复杂地质条件储气库“极限动用”理论与实践

针对复杂地质条件储气库,基于20余年的运行实践,结合储气库系列攻关成果,揭示了储气地质体承压动力学机制,发现了“多轮相渗滞后”和“分区差异动用”气水互驱渗流规律,提出了以“储气库储气最多、井注入产出能力最大、空间利用效率最高”为目标的复杂地质条件储气库“极限动用”理论,形成了储气地质体极限承压、井极限产能、储气空间极限调峰能力三位一体的评价方法。实现了储气地质体在上限压力条件下获得最大储气空间(库容)、充分发挥地层-井筒气体流动协调的井极限产能以及满足有限时率不稳定渗流条件的最佳井网密度,获得下限压力条件下的最大调峰能力,达到安全和能力的双重极限效果。新疆呼图壁、西南相国寺、辽河双6等地下储气库的运行实践证明,“极限动用”理论有力推动了中国储气库业务高质量发展。

气藏型储气库建库评价关键技术

从储气库与气藏在开采方式和运行规律方面的差异性出发,考虑气藏型储气库建库评价技术的特殊性和复杂性,提出了储气库特色建库评价关键技术,并进行了矿场应用实例分析。通过总结国内第1批商业储气库建设运行经验,深入研究储气库短期大流量往复注采的内在机理,提出圈闭动态密封性、建库有效孔隙空间、高速不稳定渗流有限供给等理念,创建了圈闭密封性评价、库容参数设计、注采井网优化和监测方案设计4项储气库特色关键技术,分别解决储气库保存条件、容量大小、高效注采、安全运行方面的技术瓶颈,丰富和完善了气藏型储气库建库地质方案设计技术体系。这些技术成功指导了某气藏建库地质方案设计和现场工程实施,扩容达产效果好,实际动态与方案设计指标吻合程度高。

欧美地下储气库运营管理模式的启示

地下储气库是调峰保供的有效手段和国家能源安全战略的重要保障。我国地下储气库处于初期发展阶段,运营管理主要采用的是与管道系统统一建设、通过管输费回收建设投资的方式,存在着效益评价体系未建立、运营模式待完善等问题,并由此导致建设的相对滞后,调峰保供能力严重不足。为此,针对性地开展了相关研究,发现欧盟和北美各国储气库在天然气产业发展的不同阶段、不同市场环境及政策法规下,采取了不同的运营管理模式,总体上与本国天然气产业发展国情相适应。据此,借鉴欧美储气库运营模式的经验,对我国地下储气库建设与运营提出几点建议:①储气库建设与管理涉及整个天然气产业链,应分步推进储气库建设、运行和经营的市场化;②加快储运业务相关制度出台,保障储气库业务稳步的发展;③鼓励油气企业建立储气库与已开发油气田之间的联动机制,提升上中下游整体综合效益;④在理顺体制机制的前提下,推进储气库建设融资多元化,充分利用市场化运营机制,降低风险,提升效益。

国内外天然气资源现状与发展趋势

世界天然气资源丰富,2006年剩余天然气探明可采储量为175.08×1012m3,产量达到2.84×1012m3,随着天然气贸易的逐步全球化,天然气将成为21世纪世界的支柱能源。我国常规和非常规天然气资源相对丰富,资源探明程度低,天然气储量、产量处于快速增长阶段,发展潜力大,但由于市场需求量更大,供需矛盾将长期存在。据专家预测,2020年国内天然气探明地质储量将超过10×1012m3,天然气产量将达到1500×108m3左右,国内天然气产量难以满足需求。因此,在强化国内天然气资源勘探的同时,加快发展天然气贸易也势在必行。

