地下含水层储存氢气的可行性分析

目的氢气的安全、高效储存对清洁能源工业化发展具有重要意义;地下含水层分布广泛、储存潜力巨大,是安全、高效地下储存氢气的潜在体。对地下含水层储存氢气的可行性进行了分析。 方法通过调研国内外关于地下含水层储存氢气的文献,在明确氢气的物理化学性质对含水层影响的基础上,分析了现有氢气地下储存的案例,探索了多种因素对含水层储存氢气的影响。 结果碳酸盐和硫酸盐胶结物含量低的砂岩以及盖层不含方解石的地质条件更适合氢气地下储存,在富有黏土矿物的储层中储存氢气是有利的;氢气地下储存应考虑微生物的影响;二氧化碳和氮气都可以作为缓冲气体,在中国进行“双碳”目标重大战略决策的当下,应该着重进行二氧化碳作为缓冲气体的研究。 结论目前,没有地下含水层储存纯氢的实例,但是相关的数值模拟研究和影响因素分析论证了含水层中储存氢气的可行性。      

利用地下含水层储存天然气应考虑的问题

在距离油气藏地区较远的大中城市，利用地下含水层储存天然气，是目前许多国家普遍采用的方法。我国还没有建设含水层地下储库的工程实践，其研究工作刚刚开始。为此，对利用地下含水层建造天然气储气库的选址、注采井布置、试注研究、对周围可能造成的影响、钻井完井对地层的损害、注采周期如何控制气体运移和水锥进、预防水化物沉积、确定储库气体泄漏量等一系列关键技术问题进行了阐述，并对其技术特性进行了分析，拓展了我国储气库科学研究的范围，以期为在我国开展含水层地下储气库的研究和建设工作提供理论依据和一些可借鉴的经验。     

地下储能介绍和换热特点比较分析

文中介绍了地下含水储能系统的分类、结构，对各储能系统的优、缺点进行了阐述和分析，为选择不同类型的储能系统提供了依据。     

中国天然气战略储备的需求和对策

通过对世界上部分国家和地区天然气战略储备发展状况及天然气储备经验的分析，得出：①天然气地下储备优于地表储备；②直接将天然气储存于地下的成本低于以液化天然气形式的储备；③枯竭油气藏地下储气最优，含水层地下储气次之。我国2020年前天然气战略储备的需求将达到250×108m3的工作气量，面对如此巨大需求，选择合适的库址和库型是非常重要的，结合我国油气资源远离天然气消费大城市和主要富集在非均质性较强的陆相地层中的特点，提出我国未来天然气地下战略储备应以海相含水层作为主要储集空间、并考虑其它多种库型的对策，并就不同投资主体在不同类型地下储气库建设中应发挥的作用提出了建议。     

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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。     

中国含水层储气库建设的发展前景

<正>天然气地下储气库(以下简称“储气库”)是将从天然气田(藏)中采出的天然气,重新注入地下具备封闭条件的储集空间中,从而形成的一种人工气田(藏)。地下储气库主要包括气藏、盐穴、含水层和矿坑等4种类型。其中,含水层型地下储气库(以下简称“含水层储气库”)是通过高压将天然气注入具备一定储存条件的地下含水储层中,通过注气驱水形成的一种人工气藏。     

含水层型地下储气库惰性气体作垫层气的数学建模与求解

在含水层型地下储气库的建设中，为节省投资可以用惰性气体替换天然气作为垫层气。针对惰性气体与天然气的混合问题，建立了气水两相渗流模型及气体扩散模型，并以此为基础建立了二维平面有限元模型。采用半离散方法对数学模型进行了有限元方程的推导，并应用所建立的模型进行了含水层型地下储气库以惰性气体作为部分垫层气的建库过程和工业运行的模拟。     

国内外地下储库现状及工程技术发展趋势

近年来国内地下储库尤其是储气库建设取得了长足的进步，在天然气调峰安全保供中发挥了重要作用，如何利用地下储存空间提高能源利用效率和节能减排成为国内近年来一个持续攻关的热点。在介绍国内外地下储气库、盐穴储油库、压缩空气/氢气储能库、地下CO2储库和废料储库等建设及工程技术发展现状的基础上，详细阐述了地下储库工程技术的现状和存在的问题，分析了推动地下储库工程技术发展的因素，并对地下储库工程技术的发展趋势进行了展望和分析，最后给出了国内地下储库工程技术发展的认识与建议，以期对国内地下储库工程技术的发展提供借鉴和参考。      

