天然氣地下儲氣庫技術(shù)課件

2023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)專題講座2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)專題講座2023/1/12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(yùn)行8相關(guān)建議2022/12/282提綱1天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述2023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)第一章地下儲氣庫技術(shù)概述2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第一章2023/1/14第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1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(yùn)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(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)。在天然氣供應(yīng)與消費(fèi)之間，一直存在著可靠、安全、平穩(wěn)、連續(xù)供氣與消費(fèi)需求量季節(jié)、晝夜、小時不均衡性的固有矛盾。解決這一矛盾的主要措施是實(shí)行天然氣儲備。2022/12/284第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/15第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究的意義地下儲氣庫容量大，儲氣壓力高，儲氣成本低，是當(dāng)今世界天然氣的主要儲存方式。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。隨著我國天然氣產(chǎn)量的進(jìn)一步增加以及其在工業(yè)和日常生活中的日趨普遍，完善天然氣管網(wǎng)、建造地下儲氣庫已經(jīng)成為發(fā)展我國天然氣工業(yè)的緊迫課題。對地下儲氣庫技術(shù)進(jìn)行研究正是基于此背景提出來的。2022/12/285第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/16第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究的意義我國上世紀(jì)90年代開始了大規(guī)模的天然氣管網(wǎng)建設(shè)工程：陜—京線的貫通、西氣東輸管道工程的實(shí)施，中原地區(qū)天然氣管網(wǎng)以及陜—京二線的規(guī)劃建設(shè)將對我國天然氣管網(wǎng)及消費(fèi)布局產(chǎn)生重大影響。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。因此，對地下儲氣庫技術(shù)進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。2022/12/286第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/17第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2天然氣地下儲氣庫的作用調(diào)節(jié)供氣不均勻性的最有效手段；show提高供氣的可靠性和連續(xù)性；提高管線利用系數(shù)和輸氣效率，降低輸氣成本和輸氣系統(tǒng)的投資費(fèi)用；能為國家和石油公司提供原料和燃料的戰(zhàn)略儲備。在新的石油和凝析油開采區(qū)，能保存暫時不可利用的石油氣；對老采油區(qū)，有助于提高原油采收率。2022/12/287第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/18第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.3

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（DepletedReservoirs）地下含水層型（Aquifers）鹽穴型（SaltCaverns）煤礦礦井型（Mines）溶洞型（Hard-RockCaverns）2022/12/288第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/19第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述Figure3

TypesofUndergroundStorage2022/12/289第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述Fi2023/1/110第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述Figure4

DevelopmentofaSaltCavernforNaturalGasStorage2022/12/2810第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述F2023/1/111第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.4

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。目前全世界地下儲氣庫的總?cè)萘恳呀?jīng)超過5.0×1011m3。美國、歐洲及前蘇聯(lián)等國家建設(shè)了大量的地下儲氣庫。單美國從上世紀(jì)90年代到現(xiàn)在就新建了近50坐地下儲氣庫，使得其儲氣庫庫容總量達(dá)到了2.5×1011m3的規(guī)模。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。2022/12/2811第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/112第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.4

天然氣地下儲氣庫建設(shè)現(xiàn)狀我國地下儲氣庫的建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界水平，目前建成的只有兩座：大慶喇嘛甸油田地下儲氣庫和大張坨地下儲氣庫。大慶喇嘛甸油田地下儲氣庫的主要作用是平衡大慶油田內(nèi)部用氣的季節(jié)不均衡性，天津大張坨地下儲氣庫與陜—京輸氣管道相連，以平衡北京市季節(jié)性用氣不均衡性和保障安全平穩(wěn)供氣為主要目的。我國目前正在規(guī)劃的儲氣庫包括西氣東輸配套工程—金壇鹽穴儲氣庫、中石化中原地區(qū)天然氣地下儲氣庫、大張坨三期工程。2022/12/2812第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/113第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.5

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。對地下儲氣庫一類的大型工程，優(yōu)化的思想必須貫穿于項(xiàng)目實(shí)施的整個過程。采用優(yōu)化設(shè)計的方法不僅可以使地下儲氣庫更好的滿足建設(shè)要求，而且也可以有效降低工程投資及運(yùn)行管理費(fèi)用。地下儲氣庫技術(shù)涉及地質(zhì)、氣藏工程、采氣、天然氣集輸與凈化、天然氣管道輸送和城市配氣方面的相關(guān)理論知識，而地下儲氣庫優(yōu)化設(shè)計及模擬技術(shù)是地下儲氣庫技術(shù)的核心。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。2022/12/2813第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/114第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.5

天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，國外開始應(yīng)用數(shù)值模擬來研究地下儲氣庫從建造到注采動態(tài)運(yùn)行的整個過程，美國、德國、丹麥、意大利等國家根據(jù)不同類型儲氣庫和不同流動過程、地質(zhì)地層以及氣體種類的差異性，提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為儲氣庫的實(shí)際運(yùn)行提供了理論依據(jù)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效地控制地下儲氣庫的目的。2022/12/2814第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/115第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.5

天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀儲氣庫模擬基本數(shù)學(xué)模型

三維氣流模型

定容無水驅(qū)封閉型枯竭氣藏。

三維氣水置換模型

帶水驅(qū)的枯竭氣藏儲氣庫、地下含水層儲氣庫。

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(kuò)散等問題。

二維氣油混合模型

枯竭油藏型，考慮氣油兩相流動和相互傳質(zhì)問題2022/12/2815第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/116第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.5

天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀

國外目前數(shù)值模擬已經(jīng)成為指導(dǎo)各種類型儲氣庫運(yùn)行的重要手段，而且正逐步與經(jīng)濟(jì)分析模型和地質(zhì)力學(xué)模型相結(jié)合，通過數(shù)值模擬，可以達(dá)到在不增加儲氣費(fèi)用的情況下，提高儲氣庫的儲存能力及注采應(yīng)變能力，建立儲氣庫優(yōu)化運(yùn)行模型，從而帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。2022/12/2816第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/117第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.5

天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究現(xiàn)狀大慶喇嘛甸油田地下儲氣庫從1975投產(chǎn)到90年只采不注，因此沒有進(jìn)行優(yōu)化及數(shù)值模擬方面的研究?！鞍宋濉逼陂g，華北油田對北京地區(qū)建設(shè)天然氣地下儲氣庫的可行性進(jìn)行了研究，“九五”期間又承擔(dān)了總公司重點(diǎn)科技工程項(xiàng)目“天然氣地下儲氣庫注采技術(shù)研究”。研究成果對儲氣庫工程的建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。大張坨地下儲氣庫為了保證凝析液的采收率、估計油環(huán)和邊水以及凝析液對儲氣庫的影響，采用了凝析氣藏數(shù)值模擬模型進(jìn)行了模擬。2022/12/2817第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/118第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.6

