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一种利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法
申请号	CN201410830633.5	申请日	2014-12-26	公开(公告)号	CN104695907A	公开(公告)日	2015-06-10
申请人	中国科学院武汉岩土力学研究所;			发明人	马洪岭; 施锡林; 杨春和; 李银平; 李金龙; 胡晓明;
摘要	公开了一种利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，属于石油与天然气技术领域。当置换库和储气库一一对应时，借助高压空气压力，使置换库中的卤水进入储气库，占据储气库中原本用于容置垫底气的空间，垫底气进入垫底气输气管道，最终供用户使用，此时，置换库内充满了高压空气，储气库内充满卤水，足以保证安全。当一个置换库对应多个储气库时，置换库中的卤水首先进入第一个储气库，第一个储气库内的垫底气进入垫底气输气管道，最终供用户使用，此时第一个储气库变身为置换库，如此循环往复，直至最后一个储气库充满卤水，而其余储气库则全部充满高压空气。其相当于采用高压空气置换垫底气。该方法能够将垫底气全部置换出去，避免了资源的浪费。
权利要求	1.一种利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和储气库之间的输卤管道和设置在储气库中的排卤管将置换库与储气库连通，所述置换库中盛装有卤水，设置在置换库中的排卤管底端与所述置换库的底部具有空隙，设置在储气库中的排卤管底端与所述储气库的底部具有空隙，设置在置换库中的排卤管与所述置换库的生产套管之间具有环空，设置在储气库中的排卤管与所述储气库的生产套管之间也具有环空；步骤2：从所述置换库的环空向所述置换库中通入高压空气；步骤3：在所述高压空气的压力作用下，所述卤水通过设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和储气库之间的输卤管道和设置在储气库中的排卤管进入所述储气库；步骤4：所述储气库内原本用于容置垫底气的空间被所述卤水占据，迫使所述垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用。 2.根据权利要求1所述的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，其特征在于，所述卤水是饱和卤水。 3.根据权利要求1所述的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，其特征在于，所述储气库为多个，所述多个储气库中，各储气库之间依次通过排卤管和输卤管道连通，所述各储气库之间的输卤管道上均设有阀门，所述方法包括以下步骤：步骤1：开启所述置换库和所述第一个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道上的阀门处于关闭状态；步骤2：从所述置换库的环空向所述第一个储气库中通入高压空气；步骤3：在所述高压空气的压力作用下，盛装在所述置换库中的卤水通过设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和第一个储气库之间的输卤管道和设置在第一个储气库中的排卤管进入所述第一个储气库；步骤4：所述第一个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，迫使所述第一个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用；此时，所述第一个储气库变身为置换库，原有的置换库内充满高压空气；步骤5：开启所述第一个储气库和第二个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道上的阀门处于关闭状态；步骤6：以所述第一个储气库为置换库，重复步骤2～4，使得所述第二个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，而第二个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用，此时，所述第二个储气库变身为置换库，原有的第一个储气库内充满高压空气；如此循环往复，直至最后一个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，而最后一个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用；最终，所述多个储气库中的垫底气被全部采出，只有最后一个储气库中充满卤水，实现了利用空气置换天然气垫底气的过程。 4.根据权利要求1或3所述的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，其特征在于，所述置换库的数量最少为1个，最多为与储气库数量相同，每个置换库对应若干个储气库。
