1、 西气东输盐穴储气库 注采气集输系统工艺优化研究科研项目成果报告西南石油大学储运研究所2013-06-25西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺优化研究项目负责人：杨海军 黄坤报告编写人员：黄坤 吴晓南 陈利琼 卢泓方 鲜燕 刘源海主要研究人员：黄坤 吴晓南 陈利琼 卢泓方 鲜燕 刘源海储气库项目组参编人员：杨海军 李龙 方亮 程林 王伟项目起止日期：2012 年 5 月 30 日2013 年 3 月 31 日西南石油大学储运研究所2013-6-25西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告I目录1 总论
2、11.1 研究背景及目的 11.2 研究主要内容 11.3 研究思路 21.4 预期成果与关键技术 22 盐穴地下储气库现状 42.1 建设地下储气库的作用与意义 42.2 地下储气库的主要类型 52.3 盐穴地下储气库 72.3.1 盐穴地下储气库特点及建设条件 72.3.2 盐穴地下储气库历史 92.3.3 盐穴地下储气库现状 102.3.4 地下储气库发展趋势 143 金坛储气库注采气集输系统现状 .173.1 金坛储气库概况 173.2 金坛储气库注采集输系统组成 183.2.1 井场和集配气阀组部分 .183.2.2 注采站部分 183.2.3 集输管道 183.3 金坛储气库注采集
3、输工艺 193.3.1 总工艺流程 .193.3.2 各单元工艺流程 .203.4 金坛储气库注采集输工艺特点 .213.5 存在问题及建议 224 盐穴储气库地面注采集输工艺优化 24西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告II4.1 盐穴储气库注采工艺概述 .244.1.1 注气工艺 .244.1.2 采气工艺 .254.2 单井注采集输工艺 .264.2.1 单井注气工艺 .264.2.2 单井采气工艺 .274.3 注采站工艺 .284.3.1 进站区工艺 .284.3.2 过滤分离区工艺 .284.3.3 计量区工艺 .334.3.4 增压区工艺 384.3.5 脱水区工艺 46
4、4.3.6 污水区工艺 484.4 水合物防止工艺 .484.4.1 水合物生成判定 .484.4.2 水合物的生成区间预测 .494.4.3 水合物生成的影响因素 .504.4.4 水合物防止措施 .505 金坛储气库注采集输工艺优化 .535.1 单井注采集输工艺优化 .535.1.1 单井工艺现状 .535.1.2 单井工艺优化 .555.2 注采站工艺优化 .695.2.1 注采站工艺现状 .695.2.2 注采站工艺优化 .705.3 水合物防止工艺研究优化 .805.3.1 水合物防止工艺现状 .805.3.2 抑制剂注入量优化 .805.4 注采集输系统管材管型优化 .85西气东
5、输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告III5.4.1 管材管型现状 .855.4.2 管材管型优化 .896 金坛储气库注气排卤工艺 .926.1 造腔工艺 .926.2 造腔采卤站工艺 .936. 3 注气排卤 936.3.1 卤水闪蒸罐设计 .956.3.2 输卤泵型号选择 .957 金坛储气库井场工艺设备橇装化研究 .987.1 橇装设备现状与发展 997.2 橇装设备设计依据及要求 1007.2.1 工艺设备橇装化的优越性 1007.2.2 橇装模块化与现场安装固定设备的经济性比较 1017.3 井场注采气橇装设备 1037.4 井场注气排卤橇装设备 1128 金坛储气库自控系统 .