存在的問題未形成完整的理論方法體系，沒有制定相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)我國科技人員對儲氣庫技術(shù)的研究目前還處在對國外資料的消化吸收的層面。在儲氣庫數(shù)值模擬及管網(wǎng)仿真方面做了一些研究，對根據(jù)下游用戶工況來確定儲氣庫庫容特別是對多個城市和大區(qū)域供氣系統(tǒng)調(diào)峰儲氣量如何計算沒有具體的方法可循，優(yōu)化運(yùn)行方面有一些研究但沒有得到具體的論證。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(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計顯得比較無序。

2022/12/2818第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/119第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.6

存在的問題經(jīng)濟(jì)及綜合分析問題我國地下儲氣庫的論證主要還是在技術(shù)上可行的層面上，提出幾種方案中部分方案由于在技術(shù)上不可行就否定掉了。剩下的方案經(jīng)過簡單的經(jīng)濟(jì)論證就確定了最后的方案。這種做法有可能會遺漏最優(yōu)的方案。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(jìn)行綜合評價。

2022/12/2819第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/120第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.6

存在的問題地面工程對儲氣庫建設(shè)的影響問題一般氣田的開發(fā)中，輸氣系統(tǒng)的建設(shè)服從于氣田開發(fā)方案的要求和限制，而地下儲氣庫系統(tǒng)作為天然氣輸配系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其建設(shè)應(yīng)服從于輸配系統(tǒng)建設(shè)的要求，其工作特性受到輸配系統(tǒng)工況的影響，其也反過來影響輸配系統(tǒng)的工況。儲氣庫的模擬和優(yōu)化應(yīng)該充分考慮這種影響。因此，應(yīng)當(dāng)將儲氣庫系統(tǒng)和輸氣干線系統(tǒng)看成一個整體加以分析。2022/12/2820第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/121第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

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ぷ鳉猓ɑ顒託猓┖蛪|層氣（殘余氣）兩部分。墊層氣的主要作用是使儲氣庫在一次抽氣末期保持一定的壓力、提高氣井產(chǎn)量、抑制地層水流動等。墊層氣在儲氣庫中是不能抽出的氣體。迄今為止在建庫時都采用注入天然氣作墊層氣，這不僅大大增加了地下儲氣庫的初期投資，還沉積了大量的“死資金”。以美國為例，1987年美國地下儲氣庫中總墊層氣量達(dá)1080億m3。按天然氣礦場平均每$60/1000m3，當(dāng)年墊層氣長期沉積的資金達(dá)64億美元。2022/12/2821第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/122第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

發(fā)展趨勢1）用惰性氣體代替天然氣作儲氣庫的墊層氣因此，美國、前蘇聯(lián)等一些地下儲氣庫比較發(fā)達(dá)的國家，從上世紀(jì)70年代開始，就如何減少儲氣庫中的墊層氣量、采用惰性氣體、氮?dú)?、二氧化碳或壓氣機(jī)組廢氣等代替天然氣作儲氣庫墊層氣，開展了廣泛而大量的研究工作，并取得了可喜的成績。減少地下儲氣庫中墊層氣量，增大工作氣量，用惰性氣體作墊層氣，已成為降低地下儲氣庫投資和運(yùn)行費(fèi)用的最主要的發(fā)展方向。2022/12/2822第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/123第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

發(fā)展趨勢2）實(shí)現(xiàn)地下儲氣庫工藝設(shè)計統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)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Ｈ鐬榱酥朴喗◣旆桨?，都必須掌握如下一些原始資料：儲氣庫的礦藏類型，生產(chǎn)井和注氣井的數(shù)量和產(chǎn)量、晝夜抽氣量和注氣量、抽出氣體溫度和壓力、注氣壓力、儲氣庫地質(zhì)層（儲層）數(shù)、采出氣休組分（凝析液和水分含量）等。它們都以某種方式影響技術(shù)方案的確定。對各種地下儲氣庫而言，天然氣采集、分配和處理工藝設(shè)計上的區(qū)別并不在原理上，而在具體構(gòu)成和設(shè)備上。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(shí)現(xiàn)技術(shù)方案的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化提供了可能性。2022/12/2823第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/124第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

發(fā)展趨勢2）實(shí)現(xiàn)地下儲氣庫工藝設(shè)計統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化前蘇聯(lián)在這方面得了大量的研究成果，先后為地下儲氣庫地面站的配氣、氣體收集與處理、氣井產(chǎn)品計量、氣體干燥、低溫分離等開發(fā)出了標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程，并各自組成一個獨(dú)立的模塊，從而使儲氣庫的建設(shè)從個別設(shè)計轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計上來，使設(shè)備由單個制造轉(zhuǎn)為成批生產(chǎn)，最大限度地采用早先為氣田建設(shè)新開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方寨和工廠整體組裝式設(shè)備。實(shí)現(xiàn)地下儲氣庫工藝設(shè)計的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化，可最大限度地減少設(shè)計部門之間的協(xié)調(diào)工作，簡化一系列的工藝計算。這是加快建庫速度，縮短建庫周朔，提高建庫質(zhì)量的重要措施之一。2022/12/2824第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/125第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

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。目前圍繞這一間題的研究課題有：采用由膨脹水泥制作的不縮水套管柱和生產(chǎn)套管；采用氣密性好的管予和合理的氣井結(jié)構(gòu)；研究既能鉆開儲層又能避免井底地帶泥漿污染的新的鉆井工藝；改進(jìn)井底施工工藝，采用不含粘土溶液擴(kuò)大井底附近地帶；研究向儲氣庫下部地層夾層注氣的技術(shù)工藝，防止氣體滲漏到圈閉層外，增大工作氣體積等。2022/12/2825第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/126第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

發(fā)展趨勢4）研制開發(fā)新的工藝和設(shè)備長期以來，地下儲氣庫地面氣體處理方法與氣田氣體處理方法沒有什么區(qū)別。可是地下儲氣庫的采氣制度是不固定的，其工藝指標(biāo)晝夜間會發(fā)生很大變化，由人工進(jìn)行調(diào)整使其優(yōu)化是不可能的。為了降低勞動強(qiáng)度，防止在內(nèi)部和外部指標(biāo)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)。如：研制出口壓力波動范圍大的新式壓縮機(jī)組；氣并成組連接情況下的輸入管帶模塊；氣流方向調(diào)節(jié)模塊；壓力和處理量波動范圍較大的初級分離裝置；在小流量條件下的再生裝置等。2022/12/2826第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/127第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.7