煤层气项目选区及效益综合评价方法

煤层气作为一种非常规的特殊油气资源类型,在项目选区、效益评价以及开发等各个方面的理论及基本方法的研究方面,与常规天然气相比还处于相对不成熟的阶段。针对煤层气项目选区,提出了应重点考虑的3项关键技术指标(即煤层的含气量、含气煤层的渗透率和煤储层压力),并结合国内外煤层气勘探开发实际情况,总结出了煤层气项目评价常用的10项具体指标。针对煤层气项目经济效益评价的复杂性,重点介绍了求取煤层气经济可采储量的2种有效方法(即现金流量法和经济极限法),并结合实例对影响煤层气效益的主要因素进行了系统的分析,为煤层气经济效益分析与评价指出了有效途径。

煤层气资源储量评估基础参数研究

煤层甲烷在煤层中有3种赋存状态,即游离态、吸附态和溶解态。煤层甲烷以自由状态存在于煤的割理和其他裂缝孔隙中,可以自由运移,运移的动力是地层水压力和气体浮力。煤层甲烷绝大多数是以吸附状态存在于煤层中,一般可占煤层甲烷总量的70%～95%。天然气在煤层中的储集主要依赖吸附作用,而不依赖于是否有储集气体的常规圈闭存在。煤层中还有一小部分气体以溶解的方式存在于煤层地层水中。这3部分气体构成了煤层气中全部气体总量,理论上计算煤层气储量,应该分别计算相应的气体量。根据煤层气的赋存状态,提出了煤层气资源储量计算参数的确定原则及要求。通过对3种气体富集方式的实际测算,提出了我国目前煤层气资源储量评估的优化方法。

中国煤成气勘探领域广阔

在分析了中国煤成气的勘探现状基础上,指出中国煤成气资源十分丰富、基础雄厚,已成为中国最重要的天然气资源之一,目前煤成气勘探尚处在初期、储量快速增长阶段;未来中国煤成气主要存在五类勘探领域,近期寻找大型煤成气田重点勘探区带有15个;中国天然气储量的快速增长将主要依赖煤成气储量的大幅增长,煤成气储量在天然气储量增长中占绝对优势地位。随着时空的推移,煤成气的勘探地域范围将会不断拓展,陆、海两大煤成气聚集区将会形成并驾齐驱的格局,迎来煤成气快速发展的新时代。采用翁氏旋回理论及其预测模型,预测了中国煤成气储量将呈现高速增长的态势,储量增长最高值将在2025年前后出现,高峰期年增探明天然气地质储量在6000×108m3,煤成气最终探明储量将超过20×1012m3。

储气库不同类型砂岩储层压敏特征及其影响因素

储气库库容和产能受多种因素影响,孔隙度和渗透率是其中的主要因素。为了揭示储气库不同类型砂岩储层在储气库工况下孔隙度和渗透率变化特征,针对渤海湾盆地辽河坳陷S储气库5块不同类型砂岩样品,开展应力敏感对比实验研究。结果表明,该储气库储层孔隙度与渗透率随有效应力的增加而减小,进而影响储气库的库容与产能,可以用孔隙度和渗透率的损害率来表征储气库库容和产能的损害程度。首次提出了表征库容与产能的损害因子,可用于定量评价交变载荷工况下储气库的库容和产能。S储气库储层孔隙度和渗透率损害率随有效应力的增加呈线性增加,泥质粉砂岩储层孔隙度应力损害率最大,中砂岩储层孔隙度应力损害率最小。该储气库泥质粉砂岩储层渗透率损害率同样也最大,且自身渗透率过低,应急保供时这类储层贡献较小;中砂岩储层渗透率损害率最小,对调峰保供能力影响不大。通过研究,明确了应力对储气库库容的定量化损害程度。依据不同类型储层的损害率合理优化储气库运行工况,可实现储气库库容和产能最大化。

全球LNG新增产能对中国进口LNG的影响

通过对全球在建的8个和计划建设的17个LNG项目的简述和分析,指出全球LNG新增产能对中国进口LNG有4点影响:增加了我国LNG进口合同如期履行的可靠性;安哥拉LNG项目买家尚待落实为我国进口该国LNG提供了机会;伊朗、委内瑞拉、尼日利亚与阿尔及利亚有可能成为我国重要的LNG输出国;我国与俄罗斯可能以LNG现货贸易为主。

