国外地下储气库新技术.doc

1、国 外 地 下 储 气 库 新 技 术建 设 地 下 储 气 库 是 调 节 天 然 气 市 场 季 节 性 供 需 矛 盾 的 一 种 比 较 先 进 的 方 法 ， 现 已成 为 天 然 气 供 销 链 中 非 常 重 要 的 一 环 。 目 前 ， 全 球 天 然 气 地 下 储 气 库 开 发 建 设 的 基本 情 况 如 下 ：2000 年 ， 全 世 界 总 工 作 气 量 达 到 3100108m3， 日 调 峰 能 力 达 到44.6108m3。 西 欧 各 国 ， 约 有 地 下 储 气 库 78 座 ， 工 作 气 量 约 550108m3， 日 调峰 能 力 达 到 10

2、.9108m3， 东 欧 及 中 亚 各 国 ， 约 有 地 下 储 气 库 67 座 ， 工 作 气 量 约1310108m3， 日 调 峰 能 力 达 到 10108m3。 截 至 2004 年 ， 全 世 界 地 下 储 气 库 总 数达 610 座 。 地 下 储 气 库 技 术 得 到 了 世 界 各 国 的 高 度 重 视 ， 其 相 关 技 术 也 得 到 了 快 速发 展 。 我 国 的 地 下 储 气 库 技 术 已 经 起 步 ， 截 至 目 前 已 利 用 6 座 废 弃 的 油 气 藏 建 造地 下 储 气 库 ， 但 我 国 地 下 储 气 库 技 术 与 国 外 相

3、 比 还 存 在 一 定 的 差 距 。 目 前 国 外 正 致力 于 发 展 以 下 几 项 新 技 术 。1.寻 找 适 于 建 库 地 质 体 的 四 维 地 震 勘 探 技 术寻 找 适 于 建 库 的 地 质 体 不 同 于 勘 探 一 个 油 气 藏 ， 前 者 要 更 复 杂 一 些 。 一 个 有 合适 盖 层 的 油 藏 ， 并 不 一 定 能 够 用 来 储 存 天 然 气 ， 能 够 储 存 天 然 气 的 地 质 构 造 必 须 保证 储 存 的 天 然 气 不 会 泄 露 ， 既 要 有 盖 层 的 连 续 性 ， 也 必 须 有 构 造 的 密 闭 性 。 现 代

4、精细 地 震 勘 探 技 术 能 够 显 示 较 小 的 构 造 ， 甚 至 气 -液 界 面 和 地 层 岩 相 的 侧 向 变 异 。 正处 于 研 究 阶 段 的 四 维 地 震 技 术 是 勘 探 适 宜 用 作 地 下 储 气 库 构 造 的 比 较 有 应 用 前 景 的技 术 。 四 维 地 震 技 术 基 于 多 项 技 术 ， 如 以 均 匀 间 距 置 于 地 面 或 永 久 置 于 井 内 的 地 震传 感 器 ； 多 层 覆 盖 地 震 技 术 ， 如 AVO(Amplitude VersusOffset)， 能 更 好 地 研 究 油藏 岩 石 的 物 理 性 质 。

5、 深 化 地 震 勘 探 技 术 能 够 减 小 地 下 储 气 库 建 设 初 期 的 不 确 定 性 ，减 少 观 察 井 的 数 量 ， 有 助 于 将 储 气 井 布 在 构 造 的 有 利 部 位 ， 减 少 井 的 数 量 。2.垫 底 气 设 计 技 术在 建 造 一 座 地 下 储 气 库 投 资 成 本 中 ， 垫 底 气 的 费 用 占 了 最 大 的 比 例 ， 一 般 要 占到 总 投 资 的 30% 40%。 如 果 能 够 用 某 种 气 体 来 替 代 天 然 气 作 垫 底 气 ， 将 会 明 显 降低 这 部 分 的 投 资 成 本 。 国 外 对 于 隋 性

6、 气 体 或 混 合 气 体 作 为 垫 底 气 进 行 了 试 验 ， 目 前应 用 较 多 的 是 混 合 气 ， 已 经 试 验 了 7 座 储 气 库 。 应 用 混 合 气 作 为 垫 底 气 需 要 专 门的 技 术 、 模 型 和 测 量 工 具 以 准 确 处 理 气 体 混 相 现 象 。 试 验 结 果 表 明 ， 应 用 垫 底 气 后 ，投 资 成 本 可 降 低 20%。3.大 井 眼 井 和 水 平 井 技 术在 地 下 储 气 库 中 用 大 井 眼 完 井 能 够 明 显 地 提 高 天 然 气 调 峰 量 。 如 果 没 有 液 体 (油 、水 、 凝 析 液

