水淹油气藏改建储气库注采工艺联合运行技术

由水淹油气藏改建的地下储气库受油田注水开发和水侵的双重影响,气藏主力产层水淹严重,储层内部油气水三相分布混乱,注采井生产回压高,单井注采气生产能力差,延缓了储气库的达容速度。为此,通过综合分析储气库的注气工艺和采气工艺特点,提出了储气库注气工艺和采气工艺联合运行的新技术,并应用HAZOP方法对该技术进行了风险分析和识别,制订了生产运行风险控制措施。该新技术的成功应用解决了注采井储层水淹和生产回压高的难题,有效改善了单井的注采气生产能力,加快了储气库的达容速度,丰富了水淹油气藏改建地下储气库的达容措施,进一步提高了储气库的管理水平,对我国储气库的生产运行管理具有一定的指导作用。     

气藏型储气库注采运行物理模拟研究与应用

气藏型地下储气库运行过程中常出现实际库容量小于设计库容量及运行效率低等问题。为此,研发了物理模拟实验系统,定量研究了气藏型储气库建库与注采运行机理。以水侵砂岩气藏储气库为例,采用该系统针对储气库高速反复注采的工况,研究了建库气驱机理、多周期注采过程气水渗流规律及其对库容量和注采能力的影响,确定了影响气库运行效率的主控因素;并与矿场生产实际运行效果进行了对比分析。结果表明:1储层受边水运移影响,孔隙空间可利用程度逐步降低,气相渗流阻力逐步增加,从而影响气库扩容及注采效果;2储层的可动含气孔隙空间比例随注采周期增加呈上升趋势,由于受储层孔喉分布非均质性、驱替压力梯度限制以及细小孔喉较强的毛细管力作用,扩容所增加的可动孔隙空间有限,使可动孔隙空间利用效率较低,约为45%;3物理模拟孔隙空间利用率与储气库实际运行过程变化趋势相同,误差在5%以内。结论认为:该物理模拟实验系统所得结果的可靠度较高,有助于制定合理的运行制度,最大限度地提高储气库运行效率。     

水淹衰竭型地下储气库的达容规律及影响因素

水淹衰竭型地下储气库库容动态变化过程中的驱水达容规律具有复杂性和普遍性,是研究地下储气库达到设计库容时间及最终能达到库容量的重要依据。为此,以大港地下储气库群5个投产运行多年的水淹衰竭型地下储气库为例,通过含水岩心气驱扩容室内实验,揭示了地下储气库的达容规律：①地下储气库库容量呈现逐渐增加的趋势,并最终趋于最大库容量;②地下储气库投产初期库容增速快,后期增速变缓;③地下储气库地下垫气量与工作气量呈正增长关系,但增长不同步。进而总结出了影响地下储气库达容的主要因素：地下储气库的构造特征、储层物性、注采能力、水体分布以及扩容方式。     

盐穴储气库注采运行过程中的腔体形状检测

金坛储气库注采运行过程中,由于岩盐的蠕变特性,压力、温度的变化会对盐穴的形态产生影响,使盐穴发生片帮和收缩,严重的情况会影响到注采运行的安全。为了研究腔体形状的变化,评价其影响,为安全平稳的运行提供保证,也为今后国内盐穴储气库高压气腔声纳检测积累经验,给地下盐穴储气库的生产运行提供技术保障,金坛储气库对两口注采运行多年的老腔进行了检测。从高压气腔声纳检测现场施工出发,重点说明高压气腔声纳检测的详细操作程序及关键技术。这一工作在国内尚属首次。     

