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大张坨地下储气库运行实践与评价

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大张坨 地下 储气库 运行 实践 评价
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文章编号 : 167221926 (2003) 0520425204收稿日期 : 2003206230; 修回日期 : 20032072111作者简介 : 杨树合 (19702) , 男 , 天津市人 , 工程师 , 主要从事气田及凝析气田开发生产管理方案研究 1大张坨地下储气库运行实践与评价杨树合 , 何书梅 , 杨 波 , 李保荣 , 朱小丽(中国石油大港油田油气勘探开发技术研究中心 , 天津  300280)摘 要 : 地下储气库对解决冬、夏季天然气供需矛盾、保障用户需求、优化集输系统功能有重要作用。在对国内外相关资料调研分析的基础上 , 认为地理位置优越、构造简单且不含 H 2S 等有害气体的枯竭油气藏是建设地下储气库的最佳选择。大港油田建设大张坨地下储气库的成功经验证实 : 地下储气库储层物性好坏及均质性强弱是地下储气库井位选择正确与否的关键 , 圈闭封闭性好坏是储气库建设成败的关键 , 库容量大小是储气库调峰能力大小的重要标志。关键词 : 大张坨储气库 ; 储层 ; 封闭性 ; 调峰 ; 库容量中图分类号 : T 2         文献标识码 : 加拿大安大略 W 气田首先建成世界第一座地下储气库。截止目前世界上已建成各类地下储气库 554 座 , 工作气量达 2 430 ×108 m 3。随着我国天然气工业的发展及天然气需求的日益增长 , 在我国建设地下储气库已成为必然。1 地下储气库的概念及库址选择原则111 地下储气库的概念和功能地下储气库就是在供气淡季将集输管线的多余天然气注入到地下储存起来 , 在用气高峰时将天然气采出来 , 用以补充管线供气的不足 , 满足用户需求 \[ 1 \](图 1)。地下储气库可以随时 (季节性、每天、每图 1 地下储气库供需关系示意小时的 )平衡气体消费和供气。此外 , 地下储气库还可以在气源中断或管网出现技术故障时 , 保证不间断供气。112 地下储气库选址原则建设地下储气库首先要解决的问题就是天然气的地下存储 , 因此储气库库址构造的选择就成为最重要的问题。作为良好的地下储气库库址 , 不仅要求具有良好的地质条件 , 而且还要求地理位置优越、交通便利、地面集输系统具有投资少和见效快等特点。因此 , 地下储气库在构造选择上应遵循以下主要原则 : ①构造简单、圈闭落实程度高 ; ②圈闭封闭性好 ,特别是上覆盖层和断层应具有良好的封闭性 ; ③构造储集砂体分布稳定 , 连通性高 , 储层物性好 ; ④圈闭内流体分布稳定 , 分布厚度大而集中 ; ⑤圈闭具有足够的储集空间 , 可满足调峰需要。此外 , 在库址选择上最好是优先考虑流体中不含 H 2S 等有毒气体枯竭气藏或枯竭凝析油气藏。2 大张坨地下储气库综合评价211 地质综合评价地下储气库要求在较短时间内反复强注强采 ,因此地下储气库必须具备气体“注得进、采得出、存得住”以及短期高产、高低压往返变化、长期使用的性能。这种性能对圈闭的封闭性要求较高。如果为第 14 卷 第 5 期2003 年 10 月      天 然 气 地 球 科 学     V 14 N o. 5O   2003了增大库容和提高单井产能 (如国外有些地下储气库工作压力上限高于原始地层压力 40% ) , 对气藏圈闭条件要求更高。(1) 储气库构造特征评价。大张坨储气库位于天津市南大港区上古林镇。该库构造位于板桥油气田板中断块以西、大张坨断层下降盘 , 构造形态为一由西向东倾没的鼻状构造。由于该构造具有东面和南面断层遮挡、西面和西南面岩性尖灭 , 因而形成了断层岩性圈闭。该构造北面有水体存在并与板中断块相连通 , 构造高点埋深 2 565 m , 幅度 235 m , 圈闭面积 12 (图 2) , 是一个受岩性和构造控制 , 具有图 2 大张坨地下储气库构造示意边水带小油环的高含量凝析气藏。(2) 圈闭有效性评价。从宏观封闭能力看 , 虽然厚度对天然气的封闭能力不能用一个绝对的标准来加以衡量 , 但这并不意味着厚度对封闭能力没有影响。这种影响主要表现在厚度横向分布的稳定性上 ,也就是说盖层必须有足够的分布面积作屏障。因此 ,从宏观封闭能力而言 , 盖层必须有足够大的厚度 , 才能保障它横向分布的稳定性 ; 盖层的厚度是越大越好。此外 , 对于泥岩盖层而言 , 单层厚度越大 , 沉积物均质性越好和成份越纯 , 其排替压力越大 , 封闭能力也就越强。大张坨储气库目的层上部全部为暗色泥岩 , 总厚度 430 m 左右 , 直接覆盖在气藏之上 , 起到良好的封闭作用 , 是理想的盖层。