天然氣地下儲氣庫的墊層氣學習教案

1、天然氣地下天然氣地下(dxi)儲氣庫的墊層氣儲氣庫的墊層氣第一頁，共24頁。 一、基本概念一、基本概念二、國內(nèi)外地下二、國內(nèi)外地下(dxi)儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征四、四、CO2埋深作地下埋深作地下(dxi)儲氣庫墊層氣的可行儲氣庫墊層氣的可行性性五、地下五、地下(dxi)儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解求解第1頁/共24頁第二頁，共24頁。1. 墊層氣的定義墊層氣的定義 天然氣地下儲氣庫需要墊層氣來維持儲庫一定的壓力和容積，以天然氣地下儲氣庫需要墊層氣來維持儲庫一定的壓力和

2、容積，以抑制地層水流動，防止水體侵入和保證儲庫工作的穩(wěn)定性，墊層氣是抑制地層水流動，防止水體侵入和保證儲庫工作的穩(wěn)定性，墊層氣是地下儲氣庫中儲氣量的一部分，在儲氣庫調(diào)峰運行注采操作過程中不地下儲氣庫中儲氣量的一部分，在儲氣庫調(diào)峰運行注采操作過程中不被采出。被采出。 墊層氣定義為：儲庫正常運行期間，達到墊層氣定義為：儲庫正常運行期間，達到(d do)預(yù)期規(guī)定回采量預(yù)期規(guī)定回采量時，儲氣庫內(nèi)剩余氣體稱為墊層氣。時，儲氣庫內(nèi)剩余氣體稱為墊層氣。 第2頁/共24頁第三頁，共24頁。2.墊層氣的構(gòu)成墊層氣的構(gòu)成地下儲氣庫總墊層氣量可分為兩部分：地下儲氣庫總墊層氣量可分為兩部分：（1）基礎(chǔ)墊層氣量）基礎(chǔ)墊

3、層氣量 儲氣庫壓力降低到無法開采儲氣庫壓力降低到無法開采(kici)時，儲氣庫內(nèi)殘存天然氣量，稱為時，儲氣庫內(nèi)殘存天然氣量，稱為“死氣死氣”，由氣體吸附，相彌散和毛細管堵塞等原因引起。確定不可回收墊層氣量的兩個基由氣體吸附，相彌散和毛細管堵塞等原因引起。確定不可回收墊層氣量的兩個基本因素：水侵率和枯竭時的儲庫平均壓力。不可回收的墊層氣量無法開采本因素：水侵率和枯竭時的儲庫平均壓力。不可回收的墊層氣量無法開采(kici)，在儲庫建設(shè)中被稱為基礎(chǔ)墊層氣量。在儲庫建設(shè)中被稱為基礎(chǔ)墊層氣量。（2）附加墊層氣量）附加墊層氣量 基礎(chǔ)墊層氣量基礎(chǔ)上，為保證采氣井能達到最低設(shè)計產(chǎn)氣量所需增加的墊層基礎(chǔ)墊層氣量

4、基礎(chǔ)上，為保證采氣井能達到最低設(shè)計產(chǎn)氣量所需增加的墊層氣量。若儲庫運行最低壓力值升高或降低，附加墊層氣量將增多或減少。氣量。若儲庫運行最低壓力值升高或降低，附加墊層氣量將增多或減少。第3頁/共24頁第四頁，共24頁。3.墊層氣的作用墊層氣的作用 墊層氣的主要作用：墊層氣的主要作用：（1）給儲庫提供能量，使儲氣庫在采氣末期也能維持一定地）給儲庫提供能量，使儲氣庫在采氣末期也能維持一定地層壓力，從而保證層壓力，從而保證(bozhng)調(diào)峰季節(jié)從儲氣庫采出所儲存的調(diào)峰季節(jié)從儲氣庫采出所儲存的氣量，以滿足向用戶地區(qū)輸氣的條件。氣量，以滿足向用戶地區(qū)輸氣的條件。（2）抑制地層水流動，防止水體侵入儲氣庫，

