地下储气库建设的发展趋势

二 、地下储气库技术的发展方向
地下储气库的发展 、数量的增加及容量的增大 , 与科技进步有着密切的关系 。科技进步能缩短储气 库的建造时间 ,节约储气库的投资费用 ,改善储气库 的技术经济指标 。当前 ,国外在地下储气库技术方 面呈现以下几种研究与发展方向 。
1 、 用惰性气体代替天然气作储气库的垫层气 目前 ,地下储气库是以天然气作垫层气 ,垫层气 在地下储气库的初期投资与运营费用中占第一位 。 它沉积了大量的资金成为“死”资金而不能创造出更 大的经济效益 ,是一项巨大的损失 。以美国为例 , 1987 年美国地下储气库中的总垫层气体积达到 1 080 ×108 m3 ,按天然气矿场平均价 60 美元/ 1 000 m3 计算 ,垫层气长期沉积的资金达 64 ×108 美元 。 因此多年来 ,一些地下储气库比较发达的国家一直 在研究减少垫层气来增大有效气和利用惰性气体替 换天然气作地下储气库垫层气的可能性 。美国从 20 世纪 70 年代开始在油田利用氮气和烟气置换石 油问题进行了试验室研究和工业性试验研究 。研究 表明 ,部分利用氮气或压缩机站的废气替换天然气 具有可观的前景 ,利用液态空气或天然气工业规模 制氮已是一种成熟技术 。美国有一批利用空气制氮 的工厂 ,其生产能力为 3 ×104 ～30 ×104 m3 / d ,一些 地下储气库正在采取注氮方法来提高地层压力 ,从 而达到增加有效气气量 、减少垫层气气量和提高气 井抽气量的目的 。 俄罗斯在衰竭气田或凝析气田地下储气库方面 也进行了这种试验 。采用惰性气体 、氮或压缩机组 的废气替换垫层天然气 ,可节约储气库的建设费用 。 专家认为 ,采用惰性气体代替垫层天然气 ,在经济上 较为有利 。二氧化碳是一种理想的气体 ,在采气期
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约 ,将别国的气源引进本国的储气库中 ,甚至可以直 接操作别国的储气库 ,欧洲就是一个典型的例子 。 法国的天然气多来自瑞士 、荷兰 、美国 、俄罗斯 、挪 威 、阿尔及利亚等国 ;德国的气源多来自丹麦 、挪威 、 英国 、瑞典等国家 ;捷克斯洛伐克的气源来自澳大利 亚 ;波兰的天然气多来自英国 。欧洲经济委员会将 根据各国的天然气储量 ,对各成员国按照不同的需 要交换使用天然气 ,这样做有利于各国按照整个能 源的需求来计划安排使用天然气气源 。
3 、 建设生产效率高 、可靠性好的气井 俄罗斯地下储气库气井在采气季节中期的日平 均生产能力不超过 150 000 m3 。计算表明 ,许多储 气库气井的潜在产能可以达到实际产量的 2～3 倍 。 制约气井产能的原因之一是采用了小口径的气举管 子 。有少数储气库的气井装备了直径为 168 mm 的 自喷管 ,其产量比装备直径为 114 mm 油管的气井 提高 1. 5～2 倍 。国外为建设高产能气井而取得的 科技进步有 ,研究出了气井防砂滤网的制作工艺技 术 ,开发出了能保持井底附近地带自然渗透性的低 压地层钻井工艺 ,提出了恢复钻井时受到淤塞的气 井生产能力的方法等 。 建设高气密性气井的施工工艺是提高地下储气 库生产能力的重要条件 。围绕此问题的研究课题 有 ,采用有膨胀水泥制作的不缩水套管柱和生产套 管 ;采用气密性好的管子和合理的气井结构 ;研究既 能钻开储层又能避免井底地带泥浆污染的新钻井工 艺 ;改进井底施工工艺 ,采用不含粘土溶液扩大井底 附近地带 ;研究向储气库下部地层夹层注气的技术 工艺 ,防止气体渗漏到圈闭层外 ,增大工作气的体 积等 。 4 、 研制开发新的地面工艺和设备 研究采用以可靠工艺设备和自动控制系统为基
建设储气库的主要作用 ,一是在冬季用气高峰 时保障天然气的足量供应 ;二是在长输管道出现意
外情况下 ,发挥应急供气作用 ;三是进行天然气的战 略储备 。
一 、国外建设储气库的趋势
1 、 建设灵活性大 、周转率高的小型气库 随着建设地下储气库技术的不断成熟和完善 ,
盐穴储气库的建设有了较快的发展 ,与其它类型地 下储气库相比 ,盐穴储气库投资成本虽然较高 ,但其 具 有构造完整 、密封性好 、可缩性大 、实际运行寿命
(3) 研究超稠油的长距离管输技术 。 (4) 研究更高效的超稠油污水深度处理技术 。 (5) 加 强 稠 油 集 输 、处 理 过 程 中 的 热 能 综 合 利用 。