微观上直接反映封盖性能的参数有孔隙度、渗透率、突破压力、微观孔隙结构、盖层厚度等 , 各项参数在分级评价中所起的作用通过权值而体现。根据天然气封盖层毛细封闭评价标准 (表 1) , 由岩芯分析表明 : 大张坨地下储气库盖层封闭能力的各项指标均高于标准值 , 说明本区上覆泥岩层为强封闭能力盖层。(3) 断层封闭有效性评价。断层封闭能力包括 2表 1 大港油田油气藏盖层物性封闭综合评价标准参数级别分布规模权值 0. 2岩性权值 0. 2孔隙度 (% )权值 0. 1渗透率 (10- 3)权值 0. 1排替压力 (M 值 0. 3盖层厚度 (m )权值 0. 1小于 100~ 孔隙含量 (% )权值 0. 1 评价结果权值大于 0. 8盆地性盖层致密性岩类 10 > 100 85 可封闭 1 000 好˚ 权值大于 0. 6区域性盖层 粉质泥岩 2. 5~ 5 10- 8~ 10- 2 10~ 5 100~ 70 75~ 85 可封闭 500~ 1 000 中¸ 权值大于 0. 5直接平面层泥质粉砂岩类 5~ 8 10- 2~ 10- 1 5~ 1 70~ 20 50~ 75 可封闭 100~ 5 00 一般权值大于 0. 3局部性盖层泥岩砂岩裂缝性盖层组合> 8 > 10- 1 < 1 < 20 < 50 一般不能封闭 气藏 , 差个方面 : 一是断层对盖层的穿透能力 ; 二是断层对稳定储层的侧向封堵能力。断层的垂向封闭性实际上就是盖层的有效性。断层的侧向封闭性主要取决于断层面两侧岩性变化及油气水分布情况。大张坨气库断层两侧岩性不一致 , 即断层一盘的储集层与另一盘的不渗透地层相接触 , 因侧向不连通而形成良好遮挡封闭 ; 断层两侧储集层相接触 , 由于摩擦挤压在断面层形成了断层泥封闭。(4) 储层评价。综合利用三维地震、测井、化验分析、多种地质研究手段以及建立三维地质模型等对储气库储层连通性和非均质性进行了评价 , 预测了物性分布及变化规律。大张坨储集层砂体主要为水下冲积扇扇端亚相沉积席状砂体 , 分支水道砂体为主要储集层。分支水道间发育有水道侧翼微相带 ,主要为粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩等 , 砂层薄 , 分布范围小 , 是次要储集层。该气库储层平面上 , 砂体呈席状分布 , 与板中断块南北高点砂体连通 , 气藏主体部位渗透砂岩厚度 7~ 12. 2 m。砂岩孔隙度一般为20%~ 25% , 渗透率一般为 (0. 27~ 15. 4) × 10- 3。据测井资料解释 , 纵向上单砂层物性差别不大 , 层间矛盾较小。该气库平面上储层非均质性主要表现为砂层和油气层北厚南薄 , 渗透率北高南低 , 与砂体向西南方向减薄、尖灭的规律一致。212 库容量评价大张坨凝析气藏于 1975 年由板 52 井钻探发现之后 , 勘探工作全面展开 , 1994 年大张坨气藏开始624              天 然 气 地 球 科 学                V 14试采 , 1995 年正式实施循环注气部分保持压力开发至 1999 年底。从发现井至开始今 , 已在气藏内部完钻 6 口井 , 在气藏外部钻探了 5 口井 , 气库构造形态及分布范围已基本确定。到目前为止 , 该气藏已经利用容积法、物质平衡法 \[ 2 \]、数值模拟法等 3 种方法进行了多次油气储量计算 , 并最终确定为凝析气地质储量 15. 50× 108 m 3, 干气地质储量 13186× 108 m 3,凝析油地质储量 114. 2× 104 m 3 (表 2)。表 2 大张坨地下储气库库容量评价计算结果计算时间 (年 ) 计算方法地质储量凝析气(108 m 3)干气(108 m 3)凝析油(104 m 3)备 注1987 容积法  25. 17 24. 07 94. 55 上报国家储委1994 数值模拟 18. 09 15. 32 158. 66 S 17. 49 14. 87 122. 45 99 年地质再认识2000 数值模拟 16. 13 14. 36 118. 30 多组份模型压降法  15. 50 13. 86 114. 20 动态资料213 运行参数评价(1) 气库运行周期。根据北京市不同季节用气规律分析 , 确定气库运行周期如下 : ①采气期为 11月 15 日— 3 月 14 日 , 共 120 d; ②注气期为 3 月 26日— 10 月 30 日 , 共 220 d; ③停气期为春季 3 月 15日— 3 月 25 日 (共 11 d) 和秋季 11 月 1 日— 11 月14 日 (共 14 d)。(2) 基础参数。运用物质平衡原理建立库容量与地层压力的数学方程 , 确定不同地层压力区间的储气库基本参数 (图 3) : ①最大库容量 [国际上通常用最大库容量反映储气库的储气规模 , 即它指当气库地层压力为原始地层压力 (29. 77 M 时的库容量 \],经计算 , 大张坨气库最大库容量为 17. 81×108 m 3, 比气藏储量多 2. 