热力耦合作用下地下盐岩储气库注采运行稳定性研究

在地下盐岩储气库注采运行过程中,因腔内气体压力和温度变化而产生的地层压力和热应力变化,会影响腔体围岩的稳定,从而影响整个储气库的稳定性。为探究热力耦合条件下地下盐岩储气库运行的稳定性,建立了储气库腔体温度和压力计算模型,对不同注采速率和注采时间的腔体温度和压力进行计算,将计算值作为数值模拟的边界条件,运用FLAC 3D软件模拟注采过程中的腔体稳定性变化情况。结果表明：如果只考虑压力的影响（压力作用）,则腔体在注采过程中只发生剪切损伤;如果同时考虑压力和温度影响（热力耦合作用）,则腔体在注气过程中会产生剪切损伤,在采气过程中会产生拉张损伤、剪切损伤和膨胀损伤。研究成果对地下盐岩储气库运行安全管理具有一定的指导意义。     

枯竭气藏型地下储气库的注采动态数值模拟

建立地下储气库是缓解国内天然气供需矛盾的一种较为安全、有效、持久的方法。以天然气的连续性方程为基础,采用隐式有限差分方法,研究枯竭气藏地下储气库的运行情况,用追赶法求出定产量生产方式下天然气流动方程的数值解,给出改建为储气库气藏的优选方法,以此确定循环注采的设计思路。     

盐穴地下储气库注采热工性能模拟

储气库在建造和运行时，一方面溶腔内气体通过自然对流与周围盐层进行热交换，与周围盐层壁面形成不稳态导热温度场；另一方面连续注采循环，使腔内气体压力、温度发生变化，特别是在连续采气时，降压的焦耳-汤姆逊效应极易使井口气体压力和温度进入生成水化物的危险范围，因此动态确定盐穴储气库注采天然气时的热工特性变化十分必要。为此，根据热力学、传热学和流体力学理论，针对注采过程天然气在井筒流动和溶腔内传热过程的特点，将井筒、溶腔和周围盐层视为一个系统，提出了描述注采动态工程相互耦合的数学模型及其求解方法，并开发了相应的数值计算软件。该软件可预测盐穴地下储气库在连续注采气过程中，溶腔内及井筒顶、底部气体的压力和温度，并判断水化物形成的危险范围等。研究成果能对盐穴地下储气库的建造和技术特性做出预测分析，对其运行工况给予指导，并对注采气地面系统的优化设计提供理论分析依据。     

大港油田驴驹河储气库注采渗流机理研究

为深入研究大港油田板桥地区储气库在多周期注采过程中气水两相流体的渗流规律,以该地区驴驹河储气库储层岩心为对象,开展储层流体相渗特征及储层注采模拟岩心渗流特征实验研究。结果表明：经过多次气水交互驱替实验后,出现气水相渗滞后现象,孔隙系统中部分区域孔喉微小,导致相渗滞后现象更为明显;建库储层在周期性注采过程中,气驱水纯气带受膨胀携液作用影响,储气空间增加;气水过渡带受气水互锁作用影响,气相渗流及动用率降低。该研究可为驴驹河储气库开发动态分析、预测、调整、提高采收率、设计库容参数以及安全运行提供科学依据,也为后期储气库数值模拟研究分析奠定基础,达到准确评价与预测储气库产能的目的。     

地下储气库注采管柱密封试验研究

为了研究注采管柱在交变载荷下的密封性能,评价注采管柱气密封螺纹对储气库井工况的适用性,通过研究储气库井工况下注采管柱所受载荷的变化情况,在实验室内进行注采管柱气密封循环试验。以177.80 mm×9.19 mm的气密封螺纹套管为例,按标准密封循环试验和多周次气密封循环试验分别进行。试验结果表明,依据API RP 5C5标准进行的套管气密封试验不满足储气库井多次注采作业和压力的变化需求;在拉伸-压缩载荷交变循环过程中,注采管柱在注采压力下的耐压缩能力较低,且经过多周次交变循环后其额定密封承载能力下降。     

