一种利用盐穴底部垫气相变提高储气效率的方法

摘要

本发明属于石油天然气中盐穴储存天然气技术领域，具体涉及一种利用盐穴底部垫气相变提高储气效率的方法；设置盐穴储气库及井筒，向弹性垫气袋内注入相变材料，将预定数目装有相变材料的弹性垫气袋置入盐穴储气库内；当盐穴储气库处于注入阶段，随着储气库压力增大，相变材料由密度小体积大的气态转变为密度大体积小的液态或超临界态，当盐穴储气库处于采出阶段，随着储气库压力减小，相变材料由密度大体积小的液态或超临界态转变为密度小体积大的气态，通过动态调节，提高了盐穴储气库的稳定性和储气效率，且弹性袋的使用使得垫气不与天然气混合，小包装封装的弹性袋也使得运行维护更易进行，相变材料不易流失，节约成本。

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气中盐穴储存天然气技术领域，具体涉及一种利用盐穴底部垫气相变提高储气效率的方法。

背景技术

随着我国天然气消费量的增加和进口气量的持续增长，天然气储存和调峰矛盾日益突出，作为重要的调峰和储备手段，天然气地下储气库的建设势在必行。天然气地下储存空间主要包括枯竭油气田、含水层和盐穴/溶洞三类。

目前，我国已有11座地下储气库群共计25座储气库，其中大部分为枯竭油气田储气库，盐穴储气库仅一座，即江苏金坛盐穴储气库。中国中东部人口密集地区，特别是长三角与中南地区，缺乏枯竭油气藏和合适的含水构造，但盐矿井分布众多，因此盐穴型储气库是中东部地区建库的唯一选择。

盐穴储气库虽然具有响应快、垫气量小和规模可选等诸多优点，但是，仍存在以下问题：(1)垫气量比例仍然偏高，导致静态资金投入较大，以金坛为例，大约35％的垫气量，(2)注入-采出整个阶段的压力变化幅度大，对整个系统的性能和盐穴的稳定性影响大。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种利用盐穴底部垫气相变提高储气效率的方法，缓解了现有盐穴储气库运行过程中垫气占比大、压力变化幅度大导致的储气效率低、盐穴稳定性不足等问题。

一种利用盐穴底部垫气相变提高储气效率的方法，包括如下步骤：

步骤一，设置盐穴储气库：

先在盐岩地层1与地表之间建立井筒2，通过井筒2在盐岩地层1内建立储气溶腔，储气溶腔即为盐穴储气库3，井筒2的井口处设有第一管道6、第二管道8和第三管道10，且第一管道6、第二管道8和第三管道10上分别设有第一阀门7、第二阀门9和第三阀门11，第一管道6、第二管道8均与第三管道10连通，第三管道10伸入井筒2内，且位于井筒2内的第三管道10末端设有接头；

打开第一阀门7，通过第一管道6、第三管道10经由井筒2向盐穴储气库3内注入空气至盐穴储气库3的最大运行压力，之后动态调节向盐穴储气库3内注入的空气，使得井筒2及盐穴储气库3内保持该压力；

步骤二，弹性垫气袋4上装配单向阀，只进气不出气，将弹性垫气袋4上的单向阀与第三管道10尾端的接头连接，同时将弹性垫气袋4置入井筒2内，打开第三阀门11，通过第三管道10向弹性垫气袋4内注入相变材料5，之后断开弹性垫气袋4上单向阀与第三管道10尾端的接头，在重力作用下装有相变材料5的弹性垫气袋4坠入盐穴储气库3底部，重复该步骤直至装有相变材料5的弹性垫气袋4被置入盐穴储气库3内，关闭第三阀门11与第一阀门7；

步骤三，打开第二阀门9，通过第二管道8逐渐向外排出空气，直至盐穴储气库3及井筒2内压力逐渐降至盐穴储气库3最小运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5发生相变，密度减小，体积增大，当压力降至最小运行压力时，弹性垫气袋4体积膨胀以至占满整个盐穴储气库3，盐穴储气库3内的空气被排尽；

步骤四，储气阶段：

打开第一阀门7，通过第一管道6、第三管道10经由井筒2向盐穴储气库3内注入天然气，直至达到盐穴储气库3最大运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5发生相变，密度增大，体积减小，使得盐穴储气库3能够存储更多的天然气；

步骤五，采气阶段：

打开第二阀门9，通过第二管道8从盐穴储气库3内向外采出天然气，能够一直采气直至达到盐穴储气库3最小运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5发生相变，密度减小，体积增大，并且在达到盐穴储气库3最小运行压力时膨胀至占满整个盐穴储气库3，使得天然气能够被采出；

