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北美典型储气库的技术发展现状与启示_图文

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北美 典型 储气库 技术发展 现状 启示 图文
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文章编号:1000.8241(2013)08.0814.04北美典型储气库的技术发展现状与启示尹虎琛1陈军斌2兰义飞3刘志军31.中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院,四川广汉618300;2.西安石油大学石油工程学院,陕西西安710065:3.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安710018摘要:地下储气库是天然气市场的重要组成部分,在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。我国储气库的建设近年来发展较快,但与北美地区相比,仍处于起步阶段。通过对北美地区储气库现状、运营管理、技术特点等进行调研,总结了国外储气库在设计、建设和经营管理等方面的经验。对我国储气库的发展提出建议:借鉴北美储气库在日常运营管理方面的模式;强化钻井技术方面的研究力度,通过采用大孔径水平井,提高单井注采能力;加强材料的创新性研究。(表1,图3,参8)关键词:北美地区;天然气;地下储气库;油气藏中图分类号:献标识码:A 0.6047巧.000.8241.2013.08.004of 18300;2.i’i’10065;3.i’锄,10018an in t is in n of at in of on on of t is as of to of on ey 010年掌握的统计资料表明,目前全球共有36个国家和地区建设了630座地下储气库n],总工作气量为3 530X 108 占全球天然气消费总量的11.7%,较2005年同比增加了200X 108 ]。在全球地下储气库总工作气量中,北美地区占有36.69%,欧洲占有24%,独联体国家占有28.31%,西亚和亚太地区占有0.8%,拉丁美洲和加勒比地区占有0.03%…。全球地下储气库总工作气量的78%分布于气藏型气库,5%分布于油藏型储气库,12%分布于含水层储气库,5%分布于盐穴储气库,另有约0.1%分布于废弃矿坑和岩洞型气库中旧1。1北美地区储气库发展现状北美地区是储气库开发建设最早的地区。1915年,加拿大在安大略省916年,美国在纽约州是美国境内的首座储气库至2010年,北美地区共有天然气储气库463座(表1),占全球储气库总量的73.5%,最大工作气量1 295.6X 108 全球工作气量的36.69%,日最高供气能力为25.36×108 全球日供气能力的32.99%。其中,枯竭型地下储气库374座,为储气万方数据尹虎琛等:北美典型储气库的技术发展现状与启示 综 述et of 穴型储气库46座,主要分布在美国和加拿大境内;含水层构造储气库43座,全部位于美国境内‘引。表1北美地区储气库储气能力统计(2010年)作气量为180X 108 库存能力和高峰负荷输气量均居世界领先地位。在战略储备方面,美国政府也在酝酿建立天然气储备,以防海外天然气供应的中断。地区 类型 茗/工(1作垫(1底08气(供108气 2艾特肯溪谷储气库(国是世界第二大天然气生产国和第一大天然气消费国。天然气消费量约在本国一次能源中占有25%。2007年美国天然气产量5 459X 108 费量6 529 X 108 然气对外依存度为16%¨j,其中从加拿大进口管道气占15%,进口o。美国天然气储气库建设是随着天然气管道的发展而逐步形成的。美国非常重视天然气的储备,其储气库规模相当大。据统计,截至2010年,美国正在运营的储气库有411座,工作气量为1 130X 108 ]。其中,枯竭油气田储气库占80.8%%,盐穴储气库占9.9%。此外,有80座储气库己艾特肯溪谷储气库是加拿大不列颠哥伦比亚省最大的储气库,位于洪恩河与蒙特内页岩气藏之间,不列颠哥伦比亚省的东北部,距离圣约翰堡的西北部120 离温哥华约1 100 前工作气量为21.8x 108 特肯溪谷储气库北部尚有8.8×108 991年发现天然气气田,累计产出约9.6X 108 998年作为天然气储气设施,获得了最高约4.5×108 地区与艾特肯溪谷气藏非常相似,有待开发以满足未来的储气需求。