我国地下储气库价格机制研究

为解决我国天然气供需的季节性短缺及应急调峰等问题,中石油及中石化正在主要长输管道和重要天然气产区,以及天然气消费中心附近加紧建设和规划建设一批天然气地下储气库。地下储气库投资巨大,运营成本较高,但我国天然气价格体系中还没有储气库价格科目及其定价机制,不利于我国地下储气库的建设与投资。为此,通过研究国外地下储气库价格机制,结合我国天然气价格改革目标和天然气市场实际,提出了建立我国地下储气库价格机制的必要性,设计了我国地下储气库价格机制,包括定价体制与机制、价格形式和收取方式等,并提出了实施办法。结论认为：我国储气库价格宜采用“成本加成法”制定,由国家发展和改革委员会管理和核准。考虑到我国天然气价格改革方向,我国储气库价格可暂不单独设立价格科目,而是通过实行“天然气季节差价”,将储气库价格加进出厂价或管输费中,在每年的用气高峰季节对用户收取。     

北美天然气储气库建设的经验与启示

北美地区是天然气储气库建设起步最早、规模最大的地区,通过对其天然气储气库建设历史的回顾和现状分析,得出如下结论：①北美地区目前是天然气储气库建设最成熟的区域;②天然气工业快速发展和管道建设促进了储气库的建设;③储气库注采周期与地质条件相关;④注采井一般遵循“大进大出”原则,从钻井和固井等方面综合考虑设计方案;⑤采用设置观察井、老井封堵和注采井安全措施等方法来保障储气库安全运行;⑥完备的法律法规和标准规范促进了储气库建设。我国天然气储气库建设相对滞后,借鉴北美地区成熟的储气库建设经验,针对国内储气库建设提出如下建议：①加强天然气储气库建设要与管道建设紧密联系在一起,这是安全平稳供气、天然气行业快速健康发展的有力保障;②重视储气库建设前期评价和研究工作;③要注重气井安全,保障储气库安全运行;④应制定和完善相应标准和规范、法律法规,以指导储气库建设。     

����NSGA_II�ĵ��´�����ע�������Ż���Ӫ�о�

??With many advantages like huge gas storage capacity, reliable safety factor, etc., underground gas storage (UGS) has become one indispensable terminal facility in natural gas pipeline network. However, because UGS operation is a multi-objective issue related to economic benefit, working risk and efficiency, etc., it is helpful to make a rational injection and production scenario for the gas injectioncycle of the underground gas in order to lower the power consumption of compressors thereby to reduce operating costs in the end. In view of this, based upon the integrated simulation model of underground and above-ground pressure system of gas storages, taking into account such impacts of factors as environmental situation, geological conditions, safety factors, etc. a dual objective function was established according to the pipeline levels, with the single-well gas injection quantity as the variable. Then, the non-dominated sorting genetic algorithm II??NSGA_II??was applied to make a gas injection and production scheme with the actual production requirement as a constraint condition. Finally, an optimal analysis was conducted of the above scheme. Results show that the NSGA_II-based scheme is reasonable and efficient, not only meeting the production requirement but considering such conditions as geological environment, safetyoperation, etc. This scheme also helps reduce the energy consumption of compressors by above 40% and as a result, significantly cut down the energy waste.     

�й����´�����ҵ�����ٵ���ս���Բ߽���

??Underground gas storage (UGS) is one of the major storage and peak-shaving means in the world among numerous storage ways via gas fields, small-scale LNG, etc. With the rapid development of natural gas industry in China, the seasonal peak-shaving issues are increasingly prominent, so how to achieve sustainable development of UGS business has become a major problem at present. In view of this, we studied the present status and trend of UGS development abroad and analyzed the following challenges encountered by UGS in China. (1) UGS construction falls behind the world and peak-shaving capacity is insufficient. (2) There is lack of quality gas sources for storage and the complicated geological conditions make the cost of UGS construction high. (3) UGS construction is still at the preliminarystage, so experiences are not enough in safety and scientific operation and management. (4) UGS construction, management and operationare not unified as a whole, so its maximum efficiency fails to be exerted. (5) The economic benefit of UGS is difficult to be shown without independent cost accounting. Based on experiences from other countries, some proposals were put forward on UGS development under the actual present situation: to strengthen strategic UGS layout, intensify storage site screening in key areas and steadily promote UGS construction; to establish professional UGS technical and management teams and intensify the research of key technologies; and to set up a complete and rationally-distributed UGS construction, operation and management system.     