6、1188.1 金坛地下储气库自控系统概述 1188.2 金坛地下储气库自动控制水平 1198.3 井场主要检测控制方案 1198.4 井场自动化控制系统组成及功能 1198.4.1 井场远程终端装置 1208.4.2 地面造腔配套部分控制系统 1208.5 主要仪表选型 1209 结论 .122参考文献 124西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告11 总论1.1 研究背景及目的金坛盐穴地下储气库是我国第一座盐穴储气库，2007 年 5 口已有溶腔经过改造后投产运行至今,运行期间盐穴库状态良好,没有重大事故发生。该储气库已建成并投入使用 7 年，2012 年将新增 4 口新井投入注气排卤
7、。储气库目前运行基本正常，建成部分（包括西注采气站、5 口老腔井场、东注水站等）基本能达到设计使用要求。但由于该储气库属于我国第一座盐穴地下储气库，且建设和运行同步进行，为提高我国盐穴地下储气库地面工艺建设水平，有必要结合该库对如下问题进行研究：（1）结合该库地面集输工艺现状及存在问题，系统研究盐穴地下储气库适宜的地面集输工艺，包括注采工艺、增压工艺、脱水工艺等关键工艺。（2）总结该库注气排卤工艺，为后续造腔提供技术支持和参考。（3）结合储气库注采单井分布广，且单井工程量小，同时考虑到其分批建设，有必要对单井工艺进行优化，重点对单井工艺的标准化、橇装化和集成化进行研究，减少现场施工量，节省投资
8、，实现快速建井，快速投产的要求。本研究可为完善和发展盐穴型地下储气库工艺提供技术参考，研究成果可直接用于现场，从而有效减少设备投资、降低生产成本、提高地下储气库的注采效率，提高储气库设备的安全性和可靠性，进一步提高储气库的经济和社会效益。同时，本研究方法与成果对解决国内其它地区的类似问题，也具有一定借鉴作用。1.2 研究主要内容1）调研收集国内外盐穴储气库地面集输工艺（1）调研国内外盐穴储气库地面集输工艺流程；（2）分析盐穴储气库注气排卤及注采气工艺流程；（3）分析工艺流程中主要设备橇装化设计的现状。2）分析金坛地下储气库地面集输工艺现状西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告23）储气库
9、地面集输工艺优化对金坛储气库地面集输工艺进行工艺方案优化、设备优选。4）结合前期研究内容对井场计量、自动控制、视频控制等系统进行集中布置5）针对工艺流程特点，完成工艺橇装，实现模块化运行1.3 研究思路1.4 预期成果与关键技术通过本研究，优化储气库地面集输工艺，实现主要工艺设备设施橇装化、模块化设计和建设，缩短建设周期，减少项目投资，提高生产运行可靠性。主要完成：（1）储气库注采气集输系统工艺优化研究报告 1 份；（2）井场注采气工艺流程图纸 1 份；西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告3（3）井场注采气集输工艺橇装安装图纸 1 份；（4）申请专利 1 项。西气东输盐穴储气库注采气集
10、输系统工艺研究报告42 盐穴地下储气库现状地下储气库是将从气田采出的天然气重新注入至地下可保存气体的空间而形成的一种人工气田或气藏。地下储气库主要建设在气源或目标市场（天然气用户）附近。2.1 建设地下储气库的作用与意义地下储气库储气是当今世界上主要的天然气储存方式，在世界天然气储存设施总容量中，地下储气库的容量在 90%以上。储存的天然气主要用于满足用气的季节波动和日波动对供气的要求，保证用气高峰期的用气量，同时也可以作为供气系统发生事故时的应急储备以及国家的战略储备。为了使地下储气库能及时对用气量的变化作出反应，用于调峰的地下储气库通常建在用气负荷中心附近，特别是受管道输气能力限制而供气不
11、足时地下储气库必须建在输气管道的末端附近才能正常发挥作用。其主要作用及意义如下：（1）协调供求关系与调峰。缓解因各类用户对天然气需求量的不同和负荷变化而带来的供气不均衡性。（2）实施战略储备，保证供气的可靠性和连续性。当供气中断时地下储气库可作为补充气源，抽取天然气,保证供气的连续性和提高供气的可靠性。（3）提高输气效率，降低输气成本。地下储气库可使天然气生产系统的操作和输气管网的运行不受天然气消费不均衡性的影响,有助于实现均衡性生产和作业；有助于充分利用输气设施的能力，提高管网的利用系数和输气效率，降低输气成本。（4）影响气价，实现价格套利。供气与用气双方都可从天然气季节性或月差价中实现价格
