地下储气库的优化管理

发布于:2021-12-05 00:30:30

第 18 卷第 2 期 2000 年 6 月

天 然 气 与 石 油 Na tura l Ga s And O il

V o l 18, N o. 2 . J une. 2000

  

 

地下储气库的优化管理
( 俄) C. H. 布任诺夫 著
  *年来, 大量的科技开发使天然气的地 下储存成为天然气工业中一个效率很高的部 门。 在天然气工业系统中有 22 个地下储气库 在发挥着作用, 其中有些储气库, 如北斯塔夫 拉波尔储气库是独一无二的。 俄罗斯还在较 短时间内建造了世界上最大的含水层储气库 ——卡西莫夫储气库。 对不稳定地层- 储层的加固广泛采用了 现代方法, 开发出了采用大口径气举管的气 井建设与操作工艺。 卡西莫夫地下储气库的 气井采用了直径为 168 mm 的自喷管, 使气 井产量大大高于 2 400 m 到7 000 9 000 m ~
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化的。 一方面, 天然气的需求量具有很大的随 意性; 另一方面, 又强烈要求储气库设施必须 保证整个冬季期间的天然气需求。 上述特征要求建立一个系统, 当可靠确 定设施性能的和能定性预测地下储气库工况 的先决条件发生变化时, 该系统应能对经常 变化的条件作出迅速反应。 实行地下储气库运营自动化管理, 能最 有效地利用地下储气库的生产能力。 建立自 动化管理系统的最大效果是能保证气井的操 作达到最佳状态。 这一系统一方面可保证气 井的抽气量达到最大化; 另一方面可在允许 的工艺制度下保持气井的运行。 没有这种控 制系统, 就会迫使操作者将生产井的抽气量 大大限制到所允许的最大生产量以下。 这将 造成储气库昼夜抽气量的降低, 从而导致储 气库有效气量的减少。 增加生产井的数量不失为另一种途径。 但是, 用这种方法来提高储气库的机动性和 提高储气库的抽气能力, 其作用是有限的。 在 一系列储气设施中, 这种方法的效果并不显 著。 地下储气库优化管理的任务是: 在遵守 环境保护要求的同时, 用最低的生产费用, 保 证必须的昼夜抽气量或注气量, 同时要保持 储气库的潜能, 以保证今后在规定的时间内 具有所给定的最小抽气量。 由此可见, 储气库优化管理工作的任务 是多方面的, 且各项优化任务还可能相互抵 触。 对维持储气库最低运行费用 ( 抽取地层

d 的设计产量, 达

d。开发出了水*井的钻

井工艺。 库雪夫地下储气库采用了水*井后, 气井的产量提高了 1 1. 5 倍。 ~ 在提高地下储 气库工况稳定性方面也开展了一系列的工 作。 毫无疑问, 这一领域还有许多问题有待 解决。 最关键的问题是如何提高储气库的昼 夜抽气量。 在地下储气库的地理分布, 它们与 天然气运输系统之间的相互影响、 优化地下 储气库自动化运营管理等方面与优化要求还 存在很大差距。 通过最*的研究我们发现, 地下储气库 的运行具有以下特征: a. 储气库年复一年的重复循环工作, 这 在很大程度上为分析和揭示各种设施 ( 压缩 站、 气井、 地层、 天然气处理设备等) 的必要参 数提供了条件; b. 对天然气的抽取量的要求是经常变
  收稿日期: 2000203201

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水、 抑制剂消耗) , 的抽气量的确定人们进行 了一些研究, 并研究了储气库的生产管理, 以 使储气库在今后的生产中能保持较高的潜 能。 地下储气库的重要任务是, 在遵守环境 保护要求的同时, 在所确定的工艺制度下, 在 给定的时间内保证规定的天然气抽取量。 由 此产生了这样一个问题: 如果在给定的时间 内能从储气库抽取所需要的天然气量, 是否 还需要进行人工限制? 对这个问题还没有一 个明确的答案。 如果所确定的储气库的工艺 制度是正确的, 并在抽气过程中得到严格遵 守, 那么就没有任何理由对抽取量加以限制。 看来, 对于有活性水压驱动的储气库, 应就强 化抽气带来的影响进行评估。 强化抽气有可 能使水有选择性地侵入气藏, 个别井会出现 水淹, 甚至导致整个气藏出现严重水淹。 因 此, 必须预测并确定, 强化抽气对储气库以后 的生产会带来多少负面影响。 在气驱条件下, 强化抽气可能造成压力 下降、 地下储气库天然气储量递减, 而当今后 天然气需求量增加时可从储气库中抽取的天 然气量反而会降低。 这种情况下 ( 当不对强化 抽气加以限制时) 从储气库中抽取的天然气 量会比较大。 储气库在负荷高峰期, 如严寒季 节来临时, 可能会出现无气可抽的情况。 因 此, 这里必须审查前面所说的优化管理条件 ——保证储气库在将来有较高的潜能。 在储 气库运行管理任务中应说明各个时期保证天 然气的最低抽取量的条件。 地下储气库注气优化管理任务与抽气管 理有所不同。 如果气藏工作制度是气驱, 那么 注气方针应该包括: 根据现有用于注气的天 然气储量, 在设备工艺工作制度范围内按最 大可能的速度进行注气。 这一方针能使一季 度内向储气库注入可能是最大量的天然气。 毫无疑问, 对这一原则不能加以绝对化。 在低 入口压力条件下向储气库 ( 压缩站) 注气, 会 造成很大的能源消耗。 如果能确信今后可以