31× 108 m 3, 此部分库容量是由于开发前气藏膨胀扩容所致 ; ②基础垫气量 (即气库压力降到无法开采时的气库内残存气量 )。经综合研究 , 大张坨气库的废弃压力 10 M 基础垫气图 3 大张坨地下储气库运行参数设计示意量为 6. 86× 108 m 3; ③附加垫气量 (即在基础垫气量的基础上 , 为保证气库具有一定的压力水平 , 保证实现单井设计产气量所需增加的垫气量 ) , 该气库运行的压力下限为 15 M 附加垫气量为 3179 ×108 m 3; ④总垫气量 , 即基础垫气量与附加垫气量之和 , 是保证地下储气库运行所需的最低存贮气量 ; ⑤有效工作气量 (即一个采气期内总采气量 , 可反映储气库的实际调峰能力 ) , 根据北京市天然气用气需求 , 大张坨气库的有效工作气量为 6. 0× 108 m 3。(3) 运行压力范围。储气库操作压力的选定主要考虑低压时能保证采气井的正常生产并具有一定的生产能力 , 高压时不造成气库岩石的破裂而损坏气库。此外 , 要考虑注采气设备的适用性和气库的经济性。国外一些国家一般取破裂压力的 70% 作为气库运行的上限值。(4) 单井采气、注气能力 \[ 3, 4 \]。该气库注采井以实现“大排量强注强采”为基本要求 , 采用了地层、井筒、井口一体化流量设计技术 , 运用井筒油气两相垂直管流计算公式计算不同压力、不同油管尺寸时的单井井筒流量 (图 4) \[ 3, 4 \], 运用节点分析法确定无冲蚀流态下的单井产气量 , 用同样方法可以确定单井最大注气能力。图 4 大张坨气库气井生产能力叠加曲线示意3  大张坨地下储气库设计方案及运行实践311 井位部署井位部署主要避开 3 个不良因素 : 一是井点远离气水界面 , 防止注、采过程中水体突进和侵入现象 ; 二是井点远离断层 , 防止断层破裂影响气库的封闭性 ; 三是井点远离低渗区和致密区 , 防止产能过低。在上述原则的指导下 , 建设大张坨地下储气库最终实现了以占高点和控制高渗透带为手段 , 最大程度地实现了少井高产、减少边水的危害、保证气藏流724N o. 5         杨树合等 : 大张坨地下储气库运行实践与评价              体及压力分布均匀等设计目标 \[ 5 \]。312 注采井网大张坨气库注采井网的优势主要体现在 3 个方面 : 一是气库运行安全性高 , 二是气库综合经济效益高 , 三是注采井压力的传导性强 \[ 5 \]。313 运行实践设计总井数 20 口 , 其中注采井 16 口 , 监测井 4口 , 采用中高部位部署注采井网。采气期 (冬季 )采气井 16 口 , 全库平均日采气 500× 104 m 3, 运行压力 29~ 15M 气期 (夏季 )注气井 16 口 , 全库平均日注气 300× 104 m 3, 运行压力 15~ 29 M 行实践证明气井能力与设计指标符合程度高 \[ 5 \]。采气井在地层压力 20 M , 3 次测试平均单井日产气分别为 49. 61× 104 m 3、 25. 61× 104 m 3和 13. 42× 104 m 3, 达到设计日产气 ( 37~ 30) ×104 m 3水平。采气期中最高日采气量 511× 104 m 3,达到设计指标 500× 104 m 3。注气期中最高日注气量350× 104 m 3, 达到方案设计指标 310× 104 m 3。在第一注采循环周期中 , 注入产出量与压力上升下降幅度相符 , 说明气库密封性较好。4 结论大张坨地下储气库作为国内第一座地下储气库 , 翻开了我国地下储气库建设的新篇章。该库建设方案的成功实施及平稳运行为我国今后地下储气库建设提供了范例。大张坨地下储气库建设和运行的实践经验证明 : 储气库构造落实程度的好坏是整个气库建设成败的关键 , 取得盖层及储层物性参数是实现储气库设计方案的重要保证 , 气库容量的落实是储气库调峰能力的保证。参考文献 :\[1 \]  U U. 天然气藏工程 [M \]. 北京 : 科学普及出版社 ,1992.\[ 2 \]  1 气藏工程原理 [M \] 石油工业出版社 , 1992.\[ 3 \] 叶昌书 . 气井分析 [M \] 石油工业出版社 , 1997.\[ 4 \] 加拿大国家能源保护委员会 . 气井试井理论与实践 [M \]. 北京 :石油工业出版社 , 1988.\[ 5 \] 张幸福 , 谢广禄 , 曾杰 , 等 . 大张坨地下储气库运行模式分析[J \] 2003, 14 (4) : H E L x p D y , D ag p P T 00280, T he p an in of of of in w of er op of O n of of op of is w le w as so A e e, p th of of w of of is on is m of of D R             天 然 气 地 球 科 学                V 14
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