重复步骤四和步骤五实现反复注-储-采过程。

所述盐岩地层1为盐丘状或层状盐岩地层。

所述用于注采的井筒2为竖井、水平井或任何角度井。

所述弹性垫气袋4的材质为PVC、橡胶、乳胶或烯烃聚合物。

所述相变材料5的密度大于同样温度和压力条件下天然气的密度，不同深度的盐穴储气库3，其运行温度和压力不同，针对深度500m-1000m处的较浅层盐穴储气库，相变材料选用摩尔分数50％-20％的乙醇与摩尔分数50％-80％的二氧化碳混合物；针对深度1000m-2000m处的较深层盐穴储气库，相变材料选用摩尔分数40％-10％的丁烷与摩尔分数60％-90％的二氧化碳混合物；或根据具体盐穴储气库运行条件，选用CO

所述将步骤一中注入的空气替换为氮气、天然气或其他气体。

所述盐穴储气库3的最大运行压力即为盐穴腔内壁所能承受的最大压力，最小运行压力即为保持盐穴储气库3围岩长期稳定性的最低压力。

本发明的有益效果：

(1)利用弹性袋包装作为垫气的相变材料，避免了垫气与天然气的混合；

(2)采用相变材料作为垫气，通过相变维持储气库运行压力，提高了盐穴储库的稳定性与储气效率；

(3)采用多个小包装弹性袋，便于维护；

(4)封装的相变材料不易流失，节约成本。

附图说明

图1为本发明实施例中向盐穴储气库置入垫气弹性袋示意图；

图2为本发明实施例中处于注入阶段后期的盐穴储气库结构示意图；

图3为本发明实施例中处于采出阶段后期的盐穴储气库结构示意图。

图中，1、盐岩地层，2、井筒，21、油管，22、环空，23、套管，24、封隔器，3、盐穴储气库，4、弹性垫气袋，5、相变材料，6、第一管道，7、第一阀门，8、第二管道，9、第二阀门，10、第三管道，11、第三阀门，12、天然气运移方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例

如图1至图3所示，假设本实施例中盐穴储气库3埋深500m，库容10

井筒2包括油管21、套管23和封隔器24，其中油管21套置在套管23内，且在油管21和套管23之间存在环空22，封隔器24设置在环空22底部，起到封隔盐穴储气库3和环空的作用。

实施过程包括以下步骤：

步骤一，设置盐穴储气库：

先在盐岩地层1与地表之间建立井筒2，通过井筒2在盐岩地层1内建立储气溶腔，储气溶腔即为盐穴储气库3，井筒2的井口处即地表上设有用于注气的第一管道6、用于采气的第二管道8和用于置入弹性垫气袋4的第三管道10，且第一管道6、第二管道8和第三管道10上分别设有第一阀门7、第二阀门9和第三阀门11，第一管道6、第二管道8均与第三管道10连通，第三管道10穿过井筒2的井口后伸入油管21内，且位于油管21内的第三管道10末端设有接头；

打开第一阀门7，通过第一管道6、第三管道10经由油管21向盐穴储气库3内注入空气至盐穴储气库3的最大运行压力，之后动态调节向盐穴储气库3内注入的空气，使得油管21及盐穴储气库3内保持该压力；

步骤二，弹性垫气袋4上装配单向阀，只进气不出气，将弹性垫气袋4上的单向阀与第三管道10尾端的接头连接，同时将弹性垫气袋4置入油管21内，打开第三阀门11，通过第三管道10向弹性垫气袋4内注入定量的相变材料5-CO

步骤三，打开第二阀门9，通过第二管道8逐渐向外排出空气，直至盐穴储气库3及油管21内压力逐渐降至盐穴储气库3最小运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5-CO

步骤四，储气阶段：

打开第一阀门7，通过第一管道6经由油管21向盐穴储气库3内注入天然气，直至达到盐穴储气库3最大运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5-CO

步骤五，采气阶段：

打开第二阀门9，通过第二管道8从盐穴储气库3内向外采出天然气，能够一直采气直至达到盐穴储气库3最小运行压力，在该过程中，弹性垫气袋4内的相变材料5-CO

重复步骤四和步骤五实现反复注-储-采过程。

相变材料5-CO

不考虑注采过程中的温度变化，本实施例中单次注采可利用的CH

(5.8632-2.0765)≈31％。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。