储气库干化盐析效应量化表征及干化扩展范围预测方法

储气库注采过程中存在近井地带干化盐析的问题,不仅影响储气库的注采能力,甚至影响储气库稳定运行及运行年限。文中基于BL经典分流理论及气水渗流规律,建立了储气库干化盐析效应量化表征数学模型及盐堵损伤量化评估方法,解决了储气库干化问题关键参数的量化表征及干化扩展范围的预测难题。研究结果表明：理论推导的盐饱和度、盐析出量是评估储层盐堵的重要表征参数,与储层温压条件、流体性质及气水相对渗透率等有密切的关系;储气库注采循环过程会导致干化扩展范围逐渐由近井向远井发展,仅依靠注入端短时间注水来解除近井堵塞,可能无法有效恢复地层孔隙度、渗透率及天然气注采能力;基于文中建立的数学模型得到的研究结论与前人实验研究结论具有较好的一致性。文中研究成果不仅具有较好的现场应用价值,而且对干化盐析现象的理论研究以及干化盐析机理的认识具有指导意义。     

含水层型地下储气库天然气动态运移规律

根据含水层型地下储气库储层高度与面积相比很小的特点,建立了含水层型地下储气库天然气动态运移的积分平均模型。利用该模型计算了国内某拟建含水层型地下储气库天然气动态运移过程中注气点含气饱和度和压力随时间的变化规律,对比了本文模型与传统二维渗流和三维渗流数学模型的计算精度,研究了天然气动态运移过程中储层厚度、储层渗透率、注气速率和排水量等参数对注气点压力的影响。结果表明：本文建立的积分平均模型具有较高的计算精度,可以满足工程计算要求;注气点压力随着储层厚度、渗透率和排水量的增加呈非线性降低,随着注气速率的增加呈非线性增加。     

大张坨储气库储层注采渗流特征研究

大张坨地下储气库是陕京输气管道的配套工程，保障天然气的调峰需要和供气安全，是由一个正在进行循环注气开发的凝析气藏改建而成的。为了保证地下储气库的长期使用寿命，需要研究在反复强注强采过程中气层的孔渗变化情况，为此开展了不同覆压条件下的孔隙度和渗透率反复测试实验和气水往复驱替实验。不同覆压孔渗测试实验结果证实,在储气库运行压力变化范围内孔隙度和渗透率变化幅度不大，而且这种变化基本上是可逆的。气水往复驱替实验结果证实，在气水两相反复驱替过程中气相有效渗透率呈下降的趋势，而且随着驱替次数的增加，两相共流区缩小，残余水下的气相渗透率和残余气下的水相渗透率都呈下降趋势。因此，只要将注采井选择在气藏构造的高部位，就能控制气水两相反复驱替造成的储层渗透率降低，这样不仅能够实现少井高产的目的，而且能够保证该储气库正常使用。这得到储气库运行实践的佐证。     

考虑安全稳定运行的大型枯竭气藏储气库注采优化

大型枯竭气藏储气库通常含有多个注采区块,区块间地层压差过高会破坏储层的稳定性。为实现注采过程中地层压力均衡变化,以各周期区块间地层压力方差值最小化为目标函数建立优化模型。该模型将数学优化技术与储气库安全稳定性问题进行了结合,并以各区块开井数和单井注采气量为决策变量,以储气库注采气总量、最大单井注采气量、最大区块地层压力等为约束条件。将所建立的优化模型应用于文23大型枯竭气藏储气库,成功求解了该储气库在年工作气量为30×10⁸m³/a条件下的优化注采方案。研究结果表明,所获得的优化注采方案在满足储气库注采气量要求的前提下,不仅能够降低各区块间地层压差,实现储气库整体地层压力的均衡变化,还能有效避免极端高压区块的出现,进一步保障了储气库的安全稳定运行。该研究成果对储气库注采运行方案的设计具有一定的指导意义。     