發(fā)展趨勢

國外地下儲氣庫建設(shè)方面的科技進(jìn)步還有：采用模塊化施工技術(shù)，加快施工進(jìn)度，降低勞動強(qiáng)度。在氣田建設(shè)時研制成功的大量施工模塊，其中一部分無需進(jìn)行大的修改，就可用于地下儲氣庫的建設(shè)。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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程集約化，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

我國地下儲氣庫技術(shù)的發(fā)展主要是在消化吸收國外先進(jìn)資料的同時，總結(jié)我國地下儲氣庫建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，盡快制定我國的儲氣庫建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2022/12/2827第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述12023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第二章2023/1/129第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1

地下儲氣庫的選型2.1.1枯竭氣藏型將枯竭廢棄的氣藏轉(zhuǎn)為夏注冬采的地下儲氣庫，這是在各種地下巖層類型中建造地下儲氣庫的最好選擇，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：1）有蓋層、底層、無水驅(qū)或弱水驅(qū)，具備良好的封閉條件，密閉性好，儲氣不易散溢漏失，安全可靠性高。2）有較多現(xiàn)成采氣井可供選擇利用。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(yùn)行把握性大，工程風(fēng)險小，有完整成套的成熟采氣工藝技術(shù)。3）不需或僅需少量的墊底氣，一般調(diào)峰工作氣量為注氣量的70％～90％，注入氣利用率高。

2022/12/2829第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/130第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.2枯竭油藏型

利用枯竭油藏或油藏氣頂建造儲氣庫，雖具備了枯竭氣藏型的部分優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也較為突出，首先需把部分油井改造成天然氣注采井，原油集輸系統(tǒng)也要改為天然氣集輸系統(tǒng)；其次隨同采氣必然會攜帶出部分輕質(zhì)油，因此需新建配套輕質(zhì)油脫除及回收系統(tǒng)，而且建造周期長，需試注、試采運(yùn)行，檢驗(yàn)、考核費(fèi)用較高。盡管存在上述缺點(diǎn)，在無枯竭氣田的情況下，枯竭油藏仍不失為建造地下儲氣庫的良好選擇。2022/12/2830第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/131第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.3地下含水層型

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。在這種情況下，最有利的建庫條件便首推在含水層中建設(shè)地下儲氣庫。在含水層中建庫的方法是，將巖層孔隙中的水排走，并在非滲透性的含水層蓋層下直接形成儲氣場所。在水層邊部利用老井，或新打若干口監(jiān)測井定期測井、探測氣水界面的變化，分析天然氣驅(qū)水移動狀況，以便確定含水層氣庫邊界范圍及天然氣在水層漏失量、氣庫運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況。

2022/12/2831第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/132第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.3地下含水層型

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。含水巖層有一定孔隙度、滲透率，可作為儲氣的容積空間，越大越好。2）含水巖層上下有良好的蓋層及底層，密封性好，注氣后不會發(fā)生漏失、散溢。通常氣庫的漏失率要控制在3%以內(nèi)。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。2022/12/2832第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/133第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.3地下含水層型利用含水層建造儲氣庫存在的不利因素是，勘察、研究選庫工作難度大，工作量大，時間長，需鉆一定數(shù)量的注采井、觀察井；需建設(shè)完整的配套工程，投資運(yùn)行費(fèi)用高；氣庫需要一定的墊底氣，墊底氣量一般是氣庫儲氣量的35％～65％（一般取50%）；儲氣量、調(diào)峰能力較枯竭油氣藏小。

2022/12/2833第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/134第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.4鹽穴型對于周圍缺乏多孔結(jié)構(gòu)地下構(gòu)造層的城市，特別是在具有巨大的巖鹽礦床地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，將天然氣儲存在地下含鹽巖層內(nèi)，在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)提供高容量的儲備，也是目前各國普遍采用的方法。鹽穴天然氣儲氣庫的建造分為兩種，一是將廢棄的采鹽鹽穴改建為天然氣地下儲氣庫；二是新建鹽穴儲庫。

2022/12/2834第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/135第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.4鹽穴型鹽穴儲庫的特點(diǎn)是，單個巖鹽空間容積大，最大可達(dá)500×104m3以上，儲氣量可達(dá)1×108m3，開井采氣量大，調(diào)速快，調(diào)峰能力強(qiáng)，儲氣無泄漏。與其它地下儲存方式相比，雖然建庫的投資成本較高，天然氣有效容積相對較小，但產(chǎn)氣能力相對較高，注氣時間短，墊層氣用量少。我國為解決長江三角洲和上海城市用氣較為集中的問題，作為西氣東輸管道季節(jié)性調(diào)峰的大型地下儲氣庫擬建在金壇市。屆時，金壇鹽礦將成為我國第一個利用鹽礦建立的鹽穴地下儲氣庫。2022/12/2835第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/136第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.1.4煤礦礦井型

利用采過煤的廢棄地下礦井及巷道容積，經(jīng)過改造修復(fù)后作為地下儲氣庫。優(yōu)點(diǎn)是廢物利用，建庫費(fèi)用?。蝗秉c(diǎn)是通常礦井有裂縫發(fā)育，密封性差，高壓注入天然氣易漏失，易導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生，安全性差。因此需做較長時間的試注、觀察和監(jiān)測，建庫周期長，經(jīng)營運(yùn)行成本高。

2022/12/2836第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/137第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.2

地下儲氣庫庫址的選擇

地下儲氣庫是最為理想的季節(jié)調(diào)峰儲氣設(shè)施。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(dá)西），天然氣能夠按設(shè)計的速度、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(yùn)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(yùn)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(jì)。2022/12/2837第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/138第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2.2

