层状盐穴天然气储气库注采性能研究

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天然气作为一种低碳清洁能源,在我国的能源消耗占比愈发提高,天然气市场也出现了供需不平衡的问题,因此天然气地下储气库得到了迅速发展。其中盐穴型天然气地下储气库因具有吞吐量大等优点,应用前景十分广阔。我国盐层具有夹层多且薄,并不是均匀分布,且储气库的注采流动是关于流动与传热相互耦合的复杂问题。针对我国盐岩夹层多的问题,选取注采井JK3-2,进行地质参数测试,获得夹层位置、厚度及基本信息,并对在注采期进行井口温度压力测试,获得注采期的注采速率及井口温度压力变化。基于测试夹层位置及厚度建立物理模型,并根据夹层承压能力确定在注采运行期间的最大工作压力,并利用Comsol计算流体软件对层状盐穴型地下储气库注采期间进行了研究,对模拟结果进行分析发现,层状盐岩对于溶腔内部温度以及压力分布的影响较小,且利用Comsol软件模拟注采过程操作较繁琐,所以编制简易快捷的储气库注采模拟软件,并将两者结果对比验证,两者结果相近,可用于模拟储气库注采期溶腔变化。最后利用此软件对工程实际项目进行优化。主要研究内容如下:(1)针对我国盐层为单层多夹层薄的特点,现进行盐层地质参数测试,选取注采井获得盐腔范围以及盐腔形状。针对上述范围进行岩心取样并利用自然伽马测井的方式进行岩性分析,分析层状盐岩的具体分布情况及承压能力;在采气阶段,对井口的温度压力变化实时检测,记录井口的温度、压力变化情况以及采气期每天的采气量,以用于后续的模型验证。(2)基于溶腔的形态以及获取的盐岩具体分布情况建立物理模型,选择合适的湍流方程,利用Comsol进行求解,进行网格划分,选择合适的网格数进行模拟最后通过实测数据对比模拟模型正确性。(3)根据建立完成的物理模型以及数学模型,模拟储气库在注气运行的影响因素以及采气阶段影响因素研究,在注气阶段影响因素较多,分析了不同的天然气注入温度、压力以及注气速率对溶腔内部的温度压力变化,以及内部的速度场分布以及溶腔的变化对于外界盐岩的影响情况,在采气阶段主要研究采气速率对于溶腔内部的变化情况,最后根据在不同的温度压力下模拟得出的溶腔温度压力来计算溶腔的库容量大小,分析溶腔的温度压力变化对于库容量的影响。(4)分析注采期溶腔温度压力变化后,因层状盐岩对于溶腔内部的影响较小,且在实际工程中,模拟注采期溶腔变化,利用Comsol软件模拟操作较为繁琐,所以编制简易快捷储气库运行计算软件,并利用实测数据以及Comsol软件模拟结果进行对比以验证软件正确性,并对实际工程中的三口注采井JK3-2、西一井以及西二井进行注采优化。研究表明:层状盐穴行地下储气库运行期间,随着天然气的注入或者采出,溶腔内部的温度、压力、速度以及周围盐岩均产生变化,且相比于采气阶段,注气阶段的变化更为明显。在注气阶段,改变注气温度、压力、速率对溶腔内部的温度、压力以及速度场均有显著影响,其中在盐岩中夹层处,温度升高更快随着注气的进行,夹层的温度与其他盐岩壁面温度逐渐趋于一致。所以温度压力的变化是决定运行是否安全的关键性因素,而且库容量也随着溶腔温度压力的变化而随之变化,与温度呈负相关,与压力呈正相关;其中温度每提高1℃,库容量减少0.45%,压力提高1MPa,库容量提高6%。。所以应适当降低注气井口温度或压力,以获取较低的溶腔温度,降低对盐岩的热效应影响;在保证夹层不破裂的前提下,适当提高溶腔压力;获取较高的库容量。在实际工程中,JK3-2井、西一井以及西二井在注气阶段选择三口井联合注气的方式,可以显著降低在注气结束时各个溶腔的温度,获得较高的注气量;在采气阶段,相比于单口井采气,三口井并联采气时,可以采出更多的工作气量,获取更多的经济效益。
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