盐穴储气库水溶建腔机理研究

盐岩腔体溶蚀过程是发生在边界层内的溶腔固壁表面与溶液之间的物质交换动态平衡过程，根据盐岩的水溶建腔机理建立数学模型，可以为盐穴储气库的水溶建腔设计提供理论依据。根据物质平衡原理及Fick扩散定律，建立了盐岩溶蚀物理模型；根据流体力学基本原理、对流扩散理论及物质平衡原理，建立了溶腔溶质传输-流体流动数学模型，可求解溶蚀过程中腔体内流体的浓度场和流动速度场分布；根据盐岩溶蚀机理研究，推导出盐岩溶解速度方程，可求解溶腔动边界。用该数学模型进行数值模拟得到的溶腔形态与物理模拟结果吻合较好，能够正确描述盐穴储气库水溶建腔的基本规律，可以用于指导水溶建腔的工程实际。图3表1参6     

华北地区含硫化氢地下储气库脱硫运行技术

为了进一步推动国内含H_2S地下储气库的优化运行,以华北地区X地下储气库为例,为防止其运行过程中采出的天然气因含H_2S引发的安全问题,提出了有针对性的脱硫运行技术对策。主要包括:井筒抗硫技术、含硫气井井口失控远程点火技术和地面H_2S处理技术。地下选用国产宝钢生产的D114.3 mm BGT1气密封型防硫化氢螺纹油管及耐压强度达34.5 MPa的井下安全阀。对含硫井口配备失控远程点火系统。在地面主要采用"活性炭+脱硫剂"分层装填脱硫塔的方式实现采出混合气体脱硫,并结合储气库井受双向压力及井底热传导效应促进硫溶解。通过摸索并实施一系列针对性的技术对策,X储气库完全自主实现零事故安全运行,为类似地下储气库的建设及运行提供了一定的参考。     

地下盐穴储气库盐岩热损伤机理

基于变质量热力学原理，建立盐穴储气库注采过程中的工程热力学分析数学模型，给出了单个注气和采气过程中温度和压力随时间变化的解析解，作为数值模拟的边界条件。根据金坛储气库的基本数据和盐岩实验研究参数，利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立单腔盐穴注采过程的温度-应力耦合模型，模拟恒定注采速率下盐腔围岩的拉伸损伤、剪切损伤和膨胀损伤分布情况，研究夹层和热应力对围岩损伤的影响。基于热应力理论，结合模拟结果分析盐穴储气库注、采气过程中围岩的热损伤机理。模拟结果表明：在热应力存在的情况下，夹层的存在促进了围岩损伤的产生，无夹层时围岩无损伤发生，有夹层时围岩存在损伤；注气过程和采气过程的损伤发生位置存在差别：注气过程损伤多发生在夹层附近的盐岩中，采气过程损伤多发生在夹层中；膨胀损伤的范围最广，且损伤范围覆盖了前2种损伤，因此实际生产过程中推荐使用膨胀损伤判据，损伤评价结果更为保守。     

气藏型地下储气库的库存量曲线特征与达容规律

中国石油天然气集团公司2010年启动的第二批地下储气库正在陆续建成投产,地下储气库开始进入达容阶段,需要提前了解和掌握地下储气库库容量的达容规律和达容特征。为此,论述了气库达容物质平衡原理、气库达容库存量曲线特征和气库达容的普遍性规律,以气藏物质平衡理论为基础,阐述了地下储气库的库容参数与压力的对应逻辑关系,建立了库容量计算方程,定义了库容参数,以国内第一批地下储气库即大港储气库群的扩容达容生产实践为依据,建立了地下储气库逐步扩容达容的库存量曲线的基本模式,从技术上论述了库存量曲线的物理意义、曲线特征、关键点参数,并介绍了应用地下储气库生产动态资料绘制库存量曲线的方法,以气库物质平衡理论结合地下储气库扩容达容的库存量曲线特征,系统总结了地下储气库由开始扩容到多周期达容的普遍规律,为指导和掌握地下储气库的扩容达容规律提供了理论知识与技术方法。     