12、套利，从价格波动中获取可观的利润。供气方：天然气低价时储气不售或增加储气量，待用气高峰、价格上涨时售出；用气方：天然气低价购进储存，待冬季或用气高峰、气价上涨时抽出使用(避免高价购气)或出租储气库。西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告5（5）提供应急服务。可对临时用户或长期用户临时增加的需气量提供应急供气服务 1。在作为季节调峰、应急和战略储备方面, 地下储气库较其它调峰方式具有更大的优势。地面储罐储气和管道储气的储气量小, 只适用于城市昼夜或小时调峰用, 建设投资高、安全性低, 应用范围和规模都较小。 地下储气库和LNG储库的投资都比地面储罐小。地下储气库和LNG储库的储气量大 ,
13、都可以作为季节调峰、应急和战略储备使用。地下储气库相对于LNG储库储存量大，可以快采、快注，机动性强，外输量相对较大，调峰范围广。地下储气库虽然一次性投资大，但运行费用比LNG储库低, 地下储气库的安全性要远远高于其他几种调峰方式。 在供气调峰方式的选择上,储气罐和输气管道末端具有调节灵活、操作方便的特点, 是目前解决城市燃气昼夜和小时不均衡性的主要方式; 对于城市月高峰用气, 利用城市燃气管网系统、储气罐、输气管道末端和建有 LNG 接收站设施共同完成。地下储气库容量大, 安全性高, 特别是含水层储气库和盐穴库储气库在我国分布较广, 适合季节性调峰。2.2 地下储气库的主要类型 （1）按地质
14、条件分类按地质条件可将天然气地下储气库分为：枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿坑储气库。储气库类型示意图见图 2-1，全球储气库类型分布比例见表 2-1。 油气藏型 含水型 盐穴型 废弃矿型图 2-1 储气库类型示意图西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告6表 2-1 全球储气库类型比例气藏型 油藏型 水层 盐穴 废弃矿坑和岩洞型78% 5% 12% 5% 0.1%（2）按用途分类 2按用途可将天然气地下储气库分为基地型储气库、调峰型储气库、和储气型储气库。基地型储气库主要用来调节和缓解大型消费中心天然气需求量的季节性不均衡性，因此又叫做季节性储气库。这种储气库的容量比较
15、大，按日最大抽气量计，其有效气量可供抽气 50100d。调峰型储气库主要用作昼夜、小时等高峰耗气调峰。截至 2009 年（第 24 届世界天然气大会） ，世界共有 36 个国家和地区建设有 630 座地储气库，地下储气库总的工作气量为 3530108m3，约占全球天然气消费量 3108m3 的 11.7%。与 2005 年 3330108m3 的工作气量相比，5 年间全球地下储气库工作气量增加了 200108m。美国、俄罗斯、乌克兰、德国、意大利、加拿大、法国仍然是传统的储气库大国，其地下储气库工作气量约占全球地下储气库总工作气量的 85%，世界主要地区地下储气库总工作气量分布见图 2-2，世
16、界储气库工作气量排前十位的国家储气库类型见表 2-1。 拉 丁 美 洲 0.3%独 联 体 39%北 美 36%西 亚 /亚 太 0.8%欧 洲 24%拉 丁 美 洲独 联 体北 美西 亚 亚 太 欧 洲 拉 丁 美 洲独 联 体北 美西 亚 亚 太 欧 洲图 2-2 世界各地区储气库工作气量分布西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告7表 2-2 世界储气库工作气量排前十位的国家国家储气库数量（座） 总工作气量（10 8m3）总数 油气藏 盐穴 含水层美国 389 307 31 51 1106.74俄罗斯 22 15 7 955.91乌克兰 13 11 2 318.80德国 46 15
17、23 7 203.15意大利 11 11 167.55加拿大 52 43 9 164.13法国 3 3 12 1191.3荷兰 3 3 50乌兹别克斯坦 3 3 46哈萨克 3 1 3 42*俄罗斯工作气量中含 300 亿方的战略储备2.3 盐穴地下储气库2.3.1 盐穴地下储气库特点及建设条件1）盐穴储气库特点盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层或盐采用人工方式在盐层或盐丘中 通过水溶形成洞储存空间来存储天然气，其示意图见图2-3。盐穴储气库具有以下优点：西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告8图 2-3 盐穴型地下储气库示意图（1）构造完整、夹层少、厚度大、物性好、结构坚实、可在储集构