地下儲氣庫庫址的選擇

在相同的地質(zhì)構(gòu)造條件下選擇庫址，應(yīng)進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和各種方案比較。從經(jīng)濟(jì)上考慮，氣庫與氣源和城市用戶距離越近越好。但地下儲氣庫不管是建在含水層還是利用枯竭油氣田，常常會在一定范圍內(nèi)影響到深含水層，造成大量水位移，使壓力出現(xiàn)紊亂。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(dá)的地區(qū)，同時應(yīng)盡量建在用戶區(qū)主風(fēng)向的下游。若采用情性氣體作墊層氣，還要考慮惰性氣體的氣源問題。此外，鉆井、地面設(shè)施與輸配系統(tǒng)的連接等所需的投資規(guī)模也應(yīng)考慮。前蘇聯(lián)學(xué)者認(rèn)為，距離城市用戶超過200km是不適宜建造儲氣庫的，羅馬尼亞學(xué)者認(rèn)為50km為宜。根據(jù)國外從儲備能力和經(jīng)濟(jì)效益考慮的建庫經(jīng)驗(yàn)，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。2022/12/2838第二章地下儲氣庫選型及庫址的選擇2023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)第三章地下儲氣庫庫容量的確定2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第三章2023/1/140第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.1

地下儲氣庫有效庫容的組成所謂儲氣庫有效庫容量就是根據(jù)用戶需用工況以及氣源和上游輸氣干線系統(tǒng)來氣工況確定滿足儲氣庫預(yù)定功能所需要的儲氣容積。因此，確定儲氣庫的庫容量是規(guī)劃設(shè)計以及優(yōu)化運(yùn)行儲氣庫的基礎(chǔ)和前提。確定儲氣庫的有效庫容量首先要知道儲氣庫必須滿足的功能要求，即：設(shè)計一個儲氣庫的目的是什么？其所要完成的任務(wù)是哪些？2022/12/2840第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/141第三章地下儲氣庫庫容量的確定一般而言，地下儲氣庫所要求的有效儲氣量應(yīng)由下列因素確定：（1）在一個供氣區(qū)域內(nèi)，在正常氣候條件下，因季節(jié)需求不平衡靠輸氣系統(tǒng)又不能確保提供的儲氣量V0。（2）在供氣區(qū)域內(nèi)，遇到嚴(yán)寒氣候時，為確保季節(jié)性不平衡所需要的天然氣量V1。（3）在用戶區(qū)內(nèi)，考慮到季節(jié)變化的模擬誤差而需要的儲備氣量V2。（4）在供氣區(qū)內(nèi)，當(dāng)天然氣管道系統(tǒng)發(fā)生事故而造成供氣不足時所需要的應(yīng)急儲氣量V3。在設(shè)計儲氣庫庫容時一般只考慮V0和V3。2022/12/2841第三章地下儲氣庫庫容量的確定一般2023/1/142第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2

季節(jié)性調(diào)峰儲氣量調(diào)節(jié)燃?xì)饧竟?jié)供需不平衡，保證供氣高峰用戶的需要，是建立地下儲氣庫的主要目的。調(diào)峰儲氣量由兩方面的條件來確定，一是氣源或上游輸氣系統(tǒng)的生產(chǎn)工況，二是下游用戶的用氣工況。對于前者，由于建立地下儲氣庫的目的之一就是使長距離輸氣干線和設(shè)備均衡運(yùn)行，以提高管線和設(shè)備的利用率，故對于建設(shè)有地下儲氣庫系統(tǒng)的天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)，氣源和輸氣干線系統(tǒng)的工況變化不大，一般在確定儲氣庫庫容時可以按照穩(wěn)定生產(chǎn)和供氣考慮。因此，確定季節(jié)性調(diào)峰儲氣量時主要考慮下游用戶的用氣工況。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。在確定儲氣庫的調(diào)峰儲氣量時必須分別討論各類用戶的用氣工況，各類用戶用氣工況的總和即是整個下游用戶總的用氣工況。2022/12/2842第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/143第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2.1

城市燃?xì)庥脩簦?）特點(diǎn)：用氣不連續(xù)、用氣時間相對短而集中、用氣量隨季節(jié)變化大，用氣極不均勻。主要受氣溫的影響。（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。其確定步驟如下

1）確定各個城市每月的用氣量；2）根據(jù)城市總用氣量確定該城市各月的不均勻系數(shù)；3）根據(jù)各城市的在總用氣中的比例確定總的不均勻系數(shù)。

2022/12/2843第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/144第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2.2

天然氣發(fā)電用戶天然氣發(fā)電用戶的用氣工況除了受氣溫因素影響外，其主要受天然氣電站的用途的影響。一般來說，發(fā)展一定的天然氣發(fā)電用戶主要是為了城市電網(wǎng)的調(diào)峰所用。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。2022/12/2844第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/145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）。

1234567891011121.31.31.31.01.00.630.630.630.631.01.31.31234567891011121.331.331.01.00.670.671.331.330.670.671.01.02022/12/2845第三章地下儲氣庫庫容量的確定2023/1/146第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2.3

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?；ぜ肮I(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(shí)際用氣情況和規(guī)劃情況進(jìn)行統(tǒng)計分析得到。3.2.4

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。2022/12/2846第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/147第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2.5

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=8.33，即月供氣量為年供氣量的8.33%。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。

2022/12/2847第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/148第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.3

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。

2022/12/2848第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/149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(shí)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。2022/12/2849第三章地下儲氣庫庫容量的確定2023/1/150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?0%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。2022/12/2850第三章地下儲氣庫庫容量的確定2023/1/151第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.4

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)。3.4.1管道事故率

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)。2022/12/2851第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.2023/1/152第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.4.2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。

圖3-1管道事故維修時間與管經(jīng)關(guān)系曲線2022/12/2852第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/153第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.4.2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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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。2022/12/2853第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/154第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.4.3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。

3.4.4管道事故應(yīng)急氣量分析

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。2022/12/2854第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/155第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.5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(shí)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。2022/12/2855第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/156第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.5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%。2022/12/2856第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/157第三章地下儲氣庫庫容量的確定3.5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3-2設(shè)計庫容工作程序2022/12/2857第三章地下儲氣庫庫容量的確定32023/1/1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2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第四章2023/1/159第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.1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。2022/12/2859第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬2023/1/160第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.2數(shù)學(xué)模型的建立4.2.1

假設(shè)條件

為了建立既適合于枯竭氣藏型儲氣庫的實(shí)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。

2022/12/2860第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬2023/1/161第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.3.2

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：2022/12/2861第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/162第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.3.3

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。2022/12/2862第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/163第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.3.4

定解條件數(shù)學(xué)模型的求解有賴于定解條件，定解條件包括初始條件和邊界條件（1）初始條件：由于流動過程為單相氣體近似等溫流動，初始條件即為初始壓力分布。對于儲氣庫儲氣過程，原枯竭氣田采氣終止時的壓力即為初始壓力。對于儲氣庫注采氣的動態(tài)運(yùn)行過程，儲氣庫注采氣開始時的壓力壓力即為初壓。（2）邊界條件：取儲氣庫為封閉邊界氣藏，即：2022/12/2863第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/164第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.4