(收稿日期 :2004209201) 编辑 :刘春阳
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油 气 储 运 2005 年
第 24 卷第 6 期 高发连 :地下储气库建设的发展趋势
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间 ,随着地层压力的下降 ,二氧化碳会膨胀而充填垫 层容积 ;而当注气时 ,随着储气库压力的升高 ,其压 缩紧密度会超过天然气 。全苏天然气科学研究所用 二氧化碳部分代替垫层天然气的试验研究表明 ,地 下储气库总储量中 ,有效气的气体量可达 70 % ,在 这种情况下 ,采出气体中二氧化碳的分子组成不超 过0. 5 % ,用二氧化碳替代天然气作垫层气 ,可大大 降低作这种用途的天然气气量 ,其经济效益非常可 观 。按系数等于有效气 (设气量 Q 为 4 ×108 m3 ) 与 垫层气和剩余气量之比 ,即 0. 7 计算 (设剩余气量 Q 为 17. 2 ×108 t) ,则垫层气为 39. 8 ×108 t 。按垫层 气 8 卢布/ 1 000 t 估价 ,用二氧化碳代替天然气所 获得的直接经济效益为 318. 4 ×104 卢布 (未扣除二 氧化碳的有关费用) 。法国燃气公司的试验也表明 , 用二氧化碳可以替代约 20 %的垫层气 。
比较滞后 ,有些设计只能参考一般原油的标准和规 范 ,在一定程度上制约了稠油地面工程设计的发展 。
在稠油特别是超稠油的集输和处理技术方面 , 辽河油田正在开展科技攻关研究 ,主要解决以下几 个方面的问题 。
(1) 提高集输系统的密闭率 ,减少集输过程的蒸 发损耗和热能损耗 。
(2) 提高稠油的脱水温度 ,增大油水的密度差 , 通过研制高效设备 ,提高稠油的处理效率 。
气库 ,其气体处理建议采用低温分离工艺 ;在各类型 储气库上建议都采用低温分离工艺 ,并采用乙二醇 进行气体干燥 ;考虑到储气库的工作特点 (油气期为 3～5 个月 ,最短采气期为 1～2 个月 ,有时仅几天) , 对气体的初级分离 ,低温分离或干燥不考虑配备专 用设备等 。根据这些研究成果 ,对各类型的储气库 , 按照其地质情况和矿藏类型 ,可开发出各自统一化 的方案设计 ,将储气库建设从个别设计转为标准化 设计 ,使设备由单个制造转为成批生产 ,最大限度地 采用早先为气田建设所开发的标准技术方案和工厂 整体组装设备 。
完成沉降脱水的储罐做为合格油的储罐使用 。脱水 后的净化油含水率低于 2 % ,污水含油率低于 1 000 mg/ L 。该工艺流程在曙一区杜 84 、杜 32 块运行 良好 。
四 、辽河油田稠油地面集输 技术的发展方向
目前 ,辽河油田在稠油的集输和脱水技术居国 内领先水平 ,特别是在超稠油的集输和处理方面居 于国际领先地位 。
第 24 卷第 6 期 油 气 储 运
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地下储气库建设的发展趋势
高 发 连3
(中国石油天然气管道局)
高发连 :地下储气库建设的发展趋势 ,油气储运 ,2005 ,24 (6) 15～18 。 摘 要 分析了国外地下储气库建设的三个发展趋势 ,从 5 个方面阐述了地下储气库建设技 术的发展方向 ,认为在地下储气库设计中必须采用标准化的工艺设计 ,以达到减少各设计部门之间 的协调 、简化工艺方案选择 、缩短建库周期和提高建库质量的目的 。
德国 有 盐 穴 储 气 库 13 座 。据 调 查 , 仅 埃 森 ( ESSEN) 地区就有盐穴储气库 110 多个盐穴溶腔 , 岩盐埋深为 950～1 150 m 。法国有 3 座地下盐穴储 气库 ,其容积分别为 3. 5 ×108 m3 、4 ×108 m3 和 7 ×108 m3 。盐丘埋深为 900～1 400 m ,最大的一个 盐穴溶腔容积为 40 ×104 m3 。
由于受设备 、材料性能和投资的限制 ,整个稠油 集输系统大多尚未实现密闭运行 ,系统集输和脱水 的压力以及温度都比较低 ,造成一些主要设备的效 率不高 ,脱水过程过分依赖于化学药剂 。另外 ,由于 我国石油行业对有关稠油标准和规范的研究与制定