18、造上建较大的溶腔。（2）非渗透性好。对液态和气态的碳氢物质都可以完好地储存,不易流失。（3）可缩性强、密封性好以及被水溶蚀之后容易开采。（4）产气能力相对较高，注气时间短，垫层气用量少，储气无泄漏，调速快，调峰能力强，能快速完成抽气注气循环，一年中注采循环可达46次，最适合季节调峰。不同类型储气库特征见表2-3。表 2-3 不同类型储气库特征类型 储存介质 储存方法 工作原理 优越性 缺点 用途枯竭油气藏原始饱和油气水的孔隙性渗透底层由注入气体把原始液体加压并驱离气体压缩膨胀及液体的可压缩性结合流动特点注入采出。出气量大，可利用油气田原有设施地面处理要求高，垫气量大，部分垫气无法回收。季节调峰
19、与战略储备含水层原始饱和水的孔隙性渗透底层由注入气体把原始液体加压并驱离气体压缩膨胀及液体的可压缩性结合流动特点注入采出。储气量大勘探风险大、垫气不能完全回收。季节调峰与战略储备盐穴利用水溶形成的洞穴气体压缩挤出卤水 气体压缩与膨胀工作气量比例高，可完全回收垫气卤水排放处理困难，有可能出现漏气。日、周、季节调峰废矿采矿后形成的洞穴充水后用气体压缩挤出水气体压缩与膨胀工作气量比例高，可完全回收垫气易发生漏气现象，容量小。日、周、季节调峰2）盐穴储气库建设条件盐穴储气库的建设需要具备以下条件：（1）盐穴应建在盐层厚、圈闭整装、无断层、闭合幅度大的沉积构造上。围岩及盐层分布稳定,有良好的储盖组合。盖
20、层要有一定厚度,美国要求盐穴有一个最小盐顶厚度, 一般为91. 4152. 4 m( 300 500 ft )。在这个层段上,要求盐有很好的胶结性,且对上部盐有较好的支撑作用。盐的纯度大于90%。（2）有充足的水源。通常用地下水、湖水、河水、渠水等水源中的新鲜水或微咸水来淋洗盐穴。所需要的水量一般为盐穴体积的710倍。西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告9（3）有处理盐卤的方法和途径。一般情况下,处理盐卤的工作是通过对新鲜水以下的盐水层完井的方式来完成。处理区必须与新鲜水区隔绝。对盐层构造来讲, 处理水区可在沉积层之上,也可以在沉积层之下。对盐丘构造来讲,处理水区一般在盐丘的侧面。（4
21、）储气库库址与天然气管线的距离合适。2.3.2 盐穴地下储气库历史国外利用盐穴作为储气的历史最早可 以追溯到 20 世纪 50 年代，其后该技术在北美和欧洲得到推广，法国、德国、英国和丹麦等国相继建成盐穴储气库。用盐丘或盐层储藏的技术最初是德国人 Erdol 在 1916 年 8 月获得的专利，这个专利思想最初是在 20 世纪 50 年代初期的美国应用，而世界上第一座盐丘或盐层储气库却是于 1959 年苏联建成的。美国于 1961 年在密歇根州 Marysville 首次利用盐穴进行储气，这是一个废弃的盐矿，由密歇根天然气公司完成。该气库自 1968 年开始供气，采气量82.12104m3/d
22、，注气量是 34104m3/d，工作气量为 600104m3，压力为7.2MPa。1970 年密西西比 Eminence 盐丘储气库完成，该储气库当时由 2 个单腔构成，埋藏深度为 17372042m，由于上述两个单腔收缩率达到 40%啊，2006 年时已废弃，运营的其他 7 个单腔顶面构造深度 731m，工作气量为4.25108m3。美国运行的 31 座盐穴储气库多数于 20 世纪 90 年代投入运营，1990 年至 2000 年间投产了 17 座。31 座盐穴储气库顶面构造深度一般为6001300m，运行上限压力为 7.224.8MPa。在用气季节高峰期，盐穴地下储气库能够保证采出 40%
23、以上的天然气，最大采气量可达 180104m3/d。加拿大第一座盐穴储气库建于萨斯喀彻温省（Thoms R L，et al. 2000） ，于1963 年开始运行，该气库埋深 1128m，储气空间为 5104m3。截至 2009 年运行的 9 座盐穴储气库顶面构造深度一般为 10001200m，运行上限压力为15.226.7MPa，最大采气量为 70104m3/d。法国首座盐穴储气库 Tersanne（Thoms R L，et al. 2000）于 1970 年开始投入使用，气库埋深介于 14001500m 之间，单腔高度 150m，库容量为西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告103.
24、32108m3，运行压力为 824MPa，工作气量为 2.04108m3。另两座储气库分别建成于 1980 年、1993 年，单腔顶面构造深度分别为 1400m、1000m ，高度分别为 150m、250m，工作气量分别为 4.52108m3、 2.12108m3。德国与 1971 年在基尔市附近的 Honigsee（Thoms R L，et al. 2000）盐丘上建造了首座盐穴储气库，深度为 13071335m。截至 2009 年运行的 23 座盐穴储气库顶面构造深度一般为 5001500m，运行上限压力为 1023.9MPa，最大采气量为 215104m3/d。英国于 1974 年建成了