模型的求解4.4.1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。模型求解的步驟如下：（1）設(shè)達(dá)西系數(shù)δ=1，此時模型方程為二階線性方程，求解得到流場內(nèi)壓力分布；（2）根據(jù)計算出的壓力分布，計算速度分布，進(jìn)而計算新的δ值；（3）應(yīng)用新的δ值解模型方程得到流場內(nèi)新的壓力分布值；（4）將兩次迭代的進(jìn)行比較，如二者的差值大于規(guī)定的誤差范圍，則返回第二步，重新計算。（5）重復(fù)以上步驟，直到壓力分布誤差小于規(guī)定的誤差范圍為止。

2022/12/2864第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/165第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.4

模型的求解4.4.1差分?jǐn)?shù)值模型

采用中心差分網(wǎng)格離散儲氣庫氣藏空間，得到數(shù)值求解的差分模型。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(kuò)出一個網(wǎng)格作為虛擬點(diǎn)，認(rèn)為在這些點(diǎn)K=0，。

儲氣庫數(shù)值差分模擬模型方程系數(shù)為為七對角帶狀矩陣，可以采用高斯消元法直接求解。

2022/12/2865第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/166第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.5

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。每一周期應(yīng)關(guān)井一段時間，使儲氣庫氣藏內(nèi)壓力分布趨于均勻，以增大儲氣庫儲氣容積。儲氣庫生產(chǎn)運(yùn)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。另外，單井產(chǎn)量越大，壓力漏斗波及范圍也越大，因此應(yīng)盡量使儲氣庫內(nèi)各井流量相近。

2022/12/2866第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/167第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.5

儲氣庫影響因素分析（1）平均地層壓力隨時間變化趨勢（2）井口壓力變化趨勢圖4-1平均地層壓力隨時間變化曲線圖4-2井口壓力變化趨勢圖2022/12/2867第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/168第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.5

儲氣庫影響因素分析（3）產(chǎn)量影響分析（4）注采速度對儲氣庫庫容的影響周期性注氣，可適當(dāng)增加庫容。

圖4-4不同配產(chǎn)井口壓力變化曲線（5）井間分布影響增大井間距離，地層平均壓力相應(yīng)有所降低。2022/12/2868第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/169第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬4.5

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。每一周期應(yīng)關(guān)井一段時間，使儲氣庫氣藏內(nèi)壓力分布趨于均勻，以增大儲氣庫儲氣容積。儲氣庫生產(chǎn)運(yùn)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。另外，單井產(chǎn)量越大，壓力漏斗波及范圍也越大，因此應(yīng)盡量使儲氣庫內(nèi)各井流量相近。2022/12/2869第四章地下儲氣庫注采動態(tài)數(shù)值模擬42023/1/1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2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第五章2023/1/171第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.1

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(jìn)行設(shè)計，可以有效的降低工程投資，增加工程的可靠性。由于天然氣地下儲氣庫的建設(shè)是一項(xiàng)大型、復(fù)雜、具有多目標(biāo)性的工程項(xiàng)目，其優(yōu)化設(shè)計也是一項(xiàng)紛繁困難的系統(tǒng)工程。一般來說，滿足技術(shù)要求的設(shè)計方案有多個，如何從多個方案中找到最優(yōu)的方案，必須在建設(shè)前期對各種設(shè)計方案進(jìn)行充分的技術(shù)和工程論證。在滿足工藝需要的前提下，儲氣庫系統(tǒng)不僅要滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，也必須要滿足其它一些指標(biāo)的要求，因此，儲氣庫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計實(shí)際是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。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(biāo)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。

2022/12/2871第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.12023/1/172第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.2

儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計模型

對一個大型工程項(xiàng)目來說，在滿足工藝要求的前提下，經(jīng)濟(jì)上最省仍然是其設(shè)計的第一原則。儲氣庫系統(tǒng)建設(shè)工程常常是國家或地方的重點(diǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目，其設(shè)計經(jīng)濟(jì)上的好壞不僅僅是一個經(jīng)濟(jì)問題，而且由于直接關(guān)系到下游用戶使用天然氣的價格，因此也是一個社會問題，關(guān)系到國家天然氣事業(yè)能否順利推廣以及社會大局的穩(wěn)定。

2022/12/2872第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.22023/1/173第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.2

儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計模型

一個地下儲氣庫系統(tǒng)包括儲存氣藏、注采井、集輸、凈化以及壓縮機(jī)及其輔助系統(tǒng)等子系統(tǒng)，最優(yōu)化設(shè)計也就是這些子系統(tǒng)的最優(yōu)組合。在選擇儲氣庫地點(diǎn)并確定儲氣庫要求之后，接下來就是儲氣庫的設(shè)計問題。設(shè)計一座地下儲氣庫涉及以下這些變量的一系列最佳值的選擇：儲氣庫的容積、井的產(chǎn)氣速率、井?dāng)?shù)、套管尺寸、集輸凈化設(shè)備以及注氣壓縮機(jī)設(shè)施的大小。這些變量是相互關(guān)聯(lián)的，它們之間存在非線性關(guān)系，所以用線性規(guī)劃或者其它優(yōu)化設(shè)計方法常常很難得到滿意的結(jié)果。2022/12/2873第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計5.22023/1/1745.3儲氣庫系統(tǒng)的年綜合費(fèi)用

對儲氣庫這樣的大型工程項(xiàng)目，在滿足工藝要求的前提下，經(jīng)濟(jì)上最省仍然是第一原則。儲氣庫的設(shè)計首先應(yīng)滿足其經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。以儲氣庫的年綜合費(fèi)用來衡量其經(jīng)濟(jì)性。年綜合費(fèi)用的表達(dá)式為：介紹模型儲氣庫的投資費(fèi)用包括：氣藏的投資、注采井的投資、集輸設(shè)備的投資、凈化設(shè)備的投資、注氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備的投資、儲氣庫墊底氣的投資。儲氣庫的運(yùn)行管理費(fèi)用包括注氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備、集輸凈化設(shè)備以及注采氣井等部分的運(yùn)行、維修管理費(fèi)用。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28745.3儲氣庫系統(tǒng)的年綜合費(fèi)用第五2023/1/1755.4