中国地下储气库业务面临的挑战及对策建议

在地下储气库、气田、小型LNG等众多调峰方式中,前者是当今世界最主要的天然气储存方式和调峰手段。随着我国天然气工业的快速发展,天然气季节性调峰矛盾日益突出,如何实现地下储气库业务可持续发展已成为我国天然气产业面临的主要问题之一。为此,调研了国外地下储气库的发展现状及趋势,分析了我国地下储气库发展所面临的挑战:①建设明显滞后,调峰能力不足;②优质库源缺乏,建库地质条件复杂,建库成本高;③建设处于初级阶段,安全、科学运行管理经验不足;④建设、管理、使用主体相对分离,难以最大限度地发挥作用;⑤未实行单独的核算,难以体现储气库的经济效益。进而借鉴国外地下储气库的发展经验,结合我国天然气产业发展的实际情况,提出了我国地下储气库业务发展的建议:①强化战略布局,继续加大库址筛选力度,稳步推进地下储气库建设;②建立地下储气库专业技术和管理团队,加大地下储气库技术科研攻关力度;③逐步形成配套的储气库建设经营管理模式。

中国复杂地质条件气藏型储气库建库关键技术与实践

针对中国复杂地质条件和储气库周期性大流量强注强采交变载荷工况,建立了包括选址评价、指标设计、钻完井、地面工程、风险预警和评估等方面的气藏型储气库建库关键技术,并总结了矿场应用实效。建立了开发中后期构造破碎气藏建库选址圈闭密封性评价技术,提出了以非均质水侵储集层有效库容量设计为核心的建库关键指标设计方法,建立了适应超深超低压地层和交变载荷工况的安全钻井、高质量固井技术和高压大流量地面注采工程优化技术,实现了高压注气压缩机等储气库地面核心装备国产化,建立了储气库地下、地面全系统风险预警和评估技术。5项关键技术成功应用于新疆呼图壁等6座气藏型储气库群的选址、设计、建设和运行,方案设计主要指标与实际动态高度吻合,已建成调峰能力超过75.0×10~8 m^3,实现了建设和运行高效且零事故。

中国天然气地下储气库重大科学理论技术发展方向

加快推进天然气地下储气库(以下简称储气库)建设是持续提升储气调峰能力,助力“双碳”目标顺利实现,保障国家能源安全的重要举措之一。由于中国地质条件复杂,储气库选址、设计、建设与运行面临一系列重大科技挑战。为此,在概述国内外储气库理论技术发展历程的基础上,结合国内以陆相沉积、中深层复杂断块为主的建库目标,提出了储气库科学建设亟待创新的交变载荷储气地质体动态密封、高速注采渗流、大井眼注采井高质量建设和地下地面注采全系统完整性监测等重大理论技术问题,并系统阐述了我国储气库建设理论技术未来发展方向。研究结果表明:①深化以动态密封性评价为核心的储气库地质理论体系攻关;②持续开展中低渗储层高效建库理论和设计方法研究;③加强注采转换灵活、高效和低能耗地面关键装备制造技术研发和国产化;④创建以微地震监测为核心的地层—井筒—地面“三位一体”风险实时预警技术;⑤加快开展储气库数字化建设和智能化调峰运行技术攻关。结论认为,随着我国储气库类型多元化、储气空间日益复杂化、储气库功能多样化,开展储气库基础理论与关键技术攻关十分必要。新理论与新技术的创新与融合将大幅提升储气库运行效率、降低建库投资,对保障储气库全生命周期安全高效运行具有重要保障作用。

