field pio2 neer well testing f rom the2vertical gas wells with high sul2 f ur content of Wells L uojia6&7,with caref ul design,care2 f ul preparation,caref ul organization,and careful operation to overcome the pro

21、blems of high sulf ur content,big testing production,complex well2head blowout system,long blow2 out riser,long and heavy testing tool string,large deviation angle,difficult putting the pressure gauge down,and great upward force caused by high speed flow of the formation flu2 id with big production

22、etc.,a set of well testing techniques and methods are developed for horizontal gas wells with high sulfur content,which guarantee the continuity of testing op2 eration,the accuracy of testing data,and the safety of oper2 ating staff and equipment.The methods achieve success in the systematical well

23、testing of the horizontal gas well of Well L uojia11and several other well tests.The techniques fill the blank of well testing technology of horizontal gas wells with high sulf ur content and big production in China.SUB JECT HEADING S:H2S,Gas well,Directional well,Well test,Technique,Sichuan Basin,N

24、ortheastLiu H u aqiang(senior engineerwas born in1966.Add:South Second Section of Zhongshan Ave.,Guanghan, Sichuan(618300,ChinaTel:(08385151051E2 mail:liuhqG AS LOSS AN D CONTR OL OF UN DERGR OUN D G AS STORAGES1Wang Qijing,Zhang Yu,Liu Xu,Wang Fengtian(Beijing Huayou Gas Lt d.N A T U R. GA S I N D.

25、v.25,no.8,pp.100-102,8/25/ 2005.(ISSN1000-0976;In ChineseABSTRACT:Since1999,3underground gas storages of Dazhangtuo,Ban876and Banzhongbei have been built for Shaan2Jing Gas Transmission Pipeline.The gas storages are very important for winter peak2cutting gas delivery of Bei2 jing,Tianjin and North C

26、hina area.Now,the underground gas storages for“West2East G as Transmission pipeline”are being designed and built.More underground gas storages are being investigated.G as loss is one of the special parameters of gas storages,which not only is related in the economic features of gas storage operation,but also is the key t