7、 )产 出 ， 在 国 外 一 定 要 用 大 井 眼 完 井 ， 这 已 经 成 为 一 条 设 计 准 则 。 此 外 ，为 了 降 低 生 产 管 柱 沿 程 压 力 损 失 ， 大 部 分 井 都 设 计 为 单 一 管 径 ， 减 少 缩 径 ， 避 免 发生 气 体 紊 流 。 在 地 下 储 气 库 中 钻 水 平 井 的 主 要 目 的 也 是 提 高 单 井 调 峰 气 量 。 若 油 藏渗 透 率 较 低 ， 水 平 井 比 直 井 更 具 适 用 性 。 对 于 同 一 个 油 藏 ， 水 平 井 的 调 峰 气 量 比 直井 高 1.5 6 倍 ， 这 主 要 取 决

8、于 油 藏 性 质 和 水 平 段 的 长 度 。 在 运 行 过 程 中 ， 水 平 井 还能 抑 制 水 的 锥 进 。 如 果 水 平 段 在 气 水 界 面 上 ， 在 采 气 过 程 中 ， 由 于 水 平 段 在 渗 透 率极 低 的 含 水 层 建 库 ， 这 些 技 术 绝 对 是 需 要 的 。 对 于 低 渗 透 枯 竭 油 藏 改 建 地 下 储 气 库 ，这 些 大 井 眼 、 水 平 井 也 是 适 用 的 。4.盐 穴 储 气 库 技 术油 藏 型 储 气 库 和 含 水 层 储 气 库 都 是 将 天 然 气 储 存 在 天 然 的 岩 石 孔 隙 中 ， 而 盐

9、 穴储 气 库 与 此 不 同 ， 它 是 将 天 然 气 储 存 在 人 工 溶 盐 后 形 成 的 腔 体 中 。 降 低 盐 穴 储 气 库建 设 成 本 的 主 要 方 法 是 应 用 现 代 溶 盐 技 术 增 加 盐 穴 体 积 ； 降 低 最 小 运 行 压 力 ， 提 高最 大 运 行 压 力 。 盐 穴 用 作 储 气 库 始 于 20 世 纪 60 年 代 。 美 国 的 第 一 座 盐 穴 储 气 库1961 年 建 于 密 歇 根 州 Marysville； 加 拿 大 的 第 一 座 盐 穴 储 气 库 1964 年 建 于 萨 斯喀 彻 温 省 的 梅 尔 维 尔

10、； 亚 美 尼 亚 的 第 一 座 盐 穴 储 气 库 1964 年 建 于 Abovian； 法国 的 第 一 座 盐 穴 储 气 库 1968 年 建 于 Tersanne； 德 国 的 第 一 座 盐 穴 储 气 库 1969年 建 于 基 尔 。 盐 穴 储 气 库 发 展 初 期 ， 其 尺 寸 和 容 量 相 对 较 小 ， 只 有 (3 10)108m3/d。 随 着 工 程 技 术 的 发 展 ， 到 20 世 纪 末 ， 欧 洲 盐 穴 储 气 库 的 总 容 量 已 达 到(400 600)1012m3/d。 盐 穴 容 量 主 要 受 注 采 气 井 压 力 损 失 和

11、设 备 运 行 中 安 全 要 求 的限 制 。 降 低 最 小 运 行 压 力 能 够 增 加 有 效 工 作 气 量 ， 减 少 垫 底 气 的 投 资 。 最 小 运 行 压力 每 降 低 1MPa， 能 节 省 约 10% 15%的 总 投 资 。 单 腔 最 大 储 气 能 力 与 最 大 运 行 压力 有 关 ， 最 大 运 行 压 力 提 高 10%， 有 效 工 作 气 量 大 约 能 增 加 15%。 但 是 ， 最 大运 行 压 力 受 到 盐 层 气 密 封 性 的 制 约 。 一 般 来 说 ， 最 大 运 行 压 力 要 小 于 盐 层 上 覆 地 层的 重 量 ，

12、梯 度 大 约 为 0.23MPa/m； 一 些 特 殊 的 区 块 ， 梯 度 小 于 0.2MPa/m。溶 盐 建 腔 的 费 用 约 占 总 投 资 的 25% 35%， 而 且 需 要 一 个 长 期 的 过 程 ， 每 溶1m3 的 盐 需 要 7 9m3 的 水 。 溶 盐 所 形 成 的 盐 水 浓 度 大 约 为 300kg/m3。 通 常 被 工业 用 来 生 产 氯 化 钠 ， 或 重 新 注 回 地 下 ， 甚 至 被 排 放 到 海 里 。 溶 盐 建 腔 需 要 两 根 管 柱 ，一 根 注 入 水 ， 另 一 根 返 出 盐 水 。 同 时 要 做 各 种 检 测

