基于大數(shù)據(jù)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)冬季調(diào)峰優(yōu)化運(yùn)行研究

徐俊杰 張崇瑋 汪 巖 許 明

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道有限公司, 北京 100101

0 前言

為滿足京津冀地區(qū)天然氣調(diào)峰需求,提高天然氣安全供應(yīng)保障能力,1999—2006年中國(guó)石油在北京周邊地區(qū)陸續(xù)建成投運(yùn)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型商業(yè)儲(chǔ)氣庫(kù)群——L儲(chǔ)氣庫(kù)群,共有6座儲(chǔ)氣庫(kù)(A、B、C、D、E、F儲(chǔ)氣庫(kù)),這些儲(chǔ)氣庫(kù)已運(yùn)行15～21個(gè)注采周期,在解決季節(jié)調(diào)峰供氣、應(yīng)急供氣和平衡大管網(wǎng)壓力等方面發(fā)揮了重要作用[1-3]。

1 L儲(chǔ)氣庫(kù)群基本情況

L儲(chǔ)氣庫(kù)群中除A儲(chǔ)氣庫(kù)是由開(kāi)發(fā)初期的凝析氣藏改建外,其余5座儲(chǔ)氣庫(kù)均由廢棄的水淹凝析氣藏改建而成。這些儲(chǔ)氣庫(kù)已運(yùn)行多個(gè)注采周期,根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行特征以及調(diào)峰特點(diǎn),大致分為四類[4-8]。

第一類是A儲(chǔ)氣庫(kù),該儲(chǔ)氣庫(kù)平面上氣層分布連片,連通性好,儲(chǔ)層物性好,氣井受邊水影響小,單井采氣能力較高,儲(chǔ)氣庫(kù)日調(diào)峰能力強(qiáng),工作氣量大,能夠滿足較大規(guī)模調(diào)峰需求,是主力調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)。

第二類是C儲(chǔ)氣庫(kù),該儲(chǔ)氣庫(kù)有注采井21口,日調(diào)峰能力強(qiáng),工作氣量較大,能滿足高峰調(diào)峰需求,但采氣中后期受邊水影響較大,邊部氣井產(chǎn)能降低較快;該儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)前期是主力調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù),后期是輔助調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)。

第三類是B儲(chǔ)氣庫(kù),該儲(chǔ)氣庫(kù)有注采井13口,日調(diào)峰能力強(qiáng),但儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量有限,是輔助調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)。

第四類是D、E、F儲(chǔ)氣庫(kù),該類儲(chǔ)氣庫(kù)由于井網(wǎng)控制程度不完善,采氣時(shí)率有限以及受邊水影響等,采氣末下限壓力一直高于設(shè)計(jì)下限壓力(2～7 MPa),是輔助調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù)。

2 L儲(chǔ)氣庫(kù)群產(chǎn)能分析

2.1 儲(chǔ)氣庫(kù)采氣生產(chǎn)能力

儲(chǔ)氣庫(kù)日采氣能力,即儲(chǔ)氣庫(kù)在不同地層壓力條件下的最大日采氣量(產(chǎn)能方程),其值是儲(chǔ)氣庫(kù)所有注采井日調(diào)峰能力之和,日調(diào)峰能力越大,儲(chǔ)氣庫(kù)瞬時(shí)調(diào)峰能力越強(qiáng)[9-12]。

L儲(chǔ)氣庫(kù)群除A儲(chǔ)氣庫(kù)外,其余儲(chǔ)氣庫(kù)均由有水枯竭氣藏改建而成,受到水侵、儲(chǔ)層物性、非均質(zhì)性等因素影響,既有高部位產(chǎn)純干氣井,又有中低部位攜液生產(chǎn)井,尤其低部位及邊部位氣井水氣比很大,甚至部分井在采氣中后期由于井底積液而停噴,各注采井生產(chǎn)能力差別較大、生產(chǎn)情況復(fù)雜,需要考慮各注采井的生產(chǎn)特征,綜合確定各儲(chǔ)氣庫(kù)日采氣能力。

根據(jù)L儲(chǔ)氣庫(kù)群各單井多周期實(shí)際采氣能力,分析各單井多周期平均采氣能力及最大采氣能力,應(yīng)用氣井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法,充分考慮油管沖蝕流量、最低攜液產(chǎn)氣量、生產(chǎn)壓差等因素[3],評(píng)價(jià)了單井在不同地層壓力條件下的產(chǎn)能以及各儲(chǔ)氣庫(kù)在不同地層壓力條件下的日調(diào)峰能力,為儲(chǔ)氣庫(kù)冬季調(diào)峰合理配產(chǎn)及優(yōu)化運(yùn)行提供基礎(chǔ),見(jiàn)表1。