3 065000 ,河北省廊坊市广阳道 81 号甲 ;电话 : (0316) 2171135 。
主题词 地下储气库 建设 技术 发展趋势
天然气地下储气库是将从天然气田采出的气再 注入可以保存气体的地下空间 ,而形成的一种人工 气田 (藏) 。建设该储气库可有效解决供气区与用户 之间因为年峰谷差 、季峰谷差 、维修更新管道 、意外 事故等原因出现供气不平衡问题 。一个储气体系通 常包括地下油气藏 、注气井 、采气井 、注采井 、观察 井 、集输系统 、压缩机 、计量设备 、脱水装置以及外输 管道 。
在盐 穴储 气库 的建 设中 , 美国 的 PB2KBB 公 司 、德国的 B KK 公 司 、加 拿 大 的 TRAN S GA S 公 司 、法国的索非公司等在储气库选址 、造腔建库工程 设计 、施工质量监测 、投资预算 、经济评价 、气库运行 管理及延长储气库寿命等方面都形成了一整套成熟 的技术 、科学的试验方法和实用软件 。仅德国 B KK 公司就具有设计过 190 座盐穴储气库的经验 。
2 、 寻找大型储气库作为战略储备 国际形势风云变幻 ,天然气作为一种能源具有 其特殊性 。由于全世界天然气资源分布与消费呈现 不均匀的格局 ,天然气的安全显得更为突出 。一旦 国际天然气市场暂时或局部供应出现短缺 ,天然气 价格出现异常波动以致引发战争 ,都会对国民经济 的持续发展产生严重影响 。天然气不仅是国民经济 的支柱能源 ,而且也是国防战略的能源 ,是应对突发 事件保障国民经济安全的有效手段 ,是世界政治 、经 济 、军事和外交斗争的特殊武器 。欧美一些发达国 家将天然气作为优先发展的支柱产业 ,并将其视为 全球性的战略资源 。 3 、 多座地下储气库联网 使地下储气库连成一片 ,统一调度 ,统一控制 , 既有很大的库容量 ,又有很大的灵活性 。这里包括 与本国储气库联网和与他国储气库联网两种形式 。 特别是后一种形式发展很快 ,由于各国的地质条件 不同 ,因此 ,无论是管道运输还是储气设施其收益都 不同 。缺乏资源的国家可以与有储气设施的国家签
在地下储气库建设的具体设计 (如准备工作) 中 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 。
长 、综合成本低等优点 ,尤其是具有注采能力强 、注 采速度快的特点 ,现在越来越多的国家开始重视盐 穴储气库的建设 。北美和欧洲地区是世界上盐穴储 气库发展较快的区域 。20 世纪末美国能源署在完 成扩建 、新建的 80 余座地下储气库中 ,大部分为盐 穴储气库 。据统计 ,美国在得克萨斯州 、路易斯安那 州 、密歇根州 、堪萨斯州 、亚拉巴马州等都建有盐穴 储气库 ,并且在上述各州已建成 67 个盐穴溶腔专门 用来储存原油 。现在美国共有 48 ×108 m3 天然气 储存于 135 个盐穴溶腔中 。
减少地下储气库中垫层气体积 ,增大有效气气 量 ,用惰性气体作垫层气 ,是降低地下储气库投资和 运行费用的最主要发展方向 。
2 、 地下储气库工艺设计的统一化和标准化 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 。例如 ,为了制定储气库 的基本建设方案 ,须掌握建造地下储气库的矿藏类 型 、生产井和注气井的数量 、昼夜采气量和注气量 (包括最大昼夜采气量) 、采出气体温度和压力 、注气 压力 、储气库地质层 (地层) 个数 、采出气体组分 (凝 析液和水分含量) 等原始资料 ,这些参数都以某种方 式影响建库技术方案的确定 。其中 ,储气库矿藏类 型及采出气体组分主要影响采出气体处理工艺的选 择 ,其它参数主要影响工艺设备和输气采气管道的 技术规格 。由于存在这些共性因素 ,对各类地下储 气库而言 ,天然气采集 、配送和处理工艺设计上的区 别并不在原理上 ,而是在具体构成和设备方面 。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 。 前苏联在地下储气库地面站主要技术方案的统 一化与标准化研究方面取得了许多成果 ,先后为储 气库地面站的配气 、气体采集与处理 、气井产品计 量 、气体干燥 、低温分离等开发出了标准化工艺流 程 ,使其各自组成一个独立模块 。专家们对具体工 艺方案还提出了许多建议 ,如在衰竭油气田储气库 和矿化水含量高到末期井口压力还很高的含水层储