13、， 以 保 证 溶 盐 后 能 够 形 成 符 合设 计 的 腔 体 形 状 。 管 柱 鞋 深 度 需 要 根 据 溶 盐 情 况 逐 步 调 整 ， 但 是 必 须 在 顶 部 利 用 液化 石 油 气 、 原 油 、 氮 气 ， 甚 至 天 然 气 形 成 保 护 层 ， 以 保 护 上 部 顶 板 不 被 溶 解 。 目 前 ，世 界 上 许 多 国 家 致 力 于 溶 盐 优 化 技 术 的 研 究 (如 SMRI 或 INVDIR 的 SALTXX 以及 Gaz de France 的 SURMOVINER)。 据 说 ， 利 用 新 的 研 究 成 果 ， 至 少 可 使 工 艺

14、 步骤 和 声 波 检 测 的 次 数 减 少 50%， 投 资 降 低 10%以 上 。 在 溶 盐 过 程 中 ， 加 压 注 入 气体 (天 然 气 或 惰 性 气 体 )、 柴 油 、 液 化 石 油 气 等 都 可 以 保 护 顶 板 。 腔 体 溶 成 后 ， 需 要重 新 完 井 ， 用 以 排 出 盐 水 并 实 施 首 次 注 气 。 天 然 气 从 排 卤 管 柱 和 生 产 油 管 (或 套管 )的 环 形 空 间 内 注 入 ， 盐 水 通 过 排 卤 管 柱 采 出 。 建 库 总 体 时 间 与 盐 丘 (含 盐 构 造 )大小 有 关 ， 有 的 需 要 一 年

15、多 ， 有 的 需 要 几 年 。 边 溶 盐 、 边 储 气 是 盐 穴 建 库 的 一 项 新 技术 ， 已 在 美 国 得 克 萨 斯 州 Moss 盐 矿 和 路 易 斯 安 那 州 Egan 盐 矿 成 功 应 用 ， 明 显 降低 了 投 资 。这 种 盐 腔 的 初 始 部 分 还 是 利 用 传 统 的 水 溶 盐 方 式 形 成 的 。 首 先 将 上 部 盐 层 溶 至设 计 的 尺 寸 ， 而 此 时 下 部 还 未 溶 解 。 这 种 技 术 需 要 专 门 的 设 备 ， 如 井 口 和 溶 盐 管 柱 ，在 保 证 上 部 腔 体 储 气 的 同 时 ， 使 下 部

16、 能 够 继 续 顺 利 溶 盐 建 腔 ； 上 部 盐 腔 排 卤 储 气 的同 时 ， 下 部 盐 层 开 始 溶 解 建 腔 。 上 部 储 存 的 气 体 恰 好 可 以 作 为 下 部 盐 层 溶 解 时 的 顶板 保 护 层 。 在 溶 盐 过 程 中 ， 气 体 和 盐 水 的 界 面 被 严 格 控 制 ， 基 本 保 持 在 盐 腔 中 部 。一 旦 下 部 的 盐 层 溶 解 到 与 上 部 腔 体 基 本 相 同 的 直 径 时 ， 继 续 利 用 上 述 完 井 方 式 和 井口 设 备 优 化 储 气 库 的 运 行 ， 扩 大 储 气 能 力 。 此 时 ， 气 和

17、 盐 水 的 界 面 也 不 再 维 持 在 原来 的 位 置 ， 而 是 经 常 地 上 下 移 动 。 这 时 更 要 严 格 控 制 气 体 盐 水 界 面 ， 以 保 护 顶 板 ，避 免 天 然 气 泄 漏 。 盐 穴 储 气 库 一 般 建 在 厚 度 约 150 400m 的 盐 层 里 。 厚 度 在60 l00m 的 薄 盐 层 也 能 用 于 建 造 地 下 储 气 库 ， 只 是 储 气 能 力 较 小 ， 在 (5 10)104m3/d 之 间 。 但 是 某 些 区 块 ， 主 要 是 沉 积 盆 地 的 边 缘 ， 盐 层 厚 度 还 不 足60m， 显 然 利 用