在L儲(chǔ)氣庫(kù)群實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,一般調(diào)峰初期產(chǎn)量需求低,在12月中旬進(jìn)入需求高峰期,1月中旬各儲(chǔ)氣庫(kù)產(chǎn)量有所降低,進(jìn)入產(chǎn)量遞減期,根據(jù)歷年生產(chǎn)情況,L儲(chǔ)氣庫(kù)群高峰期穩(wěn)定產(chǎn)量可達(dá)到1 650×104～2 300×104m3/d,見(jiàn)表2。

表1 L儲(chǔ)氣庫(kù)群不同壓力對(duì)應(yīng)調(diào)峰采氣能力表

表2 L儲(chǔ)氣庫(kù)群各儲(chǔ)氣庫(kù)歷年采氣高峰期生產(chǎn)情況表

2.2 L儲(chǔ)氣庫(kù)群高月、高日調(diào)峰能力

根據(jù)京津冀地區(qū)冬季氣候特點(diǎn),儲(chǔ)氣庫(kù)冬季最大調(diào)峰氣量分布在每年12月和次年1月,一般占總調(diào)峰氣量的52%～77%,平均占比65.77%,見(jiàn)表3。

根據(jù)2014—2021年7個(gè)周期冬季的采氣情況,L儲(chǔ)氣庫(kù)群最大日調(diào)峰量曾達(dá)到2 459×104m3/d;日采氣量大于1 800×104m3/d,不超過(guò)50 d;日采氣量大于1 500×104m3/d,不超過(guò)75 d;日采氣量大于 1 000×104m3/d,不超過(guò)101 d。L儲(chǔ)氣庫(kù)群日調(diào)峰氣量天數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表3 L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季高月調(diào)峰氣量表

表4 L儲(chǔ)氣庫(kù)群日調(diào)峰氣量天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 儲(chǔ)氣庫(kù)最低日采氣量

根據(jù)各儲(chǔ)氣庫(kù)露點(diǎn)裝置最低處理能力,各儲(chǔ)氣庫(kù)均投運(yùn)時(shí)L儲(chǔ)氣庫(kù)群最低日采氣量為350×104m3/d。其中A儲(chǔ)氣庫(kù)露點(diǎn)裝置最低運(yùn)行氣量為100×104m3/d,B儲(chǔ)氣庫(kù)露點(diǎn)裝置最低運(yùn)行氣量為50×104m3/d,C、D儲(chǔ)氣庫(kù)露點(diǎn)裝置最低運(yùn)行氣量為100×104m3/d,E、F儲(chǔ)氣庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行露點(diǎn)裝置最低運(yùn)行氣量為100×104m3/d。

通過(guò)上述分析,L儲(chǔ)氣庫(kù)群12月與1月調(diào)峰氣量應(yīng)控制在調(diào)峰總量的65%左右;高峰期平均日采氣量安排在1 650×104～2 300×104m3/d范圍內(nèi)。

3 L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季調(diào)峰模型建立

根據(jù)L儲(chǔ)氣庫(kù)群2001—2021年20個(gè)周期月度的冬季調(diào)峰數(shù)據(jù),建立京津冀地區(qū)冬季采氣調(diào)峰模型,其曲線分布呈鐘型,兩頭低,中間高,見(jiàn)圖1。

圖1 L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季調(diào)峰模型圖Fig.1 Peak-shaving model of L gas storage group in winter

由圖1分析得出:每年12月與次年1月日均調(diào)峰氣量相近,階段產(chǎn)氣量最高,兩個(gè)月累計(jì)采出氣量占總量的65.6%，其次是2月,采氣量占總量的19.3%;11月采氣量占比為9.3%,3月采氣量占比最低,為5.8%。L儲(chǔ)氣庫(kù)群歷年月度采氣量占比見(jiàn)表5。根據(jù)L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季采氣調(diào)峰模型,可做為下一年度該儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季調(diào)峰采氣安排的基礎(chǔ)和依據(jù)。

表5 L儲(chǔ)氣庫(kù)群歷年月度采氣量占比統(tǒng)計(jì)表

4 L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季調(diào)峰實(shí)例

4.1 采氣原則

1)在安全平穩(wěn)運(yùn)行的條件下進(jìn)行季節(jié)調(diào)峰;依次調(diào)開(kāi)各儲(chǔ)氣庫(kù)采氣井,以滿足冬季調(diào)峰總量需求;同時(shí)應(yīng)盡量保留調(diào)峰能力強(qiáng)的儲(chǔ)氣庫(kù),以滿足大氣量應(yīng)急調(diào)峰需求[13-14]。

