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盐穴天然气地下储气库腔群优化配产模型_图文

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天然气 地下 储气库腔群 优化 模型 图文
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第39卷第3期 2010年5月 中国矿业大学学报 01.39 010 盐穴天然气地下储气库腔群优化配产模型 谭羽非,赵金辉,曹 琳 (哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨 150090) 摘要:根据盐穴储气库注采运行特性,将储气库多腔注采运行考虑为一个系统,在满足城市调峰 需求、溶腔注采井筒不被天然气冲蚀和溶腔最低运行压力3种约束限定条件下,以腔群总压降最 小为优化目标,提出了盐穴储气库腔群配产模型,基于有约束条件的复形调优法对模型进行了求 解,确定出库内各单腔的最佳采出量.模拟结果表明优化配产后各溶腔压降明显低于均产,优化 配产后溶腔总压降低于等量配产0.717 于大容积采气能力高的溶腔,可实现大流量的采 气,研究成果可应用于盐穴储气库注采运行方案的确定及多腔优化生产调度. 关键词:盐穴天然气地下储气库;群腔;配产;模拟 中图分类号:22 文献标识码:A 文章编号:1000—1964(2010)03—0449—04 U—in—f 50090,on of of as a n of of ty of on in he in is in .7 1 7 he be in of 穴天然气地下储气库是由在地面统一管网、 统一监控、统一调配的多个各自独立的地下盐岩溶 腔组成.与其它类型储气库相比,盐穴储气库具有 构造完整、夹层少、厚度大、非渗透性好,注采气能 力较高,调峰能力强等优点l】],最适合日调峰负荷 的平衡.但短期大的注采调峰运行,会使溶腔内压 力变化较大,导致地下盐岩溶腔蠕变收敛 2].国外 有些盐穴储气库每年平均蠕变收敛率达2 左右, 这无疑直接影响盐穴储气库的储气能力和正常运 行 引. 2005年德国在多 个储气盐穴溶腔考虑为一整体,在几个溶腔内同 时抽取,完成并联操作,在连续90 ,各腔抽出同量气体,这种并联操作比串联操作 收稿日期:2009—04一金项目:国家自然科学基金项目(50676025);国家十一五科技支撑重点项目(2006作者简介:谭羽非(1962一),女,黑龙江省哈尔滨市人,教授,博士生导师,工学博士,从事天然气输配储运技术方面的研究 63.3704809716 450 中国矿业大学学报 第39卷 总收敛率减少折成2.915 m。,证明了并联操作的 优越性但储气库在多溶腔的联合注采运行过程 中,各溶腔及注采井筒的尺寸、热力状态、运行约束 等都各不相同,储库在满足城市调峰需求时,若各 单腔注采量的分配不尽合理,可能导致个别单腔压 降过大,库容量减少等一系列不合理的运行问题. 本文针对盐穴储气库注采运行特性,将盐穴储 气库多腔注采运行考虑为一个系统,建立了盐穴储 气库多腔优化运行配产模型,基于复型调优法对模 型进行了求解,确定出库内各单腔的最佳采出量, 模拟结果表明优化配产后各溶腔压降明显低于均 产,研究成果可应用于盐穴储气库注采运行方案的 确定及多腔优化生产调度. 1 优化数学模型的建立 1.1 目标函数的建立 为避免溶腔短期大流量采气运行导致的蠕变 收敛,在满足市场用气需求及单腔约束条件下,以 溶腔群最小总压力降,建立采气优化运行配产的目 标函数为 Ap— , (1) 式中:△ 为各单腔压降,为腔群中单腔数 目. 由于溶腔内压力和温度是耦合变化的,为求采 气时溶腔内天然气压力、温度变化,需联立求解溶 腔控制方程组. 1.2 溶腔内控制方程的建立 将溶腔周围盐层考虑为二维,建立其径向瞬态 导热微分方程 一3 + )(0≤r≤t (2) 一一 l 十一J u ·L 初始及边界条件 一 37"I r=R—a(r)’ r 一^ 一。L w一 r r T l,一。。一式中:丁为溶腔周围盐岩层温度,K;,/(m。· K);T 为溶腔壁面温度,K; 为天然气温度,K;溶腔在注采循环运行时,不断发生热质交换, 考虑地下盐岩的多孔渗透特性及溶腔蠕变引起的 有效体积变化,结合实际气体状态方程,建立溶腔 连续性方程为 垒 一 +r , (4) ) (f) …。J …… … 式中: (f), (f), (£)分别为然气压力(溶腔体积(m。)和压缩因子;M 为储气库溶腔内天然气摩尔质量,kg/为 溶腔内初始天然气的质量,为溶腔内初始天 然气注入或采出的质量流量,kg/d. 考虑天然气在溶腔内膨胀和压缩引起的能量 变化、天然气采出引起的腔内能量变化及腔内天然 气与溶腔周围盐层热交换引起的能量变化,建立能 量守恒方程 — 。。d。。—t— —— 矗[ _d 2 c (,(5) 3p—— aT z+T 、 丁( 一骞)’ (6) q 一口(丁 一丁), (7) 式中:c 为天然气定压比热,);的密度,kg/m。;K;m ;q 为天然气与溶腔侧面的 热流量,W/m . 式(7)中对流换热系数 采用式(8) 。一0.1 f (8) \ “ , p— 1( )。, 式中: 为腔内天然气的导热系数,W/(m·K);口 为体积膨胀系数,1/K;a·s;重力加速度,m/s。. 1.3 优化配产的约束条件 1)满足城市调峰需求总量的约束 q , (9) 式中:q 为单井m。/d;市调峰用气量,m。/d. 2)满足溶腔注采井筒不被天然气冲蚀的约束 在注采井筒中,天然气太高的流速会对井筒造 成冲蚀,因此天然气采出量q 满足注采井筒不被 天然气冲蚀的条件为 q
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