5、保證）抑制地層水流動，防止水體侵入儲氣庫，保證(bozhng)儲庫工作穩(wěn)定性。儲庫工作穩(wěn)定性。（3）提高氣井產(chǎn)量，減少天然氣在壓縮機站的壓縮級數(shù)。）提高氣井產(chǎn)量，減少天然氣在壓縮機站的壓縮級數(shù)。第4頁/共24頁第五頁，共24頁。 儲庫設(shè)計中，要正確確定墊層氣量和有效氣量： 墊層氣量越大，所維持儲氣庫地層壓力就會越高，所需采氣井數(shù)目就越少，但隨墊層氣量增大，儲庫的有效注采工作氣量就要相應(yīng)較少，整個儲氣庫生產(chǎn)能力就會降低，采收率大為降低，儲氣成本增大。 決定儲氣庫中墊層氣量的因數(shù)： 儲層深度、地層物質(zhì)物理參數(shù)、地層厚度、儲氣庫運行制度、氣井運行工藝制度及抽氣(chu q)結(jié)束時井口氣壓等。第5頁/

6、共24頁第六頁，共24頁。4.惰性氣體替代天然氣作墊層氣惰性氣體替代天然氣作墊層氣 惰性氣體作墊層氣的優(yōu)點有：惰性氣體作墊層氣的優(yōu)點有：（1）替換出天然氣供用戶使用。）替換出天然氣供用戶使用。（2）節(jié)省有價值的天然氣，否則這部分天然氣將被浪費）節(jié)省有價值的天然氣，否則這部分天然氣將被浪費(lngfi)掉。掉。（3）如將采出的天然氣以市場價格售出，那么公用事業(yè)的消）如將采出的天然氣以市場價格售出，那么公用事業(yè)的消費者和股東能共享目前天然氣市場價格與最出入庫時的價格費者和股東能共享目前天然氣市場價格與最出入庫時的價格之差。之差。第6頁/共24頁第七頁，共24頁。不能選用惰性氣體作為墊層氣的儲氣庫：

7、不能選用惰性氣體作為墊層氣的儲氣庫：（1）總?cè)莘e小于）總?cè)莘e小于850010m3。（2）注采井和觀察井少于）注采井和觀察井少于10口?？凇＃?）儲層有天然氣裂縫。）儲層有天然氣裂縫。 假設(shè)用惰性氣體代替假設(shè)用惰性氣體代替20%的墊層氣，且惰性氣體價格是天然氣的墊層氣，且惰性氣體價格是天然氣的一半，那么容積的一半，那么容積850010m3的儲氣庫用惰性氣體作為墊層氣的最的儲氣庫用惰性氣體作為墊層氣的最大經(jīng)濟效益是大經(jīng)濟效益是30萬元，數(shù)額不足以支付數(shù)據(jù)采集，工程分析和儲層萬元，數(shù)額不足以支付數(shù)據(jù)采集，工程分析和儲層模擬的費用，無法模擬的費用，無法(wf)會受到預(yù)期的經(jīng)濟效果。會受到預(yù)期的經(jīng)濟效果

8、。第7頁/共24頁第八頁，共24頁。 一、基本概念一、基本概念二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀(xinzhung)三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征四、四、CO2埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解第8頁/共24頁第九頁，共24頁。1.采用惰性氣體作墊層氣的經(jīng)驗采用惰性氣體作墊層氣的經(jīng)驗法國儲氣庫法國儲氣庫 第一個開展采用低價惰性氣體替換天然氣。第一個開展采用低價惰性氣體替換天然氣。 法國貝訥儲氣庫原儲存合成氣（氫

9、和二氧化碳），法國貝訥儲氣庫原儲存合成氣（氫和二氧化碳），1972年開始年開始(kish)轉(zhuǎn)為天然氣儲氣庫。采用向儲氣庫一側(cè)注入標準天然氣，另一側(cè)采出合轉(zhuǎn)為天然氣儲氣庫。采用向儲氣庫一側(cè)注入標準天然氣，另一側(cè)采出合成氣的方法替換。轉(zhuǎn)庫結(jié)束時，用天然氣替換全部工作氣和成氣的方法替換。轉(zhuǎn)庫結(jié)束時，用天然氣替換全部工作氣和40%合成氣合成氣墊層氣體積，其余墊層氣體積，其余60%合成氣滯留在儲庫外側(cè)，充當墊層氣維持儲庫壓合成氣滯留在儲庫外側(cè)，充當墊層氣維持儲庫壓力。力。 隨后又向愛普特河畔圣克萊爾儲氣庫，杰爾米尼蘇斯和圣依利兒儲隨后又向愛普特河畔圣克萊爾儲氣庫，杰爾米尼蘇斯和圣依利兒儲氣庫推行惰性氣體