18、 常 规 技 术 在 这 种 盐 层 上 建 造 地 下 储 气 库 是 不 可 能 的 ， 主 要 问 题 在 于 溶盐 流 道 的 控 制 。 薄 盐 层 中 肯 定 掺 杂 着 不 溶 解 层 ， 与 普 通 的 大 尺 寸 盐 腔 不 同 ， 在 这 种盐 层 中 重 力 不 能 发 挥 关 键 的 分 离 作 用 。 根 据 地 质 力 学 以 及 1000 3000m2 横 截 面积 上 盐 穴 流 道 形 状 三 维 模 型 研 究 ， 对 于 这 种 盐 层 ， 建 造 一 个 水 平 段 几 百 米 、 容 量(10 100)104m3 的 地 下 储 气 库 是 合 适 的

19、 。 这 种 气 库 的 投 资 比 常 规 盐 穴 储 气 库 要 高15% 20%。 但 在 欧 洲 和 北 美 ， 这 项 技 术 正 在 逐 渐 被 广 泛 应 用 。 俄 罗 斯 也 正 计 划 应 用该 技 术 。5.线 性 岩 层 洞 穴 建 库 技 术线 性 岩 层 洞 穴 建 库 技 术 为 那 些 没 有 合 适 地 质 构 造 建 造 地 下 储 气 库 的 国 家 提 供 了一 种 选 择 ， 主 要 原 理 是 把 气 体 以 高 压 (15 25MPa)储 存 在 相 对 较 浅 (100 200m)的 线 性 岩 石 洞 穴 中 。 压 力 由 固 定 在 水 泥

20、 层 里 的 管 线 传 递 ， 岩 石 的 作 用 就 是 承 受 高 压 。这 种 气 库 的 局 限 在 于 地 层 的 岩 石 性 质 。 在 瑞 典 的 Grangesberg， 成 功 应 用 该 技 术在 地 下 50m 处 建 造 了 一 个 130m3 的 腔 体 。 1997 年 ， 在 瑞 典 南 部 Skallen 建 造 了一 个 示 范 性 气 库 ， 库 容 40000m3。 这 种 气 库 的 先 导 性 试 验 及 相 关 测 试 已 于 2003年 完 成 。 该 气 库 的 建 设 成 本 约 是 普 通 气 库 建 设 成 本 的 2 4 倍 ， 但 维

21、 护 运 行 成 本远 远 低 于 液 化 石 油 气 储 存 设 备 的 运 行 成 本 。 由 于 输 送 气 量 大 ， 液 化 石 油 气 的 储 存 设备 一 年 内 可 以 循 环 几 次 ， 因 此 相 同 条 件 下 它 的 服 务 成 本 和 其 它 储 气 设 备 的 运 行 成 本相 当 。6.储 气 库 优 化 运 行 技 术目 前 ， 许 多 新 的 技 术 被 用 来 帮 助 管 理 者 更 加 有 效 地 管 理 地 下 储 气 库 。 比 较 重 要的 有 ： 非 胶 结 孔 隙 油 藏 砾 石 充 填 防 砂 技 术 ； 聚 合 物 调 剖 控 水 技 术 ；

22、 非 胶 结 孔 隙 油 藏固 结 技 术 ； 用 于 改 进 设 计 的 数 学 模 型 和 软 件 ， 包 括 能 提 供 油 藏 几 何 形 状 和 岩 石 性 质的 三 维 模 拟 软 件 ； 地 下 储 气 库 设 备 维 修 和 操 作 技 术 ； 新 的 测 井 工 具 ， 如 核 磁 共 振 、改 进 的 三 维 地 震 传 感 器 、 多 种 流 体 及 砂 粒 探 测 器 ； 永 久 传 感 器 和 井 内 光 纤 能 随 时 提供 油 藏 参 数 (尤 其 是 盐 穴 )等 。除 技 术 改 进 、 新 技 术 研 发 外 ， 气 库 的 业 主 和 操 作 者 还 致 力 于 解 决 技 术 和 经 济 上的 优 化 问 题 。 目 前 ， 较 多 关 注 的 有 ： 一 是 较 复 杂 的 判 断 工 具 ， 如 风 险 管 理 、 随 机 模拟 等 ； 二 是 如 何 把 气 库 模 型 联 结 成 一 个 简 化 的 气 体 网 络 模 型 ； 三 是 每 个 设 备 的 日 常管 理 和 控 制 ； 四 是 真 实 的 经 济 数 据 ， 如 边 际 成 本 、 运 行 成 本 、 每 个 设 备 储 存 产 出 气量 的 变 化 ， 以 及 依 靠 进 口 维 持 气 量 的 成 本 。