25、其首座盐穴储气库，由两个单腔构成，工作气量为4.52108m3。其后在 1980 年建成了第二座，由 9 个单腔构成，顶面构造深度为1800m，工作气量为 3.17108m3。法国燃气公司拥有 3 座盐穴储气库，分别建于 1970 年、1980 年和 1993 年，单腔顶面构造深度分别为 1400m、1400m 和 1000m，工作气量分别为2.04108m3、 4.52108m3 和 2.12108m3。另外亚美尼亚、丹麦、波兰分别于 1964 年、1986 年和 1997 年建成各自的首座盐穴储气库，工作气量分别为 1.1108m3、4.210 8m3 和 3.4108m3。总体来看，国外
26、利用盐穴作为储气库的历史最早可以追溯到 20 世纪 50 年代，其后该项技术在北美及欧洲推广，法国、德国、英国和丹麦等相继建成盐穴储气库，截至 2009 年世界上的 74 座盐穴储气库已建成总库容量为229.42108m3，工作气量为 161.98108m3，工作气量占库容量的 70.6%。我国对盐穴储气库的研究始于 1999 年，初期主要是对国内的盐矿进行调查，初步评价各盐矿的建库地质条件。随着西气东输战略工程的实施，2001 年 1 月启动了西气东输工程建设天然气地下储气库工程可行性研究项目，确定了江苏金坛作为国内首个盐穴储气库建库目标。2.3.3 盐穴地下储气库现状截至 2009 年，全
27、球建成的 74 座盐穴储气 库， 总库容量为229.42108m3，工作气量为 161.98108m3。工作气量占总容量的 70.6%。正在运营的这 74 座盐穴储气占储气库总数的 11.7%，其中美国 31 座，德国 23 座，加拿大 9 座，法国 3 座，英国 3 座，波兰、丹麦、亚美尼亚、中国 、葡萄牙各西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告111 座 。世界各国盐穴储气库统计见表 2-4。 表 2-4 世界各地区天然气盐穴地下储气库统计表地区 国家 储气库（座）垫气量（10 8m3）工作气量（10 8m3）库容量（10 8m3）注采井（口）美国 31 23.32 50.27 73
28、.59 149北美加拿大 9 2.14 6.12 8.26 34小计 40 25.46 56.39 81.85 183德国 23 26.3 78.86 105.16 173法国 3 7.14 9.73 16.87 36英国 3 2.25 5 7.25 11丹麦 1 3 4.2 7.2 7波兰 1 1.71 3.8 5.51 10欧洲葡萄牙 1 0.5 1.5 2 3小计 32 40.9 103.09 143.99 240中东 亚美尼亚 1 0.25 1.1 1.35 18亚洲 中国 1 0.83 1.4 2.23 6合计 74 67.44 161.98 229.42 447目前世界上运营的74
29、座盐穴储气库主要建造在北美和欧洲，以美国和德国居多。1）美国盐穴储气库美国许多地区都沉积有大面积的盐岩矿床，盐岩所具有的独特性能使其成为理想的地下储气库库址。典型的盐丘呈纵轴向对称，直径约1609m ，高度约l000m，距地表约500m。盐丘基本由盐岩和占总质量约5% 的硬石膏分散颗粒组成，通常上覆170m左右是由硬石膏、石膏、钙等组成的孔隙和裂缝性盖层。盐穴直径一般为65m，长为250m，1个盐丘常可建造多个盐穴。（1）深度盐丘的深度选择比较灵活，最深可至1800m，需重点考虑因压力和温度影响而造成的盐岩蠕变。基于盐岩特性、钻井和滤洗盐穴所需的费用、工作压力和温度、岩穴的压缩性和运行费用等因
30、素的综合分析，盐穴的最佳深度为11701500m。（2）间距套管鞋位置与盐层顶界、盐穴顶部的距离直接影响盐穴的完整性，必须预留足够的厚度来保证套管胶结在盐岩层段中。在大多数情况下，考虑到盐穴顶西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告12部岩层或盐穴附近发生蠕动变形可能损坏套管，套管鞋与盐穴顶部应留有一段距离，一般要求用来建库的盐岩厚度应为100150m ，这样才能保证良好的固井质量和足够的顶部支撑力。相邻盐穴间的距离是分隔盐穴的矿柱宽度。矿柱宽度与2个盐穴直径的平均值之比与岩柱的相对载荷有关，给定盐柱宽度，盐穴越大，盐柱的载荷能力越大。（3）压力理论上，盐穴能够承受的内压等于上覆岩层施加的