中国地下储气库现状与发展展望

地下储气库包括枯竭油气藏、含水层、盐穴和矿坑等四种类型，经过50多年的发展已经成为一种成熟的应用技术，目前地下储气库技术正朝着以下趋势发展：①加强气库的上下游协调优化，提高储气库的协调能力；②加强地下储气库优化管理，提高储气库的利用效率；③在油藏和含水层储气库领域进行实验和摸索；④盐穴储气库建库技术将得到进一步发展。中国地下储气库技术发展已有近10年的历史，在气藏改建储气库方面技术基本成熟，但在油藏改建储气库、含水层建设储气库和盐穴建库方面还存在着技术不完善等方面的不足。由于中国主要天然气消费区建库目标资源缺乏，因而储气库的建设在技术和建库目标资源两个方面还存在一定的挑战。未来15年内，中国的天然气需求激增将促进储气库需求量的不断加大，预计将有300×10⁸m³工作气的储气库建库需求量，应在满足调峰和应急供气的基础上向战略储备延伸，并在中国中东部形成区域协调的地下储气库群。     

东营凹陷压实水水动力特征

压实流盆地被认为是具有离心流模式的地下水流系统。通过对东营凹陷的压实排水方向、速度、压降分布等方面进行研究发现，该盆地的压实水流形式有别于一般的克拉通内坳陷盆地的离心流形式，其特点体现了断陷盆地的特色。特别是提出了关于压实流盆地连通含水层内压降十分微小的结论，它将有助于加深对压实流盆地含水层内油气侧向二次运移的驱动机制的认识。     

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。     

地下储气库建设技术研究现状及建议

为了及时把握地下储气库建设技术研究现状,系统地梳理了枯竭油气藏储气库、盐穴储气库、含水层构造储气库的建设及垫底气的设计、提高地下储气库有效储量和生产能力的相关技术、地面系统自动化控制等地下储气库通用技术研究现状及其应用情况。结论认为,我国地下储气库建设技术的研究现状可概括为：国内枯竭气藏建库技术基本成熟;枯竭油藏建库技术尚在摸索之中;盐穴储气库建库技术取得了长足的进步;含水层构造储气库的研究才刚起步。进而提出了我国今后一段时期地下储气库建设的相关建议：①枯竭油气藏仍是我国地下储气库建设的主要类型,应关注相关技术的发展;②盐穴储气库的相关技术需要持续关注,但应当将主要研究力量放在相对薄弱的技术环节上;③我国含水层构造储气库的建设应学习、消化国外相关技术,针对具体的地质条件,加快对注排机理、渗透机理、建库方式、建库周期、井网部署、方案设计和施工技术等的研究;④应高度重视地下储气库建设相关标准、规范的建立;⑤应高度重视地下储气库运行的风险管理。     

裂缝性底水油藏储气库最大工作气量的预测方法

利用华北油田水驱开发晚期裂缝性碳酸盐岩块状底水油藏改建大型地下储气库，对保障京、津、冀等地区安全、平稳供气，具有重要意义。虽然前期对华北任11井裂缝性碳酸盐岩块状底水油藏改建地下储气库的可行性已开展了相关研究工作，但没有解决工作气量、气垫气量优化评价的关键技术问题。文章通过借鉴国外含水层储气库注采运行的经验，在物质平衡原理基础上，提出了描述裂缝性碳酸盐岩块状底水油藏改建地下储气库工作气量预测的数学模型。该模型能较准确地预测随油气界面下移，气库能达到的最大工作气量和相应气垫气量。通过实例求解得出注气增压系数对工作气量及其在库容量中所占的比例影响较大。随着注气增压系数的增大，工作气量及所占的比例迅速增加，气库效率随之提高，因此，提高注气增压系数是提高裂缝性碳酸盐岩块状底水油藏储气库效益的重要途径。     

斯内克河东部平原玄武岩地层岩性的测井评价

爱达荷国家工程实验室（以下简称ＩＮＥＬ）的所在地存放过或处理过大量有害和有放射性的混合废料。另外，许多ＩＮＥＬ工厂经常产生或潜在产生大量的这种废料。ＩＮＥＬ位于斯内克河含水层的上面，地下水积聚量大、产出程度高。因为ＩＮＥＬ含水层和渗流层的状况正在恶化，许多污染物正潜在地污染含水层，因此需要人们去研究了解地下饱和层和未饱和层的岩性。对地层岩性的了解能加强人们对危害人类健康和环境潜在威胁的评价认识，并     

通过地下水文学研究评估含水层储气库盖层密封性

随着天然气需求的快速增长,在缺乏油气圈闭的地区利用含水层进行天然气地下存储也是一种应对办法,而确定盖层的密封性则是评估含水层,建设储气库可行性的关键问题之一。因此,综合国外开展的研究与实践情况,对含水层储气库盖层密封性研究的系列技术进行了阐述、分析及应用。结果表明:(1)建库前,通过测量含水层静压头变化,并与地层水样分析相结合,可以大致评估盖层密封性;(2)从含水层中抽水,观察含水层压力变化,当盖层不发生泄漏时,符合Theis函数模型;当盖层发生泄漏时,符合Hantush函数模型;(3)当盖层泄漏量较小时,仅靠观察含水层的压力变化无法精确判断盖层的泄漏程度,需利用有限差分模型,将含水层和盖层作为一个整体进行分析研究。经过实际应用,结论认为:含水层中压力的变化受到中等盖层泄露的影响并不明显,盖层中压力的变化是判断泄露程度的重要指标。     