2)合理配產(chǎn),優(yōu)化運(yùn)行,發(fā)揮L儲(chǔ)氣庫(kù)群的整體優(yōu)勢(shì)及各儲(chǔ)氣庫(kù)的能力。

3)有利于保護(hù)氣藏,減小邊底水對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的負(fù)面影響[15-16]。

4)有利于儲(chǔ)氣庫(kù)繼續(xù)擴(kuò)容。

5)天然氣處理裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行,天然氣氣質(zhì)達(dá)標(biāo)。

4.2 儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰優(yōu)先次序

1)A、C儲(chǔ)氣庫(kù)為主力調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù),主要承擔(dān)月調(diào)峰、周調(diào)峰、日調(diào)峰的生產(chǎn)任務(wù)。

2)D、E、F儲(chǔ)氣庫(kù)為輔助調(diào)峰儲(chǔ)氣庫(kù),不宜參與大氣量調(diào)峰生產(chǎn),應(yīng)平穩(wěn)運(yùn)行,由于采氣末期地層下限壓力較高,應(yīng)優(yōu)先參與調(diào)峰,保證足夠的采氣時(shí)間,并后期開(kāi)啟丙烷輔助制冷系統(tǒng),盡可能降低井口壓力,延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間,提高采氣時(shí)率,促進(jìn)儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行下限壓力的降低和工作氣量的提高。

3)B儲(chǔ)氣庫(kù)單井調(diào)峰能力強(qiáng),但儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量有限,不宜參與大氣量調(diào)峰生產(chǎn),宜安排在12月下旬開(kāi)井采氣,平穩(wěn)運(yùn)行。

4.3 儲(chǔ)氣庫(kù)冬季調(diào)峰安排

結(jié)合L儲(chǔ)氣庫(kù)群2021年注氣生產(chǎn)情況,2021—2022年冬季調(diào)峰氣量可安排20.5×108m3,計(jì)劃2021年11月16日儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)始采氣,2021年12月—2022年1月大氣量穩(wěn)定生產(chǎn),2022年3月15日采氣結(jié)束。

通過(guò)儲(chǔ)氣庫(kù)多周期動(dòng)態(tài)分析以及氣藏工程方法,得出儲(chǔ)氣庫(kù)滲流方程、氣藏物質(zhì)平衡方程、井筒垂直管流方程等,同時(shí)以露點(diǎn)裝置處理能力、沖蝕流量、臨界生產(chǎn)壓差等為約束條件[17-20],并依據(jù)京津冀地區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)冬季采氣調(diào)峰模型,提出了L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季季節(jié)調(diào)峰運(yùn)行安排,見(jiàn)表6。

為應(yīng)對(duì)冬季調(diào)峰中因極端異常天氣而可能出現(xiàn)的產(chǎn)氣量較大需求,利用儲(chǔ)氣庫(kù)氣藏物質(zhì)平衡方程,結(jié)合各儲(chǔ)氣庫(kù)歷年冬季實(shí)際最高產(chǎn)氣情況,得到冬季每月月初能達(dá)到的應(yīng)急調(diào)峰氣量,見(jiàn)表7和圖2。

表6 2021—2022年度L儲(chǔ)氣庫(kù)群冬季采氣運(yùn)行安排表

表7 2021—2022年度冬季L儲(chǔ)氣庫(kù)群應(yīng)急采氣能力表

圖2 2021—2022年冬季L儲(chǔ)氣庫(kù)群運(yùn)行安排圖Fig.2 Operation arrangement for L gas storagegroup in winter from 2021 to 2022

5 結(jié)論

1)利用地下儲(chǔ)氣庫(kù)采氣生產(chǎn)大數(shù)據(jù)平臺(tái),建立了京津冀地區(qū)冬季采氣調(diào)峰模型進(jìn)行研究分析，研究表明，每年12月與次年1月階段采氣量最高,日均調(diào)峰氣量相近,2個(gè)月采氣量約占總調(diào)峰氣量的65.6%。

2)儲(chǔ)氣庫(kù)群的優(yōu)化運(yùn)行需結(jié)合各儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)特點(diǎn),制定儲(chǔ)氣庫(kù)優(yōu)先調(diào)峰次序,科學(xué)調(diào)配生產(chǎn),保障儲(chǔ)氣庫(kù)群最大工作氣能力的發(fā)揮。