31、重力，而该重力又不致于使盐岩层破裂。从储气库的发展历史来看，盐穴的最大压力设计基于垂直应力梯度为2.262MPa/m的假设。盐丘盐穴的实际垂直应力梯度可以根据测井资料计算得出，一般介于2.1262.262MPa/m之问。加上安全系数，套管鞋处的最大允许压力是盐丘上覆岩层压力的0.800.85倍。德克萨斯州规定的最大允许压力梯度是0.85MPa/m，即是垂直应力的0.850.90倍，这与该深度上覆岩层的密度有关。在应力差的作用下，盐岩将发生塑性变形或蠕动。盐穴的蠕变程度和总的闭合度与应力差、盐岩温度以及盐岩固有强度的大小有关。此外，盐岩盐穴的闭合度还取决于其运行时间。盐穴的压力越低，闭合度越高，
32、低压下运行的时间越长，累积闭合度越高。（4）盐穴建造盐穴建造通常都是单井完井的，其滤洗速度受限于滤洗管柱和固井套管的尺寸。滤洗盐穴的第1步是在盐洞中放入某种保护层材料，这种材料可以控制盐岩盐穴的顶部形状。如果控制不当，将使盐穴顶部溶解，破坏其几何形态并影响其保持压力的能力。这类保护层材料一般是抗腐蚀、不溶于水而且轻于水的烃类(丙烷、丁烷和柴油等) ，浮于盐水表层以防止盐岩上部溶解。开始滤洗盐穴时，需建造一个沉井以盛装盐岩中的不溶物质，此后采用正循环或反循环滤洗盐穴。建造盐穴前，要通过计算模拟确定滤洗管柱的位置。盐穴建造期间，悬管至少要重新配置1次，以获得要求的几何形状。其间，还要阶段性地暂时停
33、止滤洗盐穴，并用声呐探测监测盐穴建造的进展情况。盐穴建西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告13成后，要通过机械完整性测试方式确定盐穴是否会发生泄漏。美国盐穴地下储气库的主要指标：工作气量为0.510 82.510 8m，盐穴深度为6001300rn ，盐穴直径为60m，盐穴高度为240m，盖层厚度为90150m，允许压力梯度为1.92.0MPa/m，允许盐穴容积损失速度为1.0%，垫层气量与有效气量之比为0.6，工作压力为820MPa ，建设周期为40个月( 按有效气量17010 3m计)。2）德国盐丘/盐层储气库德国盐穴地下储气库大多分布在北部地区，盐岩埋深为500l500m，盐层厚
34、度为l00550m，盐质纯度达到98%。根据调查，用来储存天然气的l52个盐穴，总库容量为86.9310 8m3。，工作气量为63.4310 8m3。单腔直径为5080m，高度最大为550m，一般为100300m，容积通常大于3010 4m3。在德国建造大型储气库的最佳库址就是盐丘，但盐丘的盐岩构造较为复杂，各层交错重叠（图2-4），这是选择其建库的不利因素。但是，盐丘内部构造引起的非均质性并不是建造地下储气库的主要问题，主要问题是盐岩的厚度和上覆岩层构造。图2-4 德国盐丘储气库剖面示意图设计盐穴时，应充分考虑岩石的力学稳定性和盐穴的闭合速度。盐穴的力西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究
35、报告14学稳定性和闭合速度受盐穴的体积、埋藏深度、矿柱宽度、上下限压力等因素影响，通常利用数值算法和计算机模拟技术进行稳定性评价。储气库施工的第1步是钻井，然后开始造腔，即将淡水或含盐量较低的水(海水)，通过中心管柱注入盐穴内，溶解盐岩，待逐渐达到饱和后通过环空排至地面。盐穴水平方向上的扩展，很大程度上取决于盐岩的物理化学特性。在均质盐岩地层中，盐穴通常环井筒轴扩展，在各向异性的含盐地层中，盐穴常呈不规则状。盐穴滤洗过程中其形态的发展变化，可以根据完钻岩心、测井资料及盐岩的物理化学性质等资料，进行模拟预测。为控制盐穴的滤洗过程，德国设计者认为必须进行以下工作：根据每天注入的淡水量、排出的盐水量
36、及其浓度，用物质平衡方法计算盐穴的体积；用声呐探测方法，测定盐穴的形态、大小及位置。通常情况下，计算的盐穴体积每增加510 4m3。或1010 4m3，即进行1次声呐探测。如遇复杂情况，可在中途进行探测。应时刻注意监测、控制隔离液/盐水的界面，否则可能导致盐穴顶变形。造腔完成后，气体通过114.3244.5mm的环空注入，盐水则通过114.3mm的管柱排至地面，盐水顶替一直持续到气体达到114.31mm套管鞋处为止。注气排卤阶段，在盐穴顶部安装淡水注入装置，防止盐水在管道系统中结晶。此外，盐水管道需安装安全阀和防爆盘，以防不期而至的气压冲击。盐水排出后，在承压状态下，用不压井起下作业装置将11
37、4.3mm的排水管柱拆除，同时拆除淡水注入管柱和盐水管柱，此时盐穴便进入正常储气运行状态。采气期间，可用常规天然气脱水装置除去储气库中的水分，使其达到管道对水露点的技术要求。如果能有效地控制储气库气体中的水分含量，便可节约脱水装置的投资费用。目前可行的方法是：用某种介质覆盖或密封残余盐水表面，以防止或至少减少水分蒸发。2.3.4 地下储气库发展趋势目前，国外在建设新的地下储气库时有三个主要趋势 4：一是建设灵活性大、周转率较高的小型气库；二是寻找大型储气库作为天然气战略储备；三是西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告15多个地下储气库联网。地下储气库的发展与科技进步有着密切的关系，科技进