儲氣庫的投資5.4.1儲氣藏的投資

地下儲氣庫儲氣藏的投資是指將儲氣藏改造成滿足儲氣要求所需要的那部分投資。我們認(rèn)為，對于枯竭氣藏型地下儲氣庫主要是指原氣藏固定資產(chǎn)的殘值，在原氣藏的基礎(chǔ)上建設(shè)地下儲氣庫固定資產(chǎn)的殘值必然作為地下儲氣庫固定資產(chǎn)投資的一部分考慮進(jìn)總的投資內(nèi)。這部分投資需將原氣藏的投資和氣藏的生產(chǎn)年限按照一定的折舊率換算成當(dāng)前的投資。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28755.4儲氣庫的投資第五章地下儲氣2023/1/176我們認(rèn)為應(yīng)該把原氣藏地上、地下所有可以利用的設(shè)施的殘值都考慮進(jìn)去，這些設(shè)施主要包括地面集輸系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)、原采氣井等。對于其它類型的氣庫，例如地下含水層以及鹽穴型地下儲氣庫，其投資還必須包括儲氣目標(biāo)層改造成儲氣層所需要的改造費(fèi)用，其值的大小主要與儲氣庫的規(guī)模以及目的層的埋藏深度有關(guān)。枯竭氣藏型地下儲氣庫氣藏的投資計算公式為：第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2876我們認(rèn)為應(yīng)該把原氣藏地上、地下所有可2023/1/1775.4.2注采井的投資

注采井的投資包括注采井鉆井完井方面的投資、井下設(shè)施的投資以及井口裝置幾部分組成，另外，還應(yīng)包括原氣田可利用老井改造成注采井所需要的改造費(fèi)用。注采井的投資中鉆井方面的投資主要與氣藏地質(zhì)特征和鉆井總尺度以及井的類型有關(guān)，井下設(shè)施主要指套管、油管等設(shè)施，其與井的總深度、地層壓力和注采氣量有關(guān)。而井口裝置主要與井口工藝、注采氣量以及井口壓力有關(guān)。氣田可以利用的原生產(chǎn)井的改造方面的費(fèi)用與此類似。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28775.4.2注采井的投資第五章地2023/1/1785.4.3集輸與凈化設(shè)備的投資

集輸與凈化設(shè)備是儲氣庫地面工藝系統(tǒng)的重要組成部分，其投資與儲氣庫注采氣量、所處理天然氣的性質(zhì)以及系統(tǒng)的設(shè)計壓力密切相關(guān)，而地面工藝系統(tǒng)的設(shè)計壓力受到儲氣庫氣藏井口壓力和與地下儲氣庫系統(tǒng)相連的天然氣輸配系統(tǒng)的壓力所限制。另外，集輸與凈化系統(tǒng)的投資還與儲氣庫集輸與凈化系統(tǒng)的工藝流程相關(guān)。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28785.4.3集輸與凈化設(shè)備的投資第2023/1/179儲氣庫集輸工藝系統(tǒng)投資計算公式：儲氣庫凈化工藝裝置的投資主要與介質(zhì)的性質(zhì)、處理量和系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計壓力有關(guān)。

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2879儲氣庫集輸工藝系統(tǒng)投資計算公式：第五2023/1/1805.4.4注氣壓縮機(jī)及輔助系統(tǒng)的投資

從輸氣干線來的天然氣一般需要經(jīng)過壓縮后注入地下儲氣庫。針對儲氣庫用注氣壓縮機(jī)出口壓力波動大、注氣壓力高的特點(diǎn)，儲氣庫壓縮機(jī)均推薦采用往復(fù)式壓縮機(jī)。注氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的投資與壓縮機(jī)的功率成正比：

注氣壓縮機(jī)的輔助系統(tǒng)包括燃料氣系統(tǒng)、空冷系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)通常作為壓縮機(jī)成套設(shè)備的一部分由供應(yīng)商統(tǒng)一提供。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28805.4.4注氣壓縮機(jī)及輔助系統(tǒng)的投2023/1/1815.4.5墊底氣的投資

氣藏壓力降到無法開采時的氣庫內(nèi)殘存氣量稱為基礎(chǔ)墊底氣量。它是平衡氣庫閑置資源量的重要指標(biāo)，在基礎(chǔ)墊底氣量的基礎(chǔ)上，為了保證采氣井能達(dá)到最低設(shè)計產(chǎn)量所需增加的墊氣量稱為附加墊底氣量。若氣庫運(yùn)行的最低壓力值升高或降低，則附加墊底氣量將增多或降低。總墊氣量為基礎(chǔ)墊底氣量與附加墊底氣量之和。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28815.4.5墊底氣的投資第五章地2023/1/182墊底氣比例的確定既與氣藏本身地質(zhì)條件相關(guān)，還取決于氣庫的運(yùn)行條件，特別是采氣末的井口壓力。墊底氣的主要作用體現(xiàn)在以下三個方面：在采氣末期使氣庫保持一定壓力，以保持適當(dāng)?shù)墓饽芰Γ划?dāng)氣庫存在油環(huán)和邊水時，保持一定量的墊底氣將有利于減緩氣庫內(nèi)原油或邊水的侵入；墊底氣量越大，則氣庫壓力和單井產(chǎn)量越大，采氣井相應(yīng)減少。很顯然，對于庫容一定的地下儲氣庫，墊底氣量越大，越有利于增加單井產(chǎn)能，降低氣井方面的投資，但墊底氣增大將降低儲氣庫的有效工作氣量，從而降低了儲氣庫的調(diào)峰能力，而且用于購買墊底氣的這部分閑置資金越大。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2882墊底氣比例的確定既與氣藏本身地質(zhì)條件2023/1/183墊底氣的投資用下式表示：采氣周期結(jié)束時儲氣庫的儲氣量即為總墊底氣量Ge，很顯然，其滿足以下關(guān)系式總投資

前面介紹了儲氣庫各部分投資的計算方法，儲氣庫總投資為各部分投資之和，即第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2883墊底氣的投資用下式表示：第五章地下2023/1/1845.5儲氣庫的操作經(jīng)營費(fèi)用

儲氣庫年操作經(jīng)營費(fèi)用是指儲氣庫建成投產(chǎn)后為維持其正常生產(chǎn)所必須花費(fèi)的水、電、燃料費(fèi)用、工人工資、行政管理費(fèi)用和設(shè)備的折舊提成等。5.5.1氣藏及注采井的操作經(jīng)營費(fèi)用

氣藏及注采井的操作經(jīng)營費(fèi)用主要包括井下設(shè)備的維修費(fèi)、氣藏的監(jiān)測與化驗(yàn)費(fèi)、設(shè)備的折舊提成等第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28845.5儲氣庫的操作經(jīng)營費(fèi)用第五章2023/1/1855.5.2集輸及凈化工藝系統(tǒng)的操作經(jīng)營費(fèi)用