复杂地质条件气藏储气库库容参数的预测方法

国内复杂地质条件气藏型地下储气库经过10余周期注采后工作气量仅为建库方案设计工作气量的一半,运行效率偏低。为此,利用气藏地质、动态及建库机理,建立了地下储气库注采运行剖面模型,根据气藏开发、气藏建库及稳定注采运行过程中纵向上流体的分布特征及其变化趋势,将地下储气库剖面分成4个区带(建库前纯气带、气驱水纯气带、气水过渡带及水淹带);按区带确定了影响建库有效孔隙体积的主控因素(储层物性及非均质性、水侵和应力敏感)及其量化评价方法,进一步考虑束缚水和岩石形变的影响,并引入注气驱动相,根据注采物质平衡原理建立了气藏型地下储气库库容参数预测数学模型。该模型涵盖了地质、动态及建库机理,从微观和宏观角度综合评价了影响建库空间的主控因素,大大提高了预测结果的准确度和精度,使建库技术指标设计更趋合理,目前已广泛应用于中国石油天然气集团公司气藏型地下储气库群的建设当中。     

电驱式压缩机在地下储气库注气期经济运行的优化方案

相国寺储气库为西南地区首座地下储气库,在其运营成本中,动力费占比达55%,主要耗能设备为电驱式压缩机。为降低该储气库运营过程中的用电成本,通过分析相国寺储气库运营成本及其主要影响因素,确定用电成本影响因素为压缩机功率和电价,其中影响压缩机功率的主要因素为机组压比和单机排气量。基于上述分析结果,建立注气期压缩机经济运行的优化模型,形成利用电价峰谷差错峰运行压缩机组的优化建议方案,可节约用电成本。经动态模拟计算验证,按优化方案运行机组,上游管网的压力波动范围介于0.2~0.4 MPa,上游管段的压力变化均在设计压力之内,优化方案可行。通过现场试验,管网压力波动与计算结果一致,在注气量800×10~4 m~3/d时,日节约电费3万元,可以为储气库实现"低成本发展"目标提供参考。     

含水岩层型地下储气库储气量损失研究

天然气损耗是储气库的特有参数之一,它不仅关系到储气库运行的经济特性,而且还是评价一个储气库成败的关键。论述了含水岩层类型的地下储气库的功能、优缺点、库址条件以及其储气量损失的主要原因,并在理论分析的基础上,通过实例分析证明在含水岩层类型的地下储气库中,水溶气对储气库气量损失计算是不可忽略的,并针对这一情况提出解决措施。     

Carbon dioxide injection for enhanced gas recovery and storage (reservoir simulation)

CO₂ injection for enhanced oil recovery (EOR) had been broadly investigated both physically and economically. The concept for enhanced gas recovery (EGR) is a new area under discussion that had not been studied as comprehensively as EOR. In this paper, the “Tempest” simulation software was used to create a three-dimensional reservoir model. The simulation studies were investigated under different case scenarios by using experimental data produced by Clean Gas Technology Australia (CGTA). The main purpose of this study is to illustrate the potential of enhanced natural gas recovery and CO₂ storage by re-injecting CO₂ production from the natural gas reservoir. The simulation results outlined what factors are favourable for the CO₂-EGR and storage as a function of CO₂ breakthrough in terms of optimal timing of CO₂ injection and different injection rates. After analysing the results for each case scenario, it had been concluded that CO₂ injection can be applied to increase natural gas recovery simultaneously sequestering a large amount of the injected CO₂ for this particular gas reservoir. In addition, various CO₂ costs involved in the CO₂-EGR and storage were investigated to determine whether this technique is feasible in terms of the CO₂ content in the production as a preparation stage to achieve the economic analysis for the model.     