38、步能缩短地下储气库的建设周期，节约地下储气库的投资费用，改善地下储气库的技术经济指标。当前国外在地下储气库科技进步方面呈现出以下几种主要研究与发展方向。（1）用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气地下储气库总容量中包括工作气和垫层气两部分。垫层气的主要作用是使储气库在一次抽气末期保持一定的压力、提高气井产量、抑制地层水流动等。垫层气在储气库中是不能抽出的气体。迄今为止在建库时都采用注入天然气作垫层气，这不仅大大增加了地下储气库的初期投资，还沉积了大量的“死资金” 。以美国为例，1987 年美国地下储气库中总垫层气量达 1080 亿 m3，按天然气矿场平均价 60 美元/千方计，当年垫层气长期沉积
39、的资金达 64 亿美元。因此，美国、前苏联等一些地下储气库比较发达的国家，从 70 年代开始，就如何减少储气库中的垫层气量、采用廉价惰性气体、氮气、二氧化碳或压气机组废气等代替天然气作储气库垫层气，开展了广泛而大量的研究工作，并取得了可喜的成绩。减少地下储气库中垫层气量，增大工作气量，用惰性气体作垫层气，已成为降低地下储气库投资和运行费用的最主要的发展方向。（2）地下储气库工艺设计统一化和标准化尽管几种地下储气库的地质情况、工作参数等各有不同, 但在储气库建设方面各类地下储气库仍具有一些共同特征和特性。对各类地下储气库而言, 天然气集输和处理工艺设计原理是一样的, 只是在具体构成和设备方面各有
40、不同。这就为地下储气库的建设从工艺流程设计到设备选择实现技术方案的统一化、标准化提供了可能性。地下储气库建设采用标准化的工艺设计, 可最大限度地减少设计部门之间的协调工作, 简化工艺方案选择中一系列的工艺计算和订货清单编制等方方面的许多工作, 从而减少地下储气库地面站设计和建设的工作量。实现地下储气库工艺设计的统一化和标准化, 是加快建库速度、缩短建库周期、提高建库质量的重要措施之一。前苏联在这方面取得了大量的研究成果，先后为地下储气库地面站的配气、气体收集与处理、气井产品计量、气体干燥、低温分离等开发出了标准化的工西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告16艺流程，并各自组成一个独立的模
41、块，从而使储气库的建设从个别设计转到标准化设计上来，使设备由单个制造转为成批生产，最大限度地采用为气田建设新开发的标准技术方案和工厂整体组装式设备。 （3）加强地下储气库建设方案优选的研究地下储气库建设是一项复杂的系统工程, 在建库前期必须作全面的系统分析, 对于建库方案专家往往从储气库工作规模、投资回收年限、储气库库容利用率、气垫气气量、气垫气比例、工作井数、单位采注成本、注气末单井日注气量、注气末总日注气量、压缩机功率等多方面考虑提出多种备选方案, 如何从众多的备选方案中优选出最佳方案, 是许多学者专家一直关注的问题。目前对于地下储气库方案优选的方法主要有方案比较法、灰色关联法、模糊综合评
42、价法、模糊变权法和灰局势决策等。（4）研制开发新的工艺和设备长期以来，地下储气库地面气体处理方法与气田气体处理方法没有什么区别。可是地下储气库的抽气制度是不固定的，其工艺指标昼夜间会发生很大变化，由人工进行调整使其优化是不可能的。为了降低劳动强度，防止在内部和外部指标发生变化时气体采集和处理系统出现临界操作条件，需研究开发工艺过程的自动控制系统。在工艺设备方面的具体开发计划有：研制压力为 10MPa和 20MPa 的新式压缩机组；气井成组连接情况下的输入管带模块；气流方向调节模块；昼夜生产能力为 1 百万和 1 千万方、操作压力为 16MPa 和 8MPa 的无分隔件的初级分离装置；在甲醇初始
43、浓度为 20%、最终浓度为 90%条件下甲醇产率为 lm3/h 的甲醇再生装置等。西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告173 金坛储气库注采气集输系统现状3.1 金坛储气库概况金坛地下储气库地面工程分为六部分，即输气干线、注采气站、集输系统、造腔地面配套、生活辅助设施和 110/10kV 变电所部分，各单项工程划分见表 3-1。表 3-1 单项工程划分表序号 主要工程内容1 输气干线镇江分输站至金坛地下储气库输气线路工程(1016、L=37.2km、X70)、线路阀室、镇江分输站扩建等配套设施。西站 600104m3/d 注气装置 1 套、30010 4m3/d 采气脱水装置 1 套、