艾特肯溪谷储气库现有设施包括:连通艾特肯溪谷的管道(直径23.2 双程压缩机(588.399 垂直生产井(1口)、封停井(3口)和井场脱水机(1台)。艾特肯溪谷油田发现于1959年,1962年开始产油,1965年首次被论证天然气回注。1977年通过政府审核,同时开发油和气顶气,该油田和已计划建设的辛普森港天然气液化工程首次被建议作为共同储气项目。2006年8月,不列颠哥伦比亚公共事业委员会决定将艾特肯溪谷储气库作为公共事业(图1)。该储气库提供的服务包括季节性供应、日常平衡、极限调峰、价格平缓及可靠的替换供应方案。图1艾特肯溪谷储气库发展历程图万方数据2.1运营管理与维护运营管理是储气库达到设计要求、安全运行以及实现多种功能的前提条件。地下储气库建设较发达的国家提出了“工艺审查”管理模式:①前期调查,充分的前期评价工作可以有效降低建库带来的投资和市场风险,节约不必要的开发成本,对建库方案多次进行合理性论证及调研,尤其关注经济评价、环境保护等问题。②投产前调查,评价地下储气库的各项技术指标,各项技术指标均符合标准要求且己明确地下、地面、用户以及市场因素后,才能够保证储气库的安全运行。⑧定期调查,在储气库正常运行期间,进行定期检查,保养维修,在每年储气库停产的5 进行彻底检修。④应急调查,应备有应急预案,当储气库运行效率出现急剧下降时,可以及时进行调查,分析原因。从局部性调查到整体分析逐步进行。⑤局部调查,仅限于调整个别参数(如气井密封性、库容量、大气排放等),单个机组和设备(如压缩机站、吸附器、分离器等)以及技术指标等(如成本、气井产量、利润等)。⑥快速调查,按照地下储气库管理企业计划,运用快捷迅速的调查手段进行地下储气库的安全隐患排查,该方法具有实效性,但在工作量和时间上均存在一定局限性。根据用户市场的气量需求规律,地下储气库必须能够满足短期调峰(旬、月),长期调峰(季、年),瞬时调峰(时、日)等要求以及实现多重功能转化。北美大多储气库具有库容量灵活可变,注采能力较大等特点,尽管储气库的注采井大多以“少井高产”为原则,但长期调峰则侧重于气库压力的均衡利用和气库整体平稳的调峰能力,而瞬时调峰更强调气库调峰的极限能力和单井的强采能力。这样提高注采循环次数和循环气量的方法,可以随时调整注采周期,满足市场气量需求和气价的波动,从而提高运营的经济效益。完善的维护方案是提高设施可靠性的关键。艾特肯溪谷储气库每年定期进行维护,此外,在注气和采气周期之间会对容器、仪器仪表和电力设施进行为期5 储中心自90年代开始应用行业领先的作业方式,与承包商合作,确保工作流程统一有序,创造了同时运营14个项目无事故运行的纪录。2.2钻井技术2.2.1气井设计对注采能力的影响艾特肯溪谷储气库属于加拿大北部气藏,其设计最高运行压力16.8 容量24.36X 108 作气量为21.81X 108 了提高单井注采能力,储气库采用大孔径水平井方案,水平段采用裸眼完井(图2)。截至2010年,艾特肯溪谷储气库共有3口垂直井和10口水平井。其中,注采水平井设计井深1 648 m,水平井段313 m。在垂直段采用228.6 段油管,在水平段也能够达到177.8 我国水平段尺寸大多采用101.6~127 段油管。采用大口径的油管,可以提高单井的注采能力,在采取两个不同注采周期时,地层压力下降后,采用较大尺寸油管的气井供气能力更高,实施后注采井的单井生产能力较垂直井提高了3~4倍(图3)。图2地下储气库大子 10’m’d)(b)地层压力2.8 .2注采井安全设计及储层保护为了保证储气库的安全运行,一般情况下,注采井应安装井下安全阀。艾特肯溪谷储气库的注采井直接采用套管生产,在距离地表10 )内安装了井下安全阀,确保了注采井在强注强采高负荷运转下的安全生产。此外,在钻井技术方面,北美国家也非常重视储层的保护工作,在钻井过程中遇到目的层时,常选用密度低、强度大、低失水、防窜性好的“泡沫泥浆”,以最大程度地保护地下储层。万方数据et of 新材料的应用2.3.1自修复水泥假如因水泥环承受的应力不在预期内而导致水泥环封固失败,则必须克服水泥浆硬化等问题。自修复水泥技术可以有效解决该难题,其具有5方面优点:①以水泥灰混灰设计为基础,不改变固井的现场施工,并将自愈合水泥浆置于油气层上部;②水泥硬化后,若出现油气层层间封隔问题则自动发生作用,水泥石中的有效物质能够膨胀增大,从而恢复层间封隔;⑨与油气的接触会激发水泥石的自修复功能;④能够预防并阻止表层套管渗漏、环空持续套压以及意外的、不可控制的油气泄漏;⑤在不中断生产的情况下,恢复油气井的完整性。