全球地下储气库的发展趋势与驱动力

建设地下储气库是保障安全平稳供气的主要手段之一。随着全球天然气需求的增长,地下储气库的需求也将不断增长,预计到2030年全球地下储气库工作气量将达到5430×108m3。为此,分析了全球地下储气库的现状,揭示了地下储气库需求增长的5个驱动力:①各国对天然气战略储备的重视;②天然气供给方式的转变;③短期天然气贸易的需要;④管网系统进一步平衡的需要;⑤油田伴生气的储存需求。结论指出:地下储气库的需求增长主要分布在北美和欧洲,亚洲地区受天然气需求和建库地质条件的限制,在世界地下储气库总工作气量中仅占很小的份额;地下储气库的发展趋势是加大气库调峰的灵活性以满足低碳经济的需要;未来地下储气库技术主要向延长地下储气库使用寿命、减少地下储气库对环境的影响和增强地下储气库运行灵活性的方向发展。该研究成果将为中国地下储气库的建设发展提供借鉴经验和发展启示。     

凝析气藏注CO2提高采收率机理物理模拟

为深入研究凝析气藏注CO₂提高采收率机理,应用室内实验手段开展了CO₂对凝析气藏流体物性的影响实验。结果表明：注CO₂降低了凝析气的露点压力,降低幅度随注入量增加越来越大,注入0.4倍时的下降幅度达到了15.42%;CO₂注入倍数较小时,对凝析油以溶解、降黏、膨胀作用为主,凝析油膨胀体积的增量是萃取产出凝析油体积的9倍以上,溶解气油比和相对密度随注入倍数增加而增加;CO₂注入倍数较高时以萃取作用为主,生产气油比迅速增加,凝析油相对密度越来越大,采出程度达83%以上。在实际地层条件下,注CO₂开发,在远井区主要发挥降低露点压力的作用,并将露点线向产出井推移;在过渡带初期以溶解膨胀为主,压缩了该区带范围,后期主要为萃取作用,将液动线向产出井推进,缩小了近井带范围;在近井带初期主要为驱替作用形成气流通道,中后期主要为溶解、膨胀、携带和萃取作用。综合以上,凝析气藏注CO₂开发压缩了气液两相区,可大幅提高凝析气藏采收率。研究成果为凝析气藏的注CO₂开发和技术推广提供了重要的技术支撑。     

板南地下储气库断层封闭性研究

地下储气库研究中,断层封闭性强弱是影响断块建库成败的关键。采用断层走向与应力方向关系、断层的活动时期、断层两盘的岩性配置关系、断层两盘的油水关系、断块生产动态5种影响因素对板南地下储气库的断层封闭性进行定性判别,采用断层泥分布率、泥岩涂抹系数法对断层封闭性进行定量判别,确定了板南地区BG1断块断层具有良好的封闭性,并在开发应用中得到证实,为断块型地下储气库的封闭性评价提供了借鉴。     

国内地下储气库钻完井技术现状分析

国内已投入运行的储气库暴露出了环空带压问题,严重地影响了储气库安全平稳运行。为此,详细介绍了国外储气库建设在注采井寿命、钻井方式及井型、井身结构、钻进工艺、固井、完井、老井封堵和注采等方面采用的最新理念和技术。针对国内在建和拟建地下储气库的基本情况,着重分析了环空带压、井身结构、钻井施工、固井、老井处理、关键工具和装备以及规范和标准等方面存在的主要问题。结果认为：①国内储气库建设各方逐渐接受了储气层采用大尺寸井眼且储层专打的井身结构理念;②钻井应以提高固井质量为核心,把套管丝扣气密封检测、弹性水泥浆、IBC测井等先进技术应用于技术套管和生产套管固井;③要高度重视地下储气库注采井和老井的井筒完整性管理。最后指出应建立适合国内地质特点的储气库钻完井工程设计和施工技术规范;需专项研究低压储气库钻井防漏堵漏和储层保护等技术并研制油套管氦气气密封检测等装备与工具。