集輸及凈化工藝系統(tǒng)的操作費(fèi)用主要包括集輸管線的維修費(fèi)、防腐費(fèi)，凈化設(shè)備的維修費(fèi)、動力費(fèi)以及甲醇、乙二醇等原材料消耗費(fèi)用。5.5.3注氣系統(tǒng)的操作經(jīng)營費(fèi)用注氣系統(tǒng)的操作費(fèi)用包括與功率成正比的操作費(fèi)用和設(shè)備的折舊。

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28855.5.2集輸及凈化工藝系統(tǒng)的操作2023/1/1865.6投資回收系數(shù)

儲氣庫的投資回收系數(shù)是反映了儲氣庫項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性好壞的重要指標(biāo)。其計算公式如下式中

i—基本投資收益率，i<1，對儲氣庫項(xiàng)目取12%；

t—投資回收期，a。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28865.6投資回收系數(shù)第五章地下2023/1/1875.7約束條件

儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化模型還必須滿足一定的約束條件，包括：物理約束和水力約束。

物理約束

儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化模型物理約束條件包括：儲氣庫調(diào)峰日、年高峰值量、壓縮機(jī)出口壓力和功率、不同套管尺寸最大和最小井?dāng)?shù)。水力約束

水力約束條件包括儲氣庫產(chǎn)量遞減曲線方程、儲層滲流方程、套管方程、集輸系統(tǒng)流動方程。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28875.7約束條件第五章地下儲氣庫系2023/1/188產(chǎn)量遞減方程：儲層滲流方程：套管方程：最大墊底氣量：集氣損耗：約束條件還包括集輸系統(tǒng)的流動方程和壓縮機(jī)功率計算方程。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2888產(chǎn)量遞減方程：第五章地下儲氣庫系統(tǒng)2023/1/1895.8

模型的求解當(dāng)天然氣從儲氣庫中以恒定的壓力從不同套管尺寸的井采出并輸送至凈化外輸系統(tǒng)時，必須調(diào)節(jié)每一套管的流量使各井從儲層到井口的壓力降保持一致，這里采用壓力流量平衡法來滿足這一要求。具體過程如下：根據(jù)儲層滲流方程和套管方程有：兩邊同時除-g5：

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28895.8模型的求解第五章地下儲氣庫2023/1/190壓力流量平衡法令，則有：再令，則：上式對微分得：不同套管尺寸不同注采井?dāng)?shù)的加權(quán)平均為：令，，則有：第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2890壓力流量平衡法第五章地下儲氣庫系統(tǒng)2023/1/191壓力流量平衡法令則：得到迭代公式：通過以上計算公式，以替代重復(fù)上述步驟，直至達(dá)到一個允許的誤差范圍之內(nèi)。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2891壓力流量平衡法第五章地下儲氣庫系統(tǒng)2023/1/192通過建立的優(yōu)化模型，可以求解把最優(yōu)目標(biāo)確定為以最低的年綜合費(fèi)用滿足峰值日采氣量、年采氣量等工藝要求的儲氣庫設(shè)計方案。模型求解的計算步驟如下：計算儲氣庫工作氣量、最大儲氣庫儲氣量以及最大墊底氣量；從最少的井?dāng)?shù)算起，用壓力流量平衡法計算不同套管尺寸時的產(chǎn)量；對每一井?dāng)?shù)和套管尺寸的組合，解模型方程，從最大墊底氣量算起，反復(fù)運(yùn)算。對于每一井?dāng)?shù)和每一套管尺寸組合，計算得到以下數(shù)據(jù)：

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2892通過建立的優(yōu)化模型，可以求解2023/1/193不同套管尺寸的產(chǎn)量和該尺寸的井?dāng)?shù)；不同套管尺寸的井的井底壓力；井口壓力；所需壓縮機(jī)的功率；供氣開始和結(jié)束時的最佳儲氣量；方案年綜合費(fèi)用。

將原井?dāng)?shù)加1，重復(fù)以上步驟，直至達(dá)到最大井?dāng)?shù)，計算結(jié)束。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2893不同套管尺寸的產(chǎn)量和該尺寸的井?dāng)?shù)；2023/1/1945.9

儲氣庫方案設(shè)計的灰色物元分析方法

通過前面介紹的方法可以得到儲氣庫設(shè)計的可行性方案，這些方案是按照經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)來排序的。地下儲氣庫的建造是一項(xiàng)大型、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其不僅要滿足綜合費(fèi)用最少的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，還要通過考慮其使用功能、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)境影響等方面的效果進(jìn)行綜合論證，來確定最優(yōu)的設(shè)計方案。因此，儲氣庫的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)該是一個多因素的綜合評價問題。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28945.9儲氣庫方案設(shè)計的灰色物元分析2023/1/195

儲氣庫方案的評價指標(biāo)按其特點(diǎn)可分為趨上優(yōu)指標(biāo)、中心最優(yōu)指標(biāo)和趨下優(yōu)指標(biāo)。由于評價指標(biāo)類型的多樣性、不相容性，而且有些指標(biāo)是只能定性描述的灰數(shù)，儲氣庫方案的優(yōu)化評價屬于灰色系統(tǒng)問題。而物元分析方法是目前較好解決不相容性的方法。將灰色系統(tǒng)理論與物元分析方法相結(jié)合的灰色物元方法能夠較好的解決儲氣庫系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計問題。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2895儲氣庫方案的評價指標(biāo)按其特點(diǎn)可分為2023/1/1965.9.1

灰色物元分析方法所謂灰色物元分析法是以各評價指標(biāo)在各方案中的量值為灰數(shù)，建立灰色物元矩陣，在關(guān)聯(lián)度計算中引入隸屬函數(shù)，通過加權(quán)求和得到各方案得綜合關(guān)聯(lián)度，從而評出最佳方案的方法。物元矩陣：

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28965.9.1灰色物元分析方法第五章2023/1/197隸屬度函數(shù)：所謂隸屬度函數(shù)，就是用一個在實(shí)軸閉區(qū)間[0，1]中的數(shù)來表征論域上元素x對于模糊集合A的隸屬程度。采用灰色系統(tǒng)理論灰色評估中的白化權(quán)函數(shù)來定義隸屬度函數(shù)，所謂白化權(quán)函數(shù)就是直角坐標(biāo)系中的一條三折線，或S型曲線，它可以定量地描述某一評估對象（指標(biāo)或樣點(diǎn)）隸屬于某個灰類的程度（稱權(quán)系數(shù)），即隨著被評估指標(biāo)或樣點(diǎn)的大小而變化的關(guān)系。一般白化權(quán)函數(shù)分為高、中、低三種類型，分別適用于趨上優(yōu)指標(biāo)、中心優(yōu)指標(biāo)和趨下優(yōu)指標(biāo)。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2897隸屬度函數(shù)：第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)2023/1/198關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)函數(shù)：