10、作墊層氣。氣庫推行惰性氣體作墊層氣。3個儲氣庫中，惰性氣體占總墊層氣量個儲氣庫中，惰性氣體占總墊層氣量20%。儲庫運行中，工作氣全部達到熱值標準，沒有被惰性氣體污染。儲庫運行中，工作氣全部達到熱值標準，沒有被惰性氣體污染。 二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣量的研究(ynji)現(xiàn)狀第9頁/共24頁第十頁，共24頁。美國儲氣庫美國儲氣庫 1986年，美國氣體研究所開發(fā)一種能被美國天然氣工業(yè)采用年，美國氣體研究所開發(fā)一種能被美國天然氣工業(yè)采用的系統(tǒng)方法，選取德克薩斯輸氣公司的漢森儲氣庫作為實力分析，的系統(tǒng)方法，選取德克薩斯輸氣公司的漢森儲氣庫作為實力分析，在儲庫構(gòu)造西側(cè)注入氮氣，長期模型運行，采出氣中未檢

11、測到氮氣。在儲庫構(gòu)造西側(cè)注入氮氣，長期模型運行，采出氣中未檢測到氮氣。丹麥儲氣庫丹麥儲氣庫 1981-1985年，對丹麥南部岑訥市附近含水層構(gòu)造用氮氣作墊年，對丹麥南部岑訥市附近含水層構(gòu)造用氮氣作墊層氣進行可行性研究，采用三維兩相油藏模擬計算模型，分析以氮層氣進行可行性研究，采用三維兩相油藏模擬計算模型，分析以氮氣作墊層氣時，儲層壓力及氣體組分隨時間和位置變化。結(jié)果表明，氣作墊層氣時，儲層壓力及氣體組分隨時間和位置變化。結(jié)果表明，注入的氮氣占總儲氣量注入的氮氣占總儲氣量10%左右時，不會影響天然氣的使用。如果左右時，不會影響天然氣的使用。如果(rgu)墊層氣與工作氣按墊層氣與工作氣按1：1比例

12、，意味著約比例，意味著約20%的墊層氣可用氮的墊層氣可用氮氣來代替天然氣。氣來代替天然氣。第10頁/共24頁第十一頁，共24頁。2.鹽穴儲氣庫墊層氣新技術(shù)鹽穴儲氣庫墊層氣新技術(shù) 使用特殊材料制成的囊狀物容納工作氣，使墊層氣和注采天然氣不使用特殊材料制成的囊狀物容納工作氣，使墊層氣和注采天然氣不發(fā)生混氣。該技術(shù)主要優(yōu)點：發(fā)生混氣。該技術(shù)主要優(yōu)點：（1）節(jié)省墊氣投資。）節(jié)省墊氣投資。（2）保證）保證(bozhng)天然氣與濕溶腔的隔絕，可有效防止水合物生成。天然氣與濕溶腔的隔絕，可有效防止水合物生成。（3）減少天然氣損失。）減少天然氣損失。第11頁/共24頁第十二頁，共24頁。 一、基本概念一、基

13、本概念二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀(xinzhung)三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征四、四、CO2埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解第12頁/共24頁第十三頁，共24頁?？諝庵腥紵烊粴獾蜏胤蛛x的氮氣燃機廢氣鍋爐(gul)煙道氣溫室氣體 三、惰性氣體的來源及與工作氣的混合(hnh)特征1.惰惰性性氣氣體體(duxng q t)的的來來源源第13頁/共24頁第十四頁，共24頁。2.惰性氣體與天然氣的混合特征

14、及影響因素惰性氣體與天然氣的混合特征及影響因素混合特征混合特征 惰性氣體與天然氣混合，將導致采出的調(diào)峰天然氣雜質(zhì)增惰性氣體與天然氣混合，將導致采出的調(diào)峰天然氣雜質(zhì)增多，熱值降低；同時不同物性氣體分子在非均質(zhì)地下孔隙空多，熱值降低；同時不同物性氣體分子在非均質(zhì)地下孔隙空間互相碰撞，造成間互相碰撞，造成(zo chn)擴散阻力增大，產(chǎn)生局部阻塞，擴散阻力增大，產(chǎn)生局部阻塞，導致儲氣空間的減少。導致儲氣空間的減少。 儲庫運行時墊層氣與工作氣發(fā)生混合，具有較大可壓縮性，儲庫運行時墊層氣與工作氣發(fā)生混合，具有較大可壓縮性，是一種特殊滲流擴散耦合問題，為保證調(diào)峰天然氣質(zhì)量，必是一種特殊滲流擴散耦合問題，為