在高入口压力条件下向储气库注入所需天然 气量, 那么延长天然气注气期就显得较为合 理。 如果因一系列原因 ( 限制储气库容量, 没 有必要注入高于确定量的天然气) 而限制注 入储气库的天然气量, 那么, 企图每个时候每 种情况下都能按最大的注入量进行注气, 就 不会显示具有什么明显的优越性。 对具有活动水压驱动的储气库来说, 可 以大大改变注气方针。 我们发现, 当圈闭的容 积很大时, 在注气和后来的抽气过程中, 圈闭 范围内不存在天然气逸出的危险。 必须注入 最大量的天然气。 与气驱情况一样, 这里的最 佳方针是: 根据设备的工艺条件和所具有的 用于注入的天然气储量, 保证以最大速度进 行强化注气。 现在的任务是: 弄清某一时刻地层中的 压力分布, 从而弄清每口井中可抽取的天然 气潜能。 对气井抽气量的分配, 必须做到: 在 确定的未来时间 t 之前, 储气库的生产力为 最大。 我们认为, 地层和井的参数是可以弄清 的, 甚至可以弄清对井工作的限制条件 ( 最低 允许压力、 压力降等) 。 那时, 就可以计算出, 工艺指标 ( 包括每口井的最大可能生产能力) 是怎样随着时间的变化而变化的。 甚至还可 以确定每口井的生产能力与其它井产量 ( 及 与自身产量) 之间的相互关系。 毫无疑问, 这 一相互关系是复杂的、 非线性的。 然而, 大量 的计算证明, 它可以用线性关系来诠释。 我们将用地层数学模型模拟储气库的原 始状态, 并将对每口生产井找出时间 t 之前 其生产能力的变化与其它生产井产量之间的 关系。 这可以通过下列途径加以分析。 首先 研究能保证规定之抽气量的各气井的*似生 产能力, 然后关闭一口生产井 ( i 井) 。由此其 余每口井 ( 甚至关闭井本身) 的地层压力都有 所变化 ( 升高) 。我们用 Α, i 表示由 i 井工作引 j 起的每口 j 井产量的变化。 j 井产量的总变化为:

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  地下储气库中所 n 井总产量的下降用下 式计算: ?Q =

  式中:

  这样, 保证储气库最大抽气量的储气库 各气井间最佳分配问题可表示为以下线性规 则问题。 找到函数 F 的最低值:
F = m in ?Q

  这时, 每口井的产量应限制为: q i ≤ qm ax, i    i = 1, …, n   优化方案应在保证所有气井 ( 储气库) 规 定抽气量的条件下加以确定:

( 上接第 10 页)

通常先将真空罐抽至某个真空度 ( 如 300~ 500 mm H g ) , 再开启阀门抽吸, 或在抽吸过 程中连续运行真空泵, 使真空罐保持一定的 负压值, 此种工作过程可使整个吸入系统在 抽吸过程中保持衡定的负压值, 使抽吸过程 能顺利地进行, 而自吸滑片泵抽吸时, 一旦油 品进入管线, 吸入系统中的真空度即刻下降, 从实测中也证实了这一点, 这是滑片泵工作 的显著特点, 因此它们的工作原理不同。 4. 2  泵吸入管线普遍存在不同程度的漏气 现象, 要形成较大的真空度较难, 另外如果自 吸滑片泵的工作流量不能克服由于管线漏气 和油品汽化的影响, 就无法达到预期的抽吸 速度, 吸入系统中也无法达到所需的真空度。 4. 3  在抽吸油罐车底油时, 底油进入管线 后, 吸入系统中的真空度下降, 同时, 在负压 情况下油品迅速汽化, 从而大大减小了自吸

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? qj = Βi =

6

n

qi = Q

i= 1

6

i= 1

6
n

i= n

i= n

6

n

j= 1

Α, i q i j

Α, i q i j

6

i= n

i= 1

Βi

式中 Q ——储气库规定的抽气量。 这样, 上述问题—— 典型的线性规划问 题——便可借助优化程序的良好发展而得以 解决。 对在给定的时期之前储气库抽气量能保 持最大而必须按若干个时段对各气井的天然 气抽取量进行分配的情况, 可用上述方法进 行类似的推导。 上述方法的实施还需要解决许多问题, 其中包括改造地层和气井的数学模型。 这里没有研究天然气地下储气库系统的 优化管理问题, 尽管与单个储气库的注气与 抽气的管理问题相比其重要性可能更大。 这 个问题是一个需要专门研究的课题。
四川石油管理局地质研究院 吴邦辉 译自 《Гз а поы лно ь1998 年第 8 期 а в рм ш енс 》 оя т 四川石油管理局勘察设计研究院 阎光灿 校 审

Βi

滑片泵的实际抽吸流量, 使吸入系统中真空 度进一步下降, 尤其在夏天气温较高时, 油品 汽化量更大, 底油抽吸速度更慢, 因此选用较 大流量的滑片泵是必要的。 4. 4  滑片泵的出口宜设排气装置。 实验表 明, 当滑片泵出口积聚一定压力的空气后, 滑 片泵无法正常工作。 如将油气直接排入放空 罐, 滑片泵能完成既定的工作任务, 但气液两 相流经泵后产生大量的静电, 进入放空罐后 气液翻滚又将产生大量静电, 从而造成静电 事故隐患, 而轻油泵房无真空系统辅助卸油 单元却克服了上述弊端。

5 结论
鉴于上述原因, 轻油泵房无真空系统辅助卸 油单元已采用 SU B 80- 60 60 型自吸滑 ( 下转第 28 页)


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