储气库注采过程中有效应力变化模拟试验

储气库周期注采过程中有效应力变化会使储层发生应力敏感,为了了解应力敏感对储气库储层渗透率的影响程度,为优化储气库注采制度提供依据,开展了考虑与不考虑有效应力作用时间的碳酸盐岩应力敏感试验,测试了试验过程中岩样的渗透率,并运用扫描电镜等手段,观测了考虑有效应力作用时间试验前后岩样裂缝的壁面。试验结果表明:不考虑有效应力作用时间时,碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为弱—中等偏弱和无;考虑有效应力作用时间时,碳酸盐岩裂缝岩样和基块岩样的应力敏感程度分别为中等偏强和弱;随着有效应力作用时间增长,岩石裂缝壁面微凸体的破碎与微裂纹的萌生和扩展会强化岩样的应力敏感性。研究表明,为了弱化储气库储层的应力敏感程度,应合理控制储气库的注采压力。     

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地下储气库在燃气的开发和利用过程中担当重要角色,可以优化供气系统,满足天然气调峰、事故应急和战略储备,用作一种潜在的价格套利与贸易保值的工具等,具有其它储设施无法比拟的优势。地下储气库调峰量占当年气量的11％。建造地下储气库应当首选枯竭的油气藏,但对一些无此地质条件的地区来说,则应首先考虑利用地下含水层来建造储气库。尤其对“西气东输”工程所经过的长江三角洲地区来说,选择利用含水层储气方案是适宜的,从外国引进天然气,也必须会涉及到用含水层储气的问题。文章就如何利用地下含水层建造储气库的基本内容和研究方向进行系统、简要的论述。     

The Optimization of Underground Gas Storage in a Partially Depleted Gas Reservoir

Abstract

Underground gas storage (UGS) is a well-known technology to supply variable demand of natural gas market. The objective of this work is to demonstrate the feasibility of UGS development in an Iranian depleted fractured gas reservoir. For this purpose, gas demand analysis was conducted based on yearly consumption, and the peak condition demand was obtained. Then, a full-field multicomponent reservoir model was constructed based on the rock and fluid data and comprehensive production history. A modified Peng-Robinson equation was used to estimate the phase behavior of the reservoir and injection fluid. The compositional model was verified through performing history matching on gas production rate.

After history matching, an injection/withdrawal (I/W) schedule was designed to meet necessary gas consumption. Production scenarios were conducted to obtain optimum operating conditions for this reservoir. It was determined that at least four new wells are required to establish successful UGS plan to meet the target withdrawal rate. Results show that the use of a horizontal well is superior to a vertical well because of less water production during storage cycles. Water cut, productivity, and injectivity indexes of individual wells were considered as prominent factors to find the optimum well pattern, using a connection transmissibility factor to compare the capacity of each well to produce. In addition to constant I/W rate, a variable I/W rate scenario was proposed whose result showed no difference compare to the results obtained in previous runs.

Results show that the reservoir under study is capable of providing peak gas consumption during the cold months in Iran.     

地下储气库的优化管理

近年来 ,大量的科技开发使天然气的地下储存成为天然气工业中一个效率很高的部门。在天然气工业系统中有 2 2个地下储气库在发挥着作用 ,其中有些储气库 ,如北斯塔夫拉波尔储气库是独一无二的。俄罗斯还在较短时间内建造了世界上最大的含水层储气库——卡西莫夫储气库。对不稳定地层 -储层的加固广泛采用了现代方法 ,开发出了采用大口径气举管的气井建设与操作工艺。卡西莫夫地下储气库的气井采用了直径为 16 8mm的自喷管 ,使气井产量大大高于 2 40 0 m3/d的设计产量 ,达到 70 0 0～ 90 0 0 m3/d。开发出了水平井的钻井工艺。库雪夫地下储气…     