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库的渗流规律

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏储层非均质性强,边底水选择性水侵,渗流规律复杂,为了提高地下储气库的建库效率,需要研究储层在改建地下储气库多周期强注强采过程中的多相流体渗流规律。在获取有代表性的裂缝发育碳酸盐岩岩心较为困难的条件下,通过对天然岩心进行剪切造缝和多轮次气水互驱实验,研究了地下储气库气水过渡带在注采过程中的多相渗流规律,分析了裂缝合气空间贡献率以及储气库含气空间动用效果。结果表明:裂缝模型的相渗曲线近似于"X"形,多次气水互驱后相渗曲线基本没有变化,基质岩心模型相渗曲线经多次气水互驱后气水两相共渗区间变窄,共渗点降低;微裂缝对储层含气空间贡献率较高,微裂缝发育储层的含气空间利用率保持在较高水平,徽裂缝不发育储层的含气空间利用率逐渐降低并趋向稳定。因此,在微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库过程中可以在徽裂缝不发育储层布置生产井,同时通过控制边底水运移范围降低注入气损失,从而提高地下储气库的建库效率。

三轴应力状态下盐岩强度分析探讨

通过分析盐岩在三轴应力状态下的变形,说明了较高围压下盐岩的大变形特性,提出了三轴应力状态下,利用轴向荷载除以试件初始横截面面积得到应力-应变关系存在的问题,据此对工程应变和对数应变进行了分析和对比,阐明了这两种应变的适用条件,并开展了不同围压下的试验测试和对试验结果对比分析。研究揭示了应利用对数应变分析盐岩的大变形特性和对变形后的应力进行修正,得到了盐岩的工程应变和对数应变均可表示为围压的线性函数,围压为20 MPa时的轴向压缩变形量是5 MPa时的3.09倍。围压越高,对数应变修正得到的最大轴向应力与不修正的差值越大,用对数应变修正后的轴向应力低于不修正的结果,围压达到20 MPa时,前者仅为后者的63.85%。

含水层构造改建地下储气库评价体系

在调研国外含水层储气库建设和咨询专家的基础上,对含水层构造改建地下储气库的影响要素进行详细归类和分析,从选址技术、地质安全、社会环境以及经济性4个角度出发,选取23个基本评价指标,运用综合指标评价及层次分析法,构建含水层构造改建储气库的可行性评价体系。运用建立的评价体系对华北油田D5含水层区块的建库可行性进行评价。研究结果表明:二叠系含水层圈闭的综合评价值为7.2,处于"良"级,适宜改建储气库;奥陶系含水层圈闭的综合评价值为5.97,处于"差"级;评价结果与专家论证意见一致。

复杂气藏型储气库先导试验方案设计方法

国内现役地下储气库(以下简称储气库)的工作气量和调峰能力等关键参数达标率偏低,究其原因有可能是未及时开展先导试验对关键参数进行现场验证与核实,对储气库高强度快速往复注采所引起的关键特性认识不清,从而降低了方案指标的可靠性。为此,参照气藏开发先导试验定义,涵盖试验依据、试验目的、实施节点、试验内容等,首次建立了复杂气藏改建储气库先导试验方案设计方法。研究结果表明:①先导试验的核心要求是“科学性、安全性、经济性”;②先导试验的主要内容包括圈闭密封性验证、有效建库空间定量评价、短期高速注采气能力核实、老井封堵工艺适应性评价和低压储层建井工艺适应性验证等5项;③先导试验方案包括优选试验井、部署现场试验和配套专题研究;④现场测试涵盖产能、连通性、边界和气液界面变化;⑤配套专题研究包括地质特征、注采机理、注采效果和钻采工艺。结论认为,该方法已成功应用于中国石油吐哈油田公司和中国石油吉林油田公司,指导了储气库先导试验方案设计和现场实施,为可研方案关键指标设计提供了新的认识和科学依据,有助于提升我国复杂气藏型储气库的设计水平和建库指标的可靠性。