自修复水泥技术能够降低由于水泥退化、油窜及气窜所引起的长期气井维修费用,较好的防止长期气窜的发生。2.3.2弹性水泥弹性水泥(斯伦贝谢公司研发的水泥技术,该技术利用过工程设计固相颗粒以达到弹性及膨胀性能,从而以极低的杨氏模量达到一定的弹性,总体积膨胀可达2%。2.3成能够在钻井液中高度分散、形成空间网架结构的纤维材料。具体工艺流程:将禽类羽毛洗净后加入由碱性脱脂剂和清洗剂组成的处理液中脱脂;然后将其放入配置好的表面活性剂溶液中,进行表面变性;再将处理后的羽毛烘干粉碎,即可制成新型堵漏纤维材料。禽类羽毛经过工艺处理后,其分散性得到改善,亲水性有所增强。采用禽类羽毛作为新型堵漏纤维具有成本低、堵漏效果好、无环境污染等特点。3启示加拿大政府将艾特肯溪谷地下储气库作为一个完整的系统进行调峰和战略储备,在运营管理等方面取得了较好成果,值得我国借鉴。(1)运营管理是实现储气库设计功能的前提,“工艺审查”管理模式值得借鉴。通过调查,了解地下储气库的技术状况,针对问题采用新工艺、新技术对地下储气库进行现代化改造。北美地区的大多数储气库,调峰周期方式灵活,短期调峰非常活跃。我国可以在借鉴该模式的基础上,加快工作气量的周转及储气库的使用效率,提高储气库运行的经济效益。(2)选择适当的优化钻井技术,采用大口径的水平井可以提高单井注采能力,而在建设过程中应重视注采井的储层保护工作。(3)新技术的研究和推广加快了储气库的建设,自修复水泥有效减少了表层套管通气孔的流动,该新型层位封隔体系可应用于世界范围内不同的井眼和井况中。新型堵漏纤维成本低,可以提高钻井液的动切力,增强对复杂漏失层的堵漏效果。参考文献:[1]丁国生.全球地下储气库的发展趋势与驱动力[J].天然气工业,2010,30(8):592]霍瑶,黄伟刚,温晓红,等.北美天然气储气库建设的经验与启示[J].天然气工业,2010,30(11):83.[3]王起京,张余,张利亚,等.赴美储气库调研及其启示[J].天然气工业,2006,26(8):111—113.[4]张祁,张卫忠.美国天然气行业发展的经验和启示[J].国际石油经济,2009,17(6):22—25.[5]高发连.地下储气库建设的发展趋势[J].油气储运,2005,24(6):15—18.[6]苏欣,张琳,李岳.国内外地下储气库现状及发展趋势[J].天然气与石油,2007,25(4):33—35.[7]刘炜,陈敏,吕振华,等.地下储气库的分类及发展趋势[J].油气田地面工程,2011,30(12):19—21.[8]杨毅,蒲晓林,王霞光,等.枯竭油气藏型地下储气库库址优选研究[J].石油工程建设,2005,31(3):97—98.(收稿日期:2012—07—16;编辑:杜娟)作者简介:尹虎琛,助理工程师,1986年生,2013年硕士毕业于西安石油大学油气田开发工程专业,现主要从事油气田钻采工艺技术的研究工作。电话:13891871913;63.986,i’013,in of 3891871913,63.尹虎琛, 陈军斌, 兰义飞, 刘志军, 尹虎琛,国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院,四川广汉,618300), 陈军斌,安石油大学石油工程学院,陕西西安,710065), 兰义飞,刘志军,国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安,710018)刊名: 油气储运英文刊名: (期): 2013,32(8)参考文献(8条)球地下储气库的发展趋势与驱动力[期刊论文]010(08)伟刚;温晓红 北美天然气储气库建设的经验与启示[期刊论文]010(11)余;张利亚 赴美储气库调研及其启示[期刊论文]006(08)卫忠 美国天然气行业发展的经验和启示[期刊论文]009(06)下储气库建设的发展趋势[期刊论文]005(06)琳;李岳 国内外地下储气库现状及发展趋势[期刊论文]007(04)敏;吕振华 地下储气库的分类及发展趋势[期刊论文]011(12)晓林;王霞光 枯竭油气藏型地下储气库库址优选研究[期刊论文]005(03)引证文献(1条)国储气库管理现状及启示[期刊论文]015(1)引用本文格式:美典型储气库的技术发展现状与启示[期刊论文]013(8)
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