板桥凝析气田地下储气库建造技术

介绍了大港油田地下储气库建设中运用的圈闭有效性评价技术、地下储气库原始库容量和储气库容量指标评价方法、井数和油管尺寸优化技术、多功能注采一体化管柱设计技术、过油管射孔技术等。同时,总结了地下储气库地面建设特点和配套技术研究的成果。为今后国内同类型油气藏地下储气库建设提供有用的资料,有助于提高我国利用砂岩油气藏建设地下储气库的总体设计技术水平。     

凝析气藏改建地下储气库的研究与实践

地下储气库对调节冬夏季节天然气供需矛盾、保障用户需求优化集输系统功能有重要作用。地下储气库建设在国外已有百余年的历史.而我国尚处于起步阶段。随着陕气进京及北京.蓝天工程"项目的实施。保障北京用气已成为供气方首要解决的问题。在对地下储 气库概念及原理进行阐述的基础上、提出 了建立地下储气库应具备的首要条件。通过国内外有关资料的调研分析.总结出地下储气库建库地质筛选原则同时以大港油田凝析气藏地下储气库建设方案为例、介绍了地下储气库设计依据、设计原理及储气库运行方案优化。     

凝析气藏改建地下储气库的研究与实践

地下储气库对调节冬夏季节天然气供需矛盾、保障用户需求优化集输系统功能有重要作用。地下储气库建设在国外已有百余年的历史.而我国尚处于起步阶段。随着陕气进京及北京.蓝天工程"项目的实施。保障北京用气已成为供气方首要解决的问题。在对地下储 气库概念及原理进行阐述的基础上、提出 了建立地下储气库应具备的首要条件。通过国内外有关资料的调研分析.总结出地下储气库建库地质筛选原则同时以大港油田凝析气藏地下储气库建设方案为例、介绍了地下储气库设计依据、设计原理及储气库运行方案优化。     

枯竭油气藏型地下储气库库址优选研究

天然气地下储气库能够解决天然气供应与消费之间的矛盾。由于天然气地下储气库库址的确定具有多目标性,因此在选择和建设天然气地下储气库前期必须对储气库库址进行充分的技术和工程论证。文章针对枯竭油气藏型天然气地下储气库的特点,在研究确定枯竭油气藏型天然气地下储气库库址优选原则的基础上,采用模糊数学中的综合评判方法,对天然气地下储气库库址进行综合评判,得到了最优库址。确定了油气藏剩余价值、储层发育情况、储层埋深、储层厚度、盖层性质及厚度、储层孔隙度、储层渗透率和储气库容量8项评价因素,通过计算实例,验证了采用综合评判法优选枯竭油气藏型天然气储气库库址的可行性。     

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我国的西气东输工程从新疆塔里木油田到上海，管线长度达4000公里，为确保对长江三角洲地区安全稳定的供气，就必须在长江三角洲地区建设地下储气库，从而保证在管线故障期间应急供气，同时利用地下储气库调节冬季和夏季用气量的差异，保证长输管线的高效、平稳运行。在长江三角洲地区经地库址选择，目前准备将常州盆地的金坛盐矿用以建设地下储气库。盐穴地下储气库主要选择在盐层或盐兵上，利用水溶方式形成地下溶腔进行储气，选择合适的建库地址要结合地质、水、工程等诸多因素，造腔过程中需要采取一系列控制技术，在造腔过程中还要及时采取声纳测井技术进行跟踪监测，造腔过程的检测及腔体完成后的密封安全性检测是气库能否投入运行的关键。     

盐穴型地下储气库注采井造腔工艺

目前国内乃至世界其他国家在储气库建设中都是在枯竭油气层的基础上建设的,而江苏金坛盐穴型地下储气库是我国乃至亚洲第一个利用可溶盐层地下造腔工艺完成的盐穴型储气库。简述了盐穴型地下储气库造腔工艺、施工工序及造腔施工的五个阶段,为我国在未来几年建设四大区域性联网协调的储气库群探索出一条成功的盐穴型地下储气库注采井造腔经验。