關(guān)聯(lián)度就是指兩事物間關(guān)聯(lián)性大小的量度，在本論文中系指各事物（方案）與標(biāo)準(zhǔn)事物（標(biāo)準(zhǔn)理想方案）之間關(guān)聯(lián)性大小的量度，用kj表示，即第j個事物與標(biāo)準(zhǔn)事物的關(guān)聯(lián)度。凡是以代數(shù)式來描述可拓集合量值的函數(shù)，就稱為關(guān)聯(lián)函數(shù)。關(guān)聯(lián)函數(shù)選用線性函數(shù)進(jìn)行方案評價：

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/2898關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)函數(shù)：第五章地下儲氣庫2023/1/1995.9.2

最優(yōu)方案的確定

權(quán)重的決定：

在方案評價中，各評價指標(biāo)（或因素）對方案的優(yōu)劣影響程度是不一樣的，因此需要給各評價指標(biāo)賦予權(quán)重，權(quán)重集為給評價指標(biāo)賦權(quán)重的方法很多，如：專家打分法、二項(xiàng)系數(shù)法、主要成分分析法、均方差法等。本文用層次分析法來確定各因素的權(quán)重。層次分析法確定權(quán)系數(shù)可以有效地處理那些難于完全用定量方法分析的復(fù)雜問題，可以將定量與定性相結(jié)合，也可以將人的主觀判斷用數(shù)量的形式表達(dá)和處理。可以說是一種整理和綜合人們主觀判斷，將思維過程數(shù)學(xué)化的客觀方法。第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28995.9.2最優(yōu)方案的確定第五章2023/1/1100在得到方案中各因素的權(quán)重后，計算各方案的綜合關(guān)聯(lián)度。

當(dāng)時，表示被評方案符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求；當(dāng)時，表示被評方案不符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求，且不具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方案的條件；當(dāng)時，表示被評方案不符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方案的條件。對各方案的關(guān)聯(lián)度按大小排序，關(guān)聯(lián)度最大值所對應(yīng)的方案即為最優(yōu)方案，即

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28100在得到方案中各因素的權(quán)重后，計算各2023/1/11015.9.3地下儲氣庫方案主要評價指標(biāo)及權(quán)重

在滿足城市季節(jié)調(diào)峰的需求的基本設(shè)計原則條件下，天然氣地下儲氣庫的設(shè)計必須考慮的主要指標(biāo)有：年綜合費(fèi)用墊底氣量儲氣庫所能承受的最大地層壓力注采井?dāng)?shù)壓縮機(jī)站功率使用壽命

用層次分析法確定的權(quán)重集為：第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/281015.9.3地下儲氣庫方案主要評價2023/1/1102儲氣庫灰色物元分析方法的基本步驟

儲氣庫可行方案的確定，構(gòu)造評價方案的物元矩陣；由于各評價指標(biāo)的量綱不一，采用白化權(quán)函數(shù)將各指標(biāo)的白化量值轉(zhuǎn)化為隸屬度，構(gòu)造出各方案的物元矩陣。構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)方案的物元矩陣；構(gòu)造節(jié)域方案的物元矩陣；確定權(quán)重集；計算各方案的關(guān)聯(lián)度；關(guān)聯(lián)度排序確定最優(yōu)方案。

第五章地下儲氣庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計2022/12/28102儲氣庫灰色物元分析方法的基本步驟2023/1/1103第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述Figure1

Storageallowsafirmpipelinesupplytobebalancedovera12-monthperiod.

back2022/12/28103第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述2023/1/1104第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述Figure2

LDC–DesignYearFirmDemand

back2022/12/28104第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述2023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)專題講座2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)專題講座2023/1/1106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(yùn)行8相關(guān)建議2022/12/282提綱1天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述2023/1/1天然氣地下儲氣庫技術(shù)第一章地下儲氣庫技術(shù)概述2022/12/28天然氣地下儲氣庫技術(shù)第一章2023/1/1108第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1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(yùn)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(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)。在天然氣供應(yīng)與消費(fèi)之間，一直存在著可靠、安全、平穩(wěn)、連續(xù)供氣與消費(fèi)需求量季節(jié)、晝夜、小時不均衡性的固有矛盾。解決這一矛盾的主要措施是實(shí)行天然氣儲備。2022/12/284第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/1109第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究的意義地下儲氣庫容量大，儲氣壓力高，儲氣成本低，是當(dāng)今世界天然氣的主要儲存方式。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。隨著我國天然氣產(chǎn)量的進(jìn)一步增加以及其在工業(yè)和日常生活中的日趨普遍，完善天然氣管網(wǎng)、建造地下儲氣庫已經(jīng)成為發(fā)展我國天然氣工業(yè)的緊迫課題。對地下儲氣庫技術(shù)進(jìn)行研究正是基于此背景提出來的。2022/12/285第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/1110第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.1天然氣地下儲氣庫技術(shù)研究的意義我國上世紀(jì)90年代開始了大規(guī)模的天然氣管網(wǎng)建設(shè)工程：陜—京線的貫通、西氣東輸管道工程的實(shí)施，中原地區(qū)天然氣管網(wǎng)以及陜—京二線的規(guī)劃建設(shè)將對我國天然氣管網(wǎng)及消費(fèi)布局產(chǎn)生重大影響。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。因此，對地下儲氣庫技術(shù)進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。2022/12/286第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/1111第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2天然氣地下儲氣庫的作用調(diào)節(jié)供氣不均勻性的最有效手段；show提高供氣的可靠性和連續(xù)性；提高管線利用系數(shù)和輸氣效率，降低輸氣成本和輸氣系統(tǒng)的投資費(fèi)用；能為國家和石油公司提供原料和燃料的戰(zhàn)略儲備。在新的石油和凝析油開采區(qū)，能保存暫時不可利用的石油氣；對老采油區(qū)，有助于提高原油采收率。2022/12/287第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.2023/1/1112第一章天然氣地下儲氣庫技術(shù)概述1.3

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（DepletedReservoirs）地下含水層型（Aquifers）鹽穴型（SaltCaverns）煤礦礦井型（Mines）溶洞型（Har