在有害废弃物注入井中时用地震数据探测地下断层:路易斯安那州St.John和the Baptist Parish地区的实例研究

Covington含水层是路易斯安那东St.John和the Baptist Parish地区的主要饮水源。Herbert和Hanson(1991)在地下地质研究中曾指出,该含水层可 能与两个有害的废弃物注入层间呈液压连通。因此,Covington淡水层处于被污染的危险之中。有一个实例研究说明了如何用地震反射和电测井数据来确定     

京津冀地区断陷盆地含水层储气库评价体系及目标优选

中国京津冀地区对利用含水层建设储气库有重大需求,但是利用含水层建设储气库投资大、风险高,在中国尚无先例,特别是在京津冀所处的断陷盆地中,由于地质构造复杂,建库风险更大。以京津冀地区断陷盆地含水层构造为研究对象,系统分析了圈闭、储层、盖层、断层等不同地质参数对含水层储气库的影响,选取了否定性、能力型、控制型、经济性等4个关键因素,对照法国等国外建设含水层储气库的成功经验,建立了京津冀断陷盆地建设含水层储气库圈闭目标优选的多层次、多指标综合评价体系,并运用层析分析法确定了不同指标的权重,对京津冀地区断陷盆地11个初选圈闭目标进行评价排序,优选出了大5石盒子组、孙虎孔店组、大参2奥陶系潜山等3个适宜改建地下储气库的含水层构造。文章是在国内首次开展的水层目标勘探生产实施评价基础上形成的,对于复杂地质条件下的含水层储气库选址具有一定的指导意义。     

盐穴地下储气库风险评估方法及应用研究

随着我国地下储气库的建设投入逐步加大，如何有效防止地下储气库事故发生，在增强其运行安全性的同时合理利用资源，以获取最大经济效益，已成为储气库管理者重点关注的问题。为此，以盐穴地下储气库作为研究对象，将其划分为地下储气设施、地面站场设施和地面集输管线3个评价单元，采用系统分析和事故分析的综合分析方法，将该类储气库风险因素归类为腐蚀、冲蚀、水合物生成、设备失效、操作相关、机械损伤、地质构造因素以及自然力8类共性风险，包括14大类和45小类风险因素；研究建立了盐穴地下储气库风险评估方法，包括基于故障树技术的地下储气设施风险评估方法、地面站场设施的定量风险评估方法和地面集输管线的肯特管道风险评分法；并将建立的盐穴地下储气库风险评估方法应用于某盐穴地下储气库的风险评估，为盐穴地下储气库安全管理提供了依据，同时可为枯竭油气藏型和含水层型储气库的安全管理提供参考。     

“西气东输”二线调峰应急问题探讨

西气东输二线（以下简称西二线）作为中国第一条跨国长输天然气管道，面临储气调峰的问题。作为保障安全供气的储气库系统，与西二线输量相匹配的储气库系统年周转气规模应达到其输气量的10%～20％，即年工作气规模应该在30×10⁸ m³以上。西二线管道线路长，安全保障要求高，因此调峰手段和方式也应该多样化。针对西二线的主要调峰和储气手段应为地下储气库和LNG，应急保障手段应可以考虑利用中国西部气田进行应急供气。储气库选址应尽量靠近管道下游，应以气藏、含水层和盐穴为主，尤其在南方中小型沉积盆地中的储气库选址重点考虑含水层储气库。LNG应尽量选择在管道末端的下游，可以与地下储气库相结合，确保西二线的安全平稳运行。     

高含水层油砂SAGD相似物理模拟实验

SAGD开发油砂过程中，储层内存在的高含水层极大影响了正常的蒸汽腔扩展特征和开发动态。采用三维物理模拟实验，开展了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展动态及开发特征研究。首先基于Forchheimer定律约束，提出了相似理论设计中三维模型渗透率的校正方法，进而通过相似模型设计，开展了均质及高含水层油砂SAGD的三维物理模拟实验，对比分析了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展模式，表征了高含水层对油砂SAGD生产动态的影响。其次，基于该物理模型参数，建立了实验室尺度的数值模拟模型，通过数值反演，分析了高含水层厚度及含水饱和度的影响。最后，提出了优质储层体积比和汽腔横向扩展比两个评价指标。在此基础上，评价分析了高含水层对SAGD开发的负面效应，建立了高含水层油砂SAGD开发的界限图版。结果显示，高含水层的存在会导致SAGD汽腔前缘的温度突降，汽腔体积缩小。相比均质油砂储层，高含水层油砂SAGD的汽腔发育包括上升期、水体影响期、二次上升期、横向扩展期及衰竭期5个阶段。高含水层厚度和含水饱和度对油砂SAGD的开发动态具有一定负面影响，所建立的SAGD界限图版可用于有效评价高含水层对油砂SAGD开发效果的影响。