中国储气库建设与发展策略思考

当前,中国储气库面临着调峰储备能力有限、发展动力不足、投资效益下滑等方面问题。通过借鉴国外储气库公司降本增效的主要措施,分析中国储气库业务面临的形势与挑战,对中国储气库建设与发展提出建议:1)通过老库挖潜评价,有望新增7亿立方米工作气量,比新建气库降低投资30%;2)在国内西南、长庆气区建立储库与气田联动机制,调节气田生产,预计年可减少压产10亿立方米;3)转变建库理念,优选已开发气藏择机建库,降低投资成本,提高综合经济效益;4)明确储气库发展定位,积极争取储气库调峰气价、建设资金政策支持,推进储气库健康可持续发展;5)充分挖掘储气库潜在价值,扩展衍生功能,最大限度发挥储气库效率和作用。

我国地下储气库市场化运作模式的基本构想

中华人民共和国国家发展和改革委员会已经提出中国储气设施要独立运营、单独核算、单独定价和公平准入的要求,其实质是要在建立竞争性天然气市场的基础上实施储气设施市场化运作。为此,通过介绍美国现代地下储气库市场化运营模式的基本特征及成功经验,为中国地下储气库市场化运营提供公司治理、储转费定价、合同制管理等多方面的支持。综合分析后的结论指出,中国地下储气库建设目前还存在着投资运营主体少,建设、管理、使用各方相对分离,运营成本高,优质储气库资源日益匮乏等一系列问题。根据发展的需要,提出了构建我国地下储气库市场化运作模式的基本构想:①形成多元化主体参与的投资体制,加快储气库建设;②短期理顺管理体制,形成工作气能力;③中期推动储气库独立运营,组建"天然气储备公司";④长期储气市场运营借鉴美国与欧盟的经验,形成交易市场;⑤完善法规及监管机制,推动储气库市场化运营发展。

水侵气藏型储气库注采相渗滞后数值模拟修正方法

以天然岩心气水多周期互驱相渗测定实验为基础,揭示了储气库多周期注采相渗滞后效应,结合Carlson和Killough经典相渗滞后理论,建立了水侵气藏型储气库多周期注采相渗滞后数值模拟修正方法,并通过建立的中低渗透砂岩水侵气藏型储气库地质模型,系统研究了多周期注采相渗滞后效应对储气库流体宏观分布规律和生产运行指标的影响。研究表明:水侵气藏型储气库高速注采运行过程中存在相渗滞后效应,该效应的存在使储气库气水过渡区宽度、厚度增加,高效储气区不断收缩,含气孔隙体积峰值变化幅度减小,进而降低储气库的库容、工作气量及高效运行寿命等;数值模拟中若不考虑相渗滞后效应的影响,预测的储气库运行指标将存在较大误差,采用Killough和Carlson方法可对储气库相渗滞后效应进行修正,提高预测精度,其中Killough方法对实例模型的适应性更好。

气藏型储气库温度敏感性及其对气井注采能力的影响

气藏型储气库交替注采工况下的储层温度变化是影响渗透率乃至储气库注采能力的关键因素。为探究砂岩储层渗透率的温度敏感性规律及其对气井注采能力的影响,在储气库运行的温度范围内设计了多轮次交变温度下渗透率温度敏感性实验,模拟气藏型储气库储层温度的周期性变化。实验结果表明:(1)储层渗透率随温度升高而减小,随温度降低而增大,且多轮次交变温度下渗透率表现出滞后效应,随升降温轮次增加滞后效应逐渐减弱;(2)储层渗透率温度敏感性规律不同于应力敏感,渗透率与温度呈线性相关,且单轮升降温过程中滞后效应强弱不随温度改变;(3)基于实验结果建立了考虑渗透率温度敏感性的气井产能方程,研究发现忽略储层渗透率温度敏感性将低估气井注采能力,且储层埋藏越深、气井注采气量越大时,温度敏感性对注采能力的影响越大。