15、保證調(diào)峰天然氣質(zhì)量，必須在天然氣達到混合帶前停止采氣。須在天然氣達到混合帶前停止采氣。第14頁/共24頁第十五頁，共24頁。影響因素影響因素(yn s)惰性氣體與天然氣的混合程度主要取決于以下影響因素惰性氣體與天然氣的混合程度主要取決于以下影響因素(yn s)：（1）密度。兩種氣體密度差較大時，由于重力作用將出現(xiàn)分層現(xiàn)）密度。兩種氣體密度差較大時，由于重力作用將出現(xiàn)分層現(xiàn)象，減小混合。象，減小混合。（2）儲層滲透率。儲層在水平方向有較高的滲透性，將會增加氣）儲層滲透率。儲層在水平方向有較高的滲透性，將會增加氣體之間的混合，垂直方向有較高滲透性，將減少氣體之間的混合。體之間的混合，垂直方向有較高

16、滲透性，將減少氣體之間的混合。（3）儲層壓力。高的儲層壓力將增加氣體混合速度。）儲層壓力。高的儲層壓力將增加氣體混合速度。（4）氣體黏度。在高滲透性的儲層，如果氣體黏度差異較大，也）氣體黏度。在高滲透性的儲層，如果氣體黏度差異較大，也會增加氣體之間的混合。會增加氣體之間的混合。第15頁/共24頁第十六頁，共24頁。3.通過注采運行方式控制混合帶 通過數(shù)值模擬研究(ynji)混合帶生成和發(fā)展規(guī)律，以及影響運移狀態(tài)的主要因素。 第16頁/共24頁第十七頁，共24頁。 一、基本概念一、基本概念二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究(ynji)現(xiàn)狀現(xiàn)狀三、惰性氣體的來源與工作

17、氣的混合特征三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征四、四、CO2埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立及求解第17頁/共24頁第十八頁，共24頁。1.CO2導致溫室效應(yīng)，必須減排導致溫室效應(yīng)，必須減排2.將將CO2存放在地下是最經(jīng)濟可靠的技術(shù)措施存放在地下是最經(jīng)濟可靠的技術(shù)措施埋存有以下優(yōu)勢：埋存有以下優(yōu)勢：（1）油氣田開發(fā)中已經(jīng)積累了）油氣田開發(fā)中已經(jīng)積累了CO2埋存的專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗。埋存的專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗。（2）CO2在強化在強化(qinghu)采油和強化采油和強化(qinghu)煤層氣開采方煤層氣開采

18、方面，已經(jīng)通過實驗，獲得了經(jīng)濟效益。面，已經(jīng)通過實驗，獲得了經(jīng)濟效益。（3）天然）天然CO2氣藏的賦存狀態(tài)證明，有利的地質(zhì)構(gòu)造能夠長時氣藏的賦存狀態(tài)證明，有利的地質(zhì)構(gòu)造能夠長時間埋存間埋存CO2。 四、CO2深埋地下(dxi)儲氣庫墊層氣的可行性第18頁/共24頁第十九頁，共24頁。3.CO2作地下儲氣庫墊層氣的可行性研究作地下儲氣庫墊層氣的可行性研究 選擇作墊層氣的氣體時，熱力性質(zhì)一方面應(yīng)是可壓縮性大，選擇作墊層氣的氣體時，熱力性質(zhì)一方面應(yīng)是可壓縮性大，以便能在注氣時為天然氣提供以便能在注氣時為天然氣提供(tgng)更大空間，采氣時提供更大空間，采氣時提供(tgng)更大的氣驅(qū)作用，另一方面應(yīng)黏度大，且與天然氣有較更大的氣驅(qū)作用，另一方面應(yīng)黏度大，且與天然氣有較大黏度差，不易于注采天然氣混合。大黏度差，不易于注采天然氣混合。第19頁/共24頁第二十頁，共24頁。 一、基本概念一、基本概念二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀二、國內(nèi)外地下儲氣庫墊層氣的研究現(xiàn)狀三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征三、惰性氣體的來源與工作氣的混合特征四、四、CO2埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性埋深作地下儲氣庫墊層氣的可行性五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立五、地下儲氣庫內(nèi)混氣數(shù)學模型的建立(jinl)及及求