44、400104Nm3/d 应急采气加药设施 2 套及配套系统。2 注采气站东站 300104m3/d 注 气 装 置 1 套 、 400104m3/d 调 峰 采 气 装 置 1 套 及 配 套 设施 。西站 23 口井场、5 个集配气阀组、集输管网及配套设施。3 集输系统东站 40 口 井 场 、 8 个 集 配 气 阀 组 、 集 输 管 网 、 东 西 站 联 络 线 及 配 套 设 施4 造腔地面配套部 分 注水系统、卤水系统、注油系统、气体处理系统、成穴控制系统。取水和输卤部分由当地水利部门承担设计。5 生活辅助设施 综合办公室、食堂、倒班宿舍、维修站、车库等生活辅助设施6 变电所 1
45、10/10kV 变电所，其中变电所电源进线由当地电业部门承担设计。根据拟建储气库的现场条件和该工程地下盐穴造腔建设的分步实施方案、以及西气东输管道公司的要求，金坛地下储气库工程地面配套工程分期建设，即 2005 年2010 年为金坛储气库建设一期工程，2011 年2020 年末为金坛储气库建设二期工程。一期工程主要任务是满足西气东输管道 170108m3/a 输量(以后简称 170 亿) 下的月调峰供气，同时满足 1300104m3/d(最大瞬时1500104m3/d)、10 天应急供气要求。目前一期工程已经建成投产。二期工程的主要任务是满足西气东输管道 170 亿输量下的月调峰供气，同时满足
46、1300104m3/d(最大瞬时 1500104m3/d)、10 天应急供气要求。地面工程主要内容是配合地下溶腔的储气库扩容地面建设。储气库的建库规模及溶腔建设方案见表 3-2。西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告18表 3-2 储气库规模及溶腔建设方案库容量(10 8m3) 有效工作气量(10 8m3) 垫底气量(10 8m3) 溶腔数量(口)时 间累计 新增 累计 新增 累计 新增 总计 新增2005 年 1.410 1.410 0.78 0.78 0.63 0.630 6 62008 年 4.914 3.504 3.076 2.296 1.838 1.208 14 82009 年
47、 7.981 3.067 5.085 2.009 2.890 1.058 21 72012 年 11.048 3.067 7.094 2.009 3.950 1.058 28 72014 年 14.991 3.943 9.677 2.583 5.315 1.360 37 92016 年 18.934 3.943 12.26 2.583 6.675 1.360 46 92018 年 22.877 3.943 14.843 2.583 8.035 1.360 55 92020 年 26.381 3.504 17.139 2.296 9.243 1.208 63 83.2 金坛储气库注采集输系统组成
48、3.2.1 井场和集配气阀组部分西气东输金坛地下储气库工程集输管网井场均匀分布在金坛盐矿拟建库区内，围绕东西注采气站建设。共包括注采气站站外 63 座井场设施。其中：老腔 6 口井，新腔 57 口井。东站进站井数共计 40 口、集配气阀组 8 个，西站进站井数共计 23 口( 包括老腔 6 口井)、集配气阀组 5 个。3.2.2 注采站部分该储气库建设东、西注采站各 1 座。3.2.3 集输管道集输管道主要包括井场与集配气阀组之间的单井管道，集配气阀组与进出站阀组之间的集气支干线管道，以及单井进站管道和东西注采气站间联络线管道。注采气管道设计压力为 17 MPa、设计温度为 60。集输管道形成
49、枝状网络将井场地面建设、集配气阀组和注采气站相连接，在满足安全和环保的前提下，实现储气库注气、采气循环操作。西气东输盐穴储气库注采气集输系统工艺研究报告193.3 金坛储气库注采集输工艺3.3.1 总工艺流程总工艺流程按注采双向考虑，除注采气站注采工艺为单向流程外，镇江站、井场、集配气阀组及集输系统均可实现一套设备满足注采双向功能。总体工艺流程见图 3-1。注、采气装置镇江分输站西站进站阀组东站进站阀组干气联络线湿气联络线注、采气装置集气阀组集气阀组单井单井单井单井集气阀组图 3-1 金坛储气库注气流程框图注气过程：镇江分输站来的干气经计量、通过 DN1000 输气管道输至金坛储气库的西注采气站的进出站阀组，分成两路，一路进西站注气装置，另一路经干气联络线进东站注气装置。在注气装置中，干气经压缩机增压后，经进出站阀组的分配器分别输送至各集配气阀组，由集配气阀组经集输管网分别送至各注采气井井场、计量后注入盐穴中储存。采气过程：各井口来气在井场经节流、分离、计量后出井场，通过集输管网分别送至集配气阀组，由集配气阀组再输至东、西两站的进出站阀组，然后进入采气装置。在采气