说明书全文	一种利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法技术领域 [0001] 本发明涉及石油与天然气技术领域，特别涉及一种利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法。背景技术 [0002] 在盐穴储气库中，为了保护围岩的长期稳定性，其中的天然气一般不能全部采出，要留有一定压力的垫底气，这个压力就是盐穴储气库的最小运行压力。比如潜江储气库，最小设计压力为17MPa，也就是说储气库里最少要有17MPa的天然气压力，这部分天然气作为垫底气，不能利用，是个极大的浪费。发明内容 [0003] 为了解决上述问题，本发明提出一种利用空气置换天然气的方式，利用饱和卤水作为隔离介质，避免空气与天然气混合。此方法能将全部的垫底气置换出来。 [0004] 本发明提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法包括以下步骤： [0005] 步骤1：利用设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和储气库之间的输卤管道和设置在储气库中的排卤管将置换库与储气库连通，所述置换库中盛装有卤水，设置在置换库中的排卤管底端与所述置换库的底部具有空隙，设置在储气库中的排卤管底端与所述储气库的底部具有空隙，设置在置换库中的排卤管与所述置换库的生产套管之间具有环空，设置在储气库中的排卤管与所述储气库的生产套管之间也具有环空； [0006] 步骤2：从所述置换库的环空向所述置换库中通入高压空气； [0007] 步骤3：在所述高压空气的压力作用下，所述卤水通过设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和储气库之间的输卤管道和设置在储气库中的排卤管进入所述储气库； [0008] 步骤4：所述储气库内原本用于容置垫底气的空间被所述卤水占据，迫使所述垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用。 [0009] 作为优选，所述卤水是饱和卤水。 [0010] 作为优选，所述储气库为多个，所述多个储气库中，各储气库之间依次通过排卤管和输卤管道连通，所述各储气库之间的输卤管道上均设有阀门，所述方法包括以下步骤： [0011] 步骤1：开启所述置换库和所述第一个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道上的阀门处于关闭状态； [0012] 步骤2：从所述置换库的环空向所述第一个储气库中通入高压空气； [0013] 步骤3：在所述高压空气的压力作用下，盛装在所述置换库中的卤水通过设置在置换库中的排卤管、设置在置换库和第一个储气库之间的输卤管道和设置在第一个储气库中的排卤管进入所述第一个储气库； [0014] 步骤4：所述第一个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，迫使所述第一个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用；此时，所述第一个储气库变身为置换库，原有的置换库内充满高压空气； [0015] 步骤5：开启所述第一个储气库和第二个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道上的阀门处于关闭状态； [0016] 步骤6：以所述第一个储气库为置换库，重复步骤2～4，使得所述第二个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，而第二个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用，此时，所述第二个储气库变身为置换库，原有的第一个储气库内充满高压空气； [0017] 如此循环往复，直至最后一个储气库内原本用于容置垫底气的空间被卤水占据，而最后一个储气库内的垫底气经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用；最终，所述多个储气库中的垫底气被全部采出，只有最后一个储气库中充满卤水，实现了利用空气置换天然气垫底气的过程。 [0018] 作为优选，所述置换库的数量最少为1个，最多为与储气库数量相同，每个置换库对应若干个储气库。 [0019] 当置换库和储气库一一对应时，本发明提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法借助高压空气压力，使置换库中的卤水进入储气库，占据储气库中原本用于容置垫底气的空间，迫使垫底气从储气库的环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用，此时，置换库内充满了高压空气，储气库内充满卤水，足以保证安全，此时，置换前，其中一个溶腔中充满卤水，另一个溶腔充满垫底气，而置换后，其中一个溶腔充满高压空气，另一个溶腔充满卤水，因此，此时可以认为是利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法，而卤水则只是由其中一个溶腔转移至另一个溶腔而已。当一个置换库对应多个储气库时，置换库中的卤水首先进入第一个储气库，第一个储气库内的垫底气通过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用，此时第一个储气库变身为置换库，如此循环往复，直至最后一个储气库充满卤水，而其余储气库则全部充满高压空气，此时，卤水只是用做隔离介质，其本质是采用高压空气置换盐穴储气库中的垫底气。由于空气随处可用，没有成本，而经过置换，原来用于保证储气库安全的垫底气能够供用户使用，避免了资源的浪费。附图说明 [0020] 图1为本发明实施例一和实施例二提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中应用的置换库的示意图； [0021] 图2为本发明实施一和实施例二提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中的储气库的示意图； [0022] 图3为本发明实施例一提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中，借助置换库中的卤水作为隔离中介，置换一个储气库中的天然气的准备图； [0023] 图4为图3中A部分的局部放大示意图； [0024] 图5为图3中B部分的局部放大示意图； [0025] 图6为本发明实施例一提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中，借助置换库中的饱和卤水作为隔离中介，置换一个储气库中天然气的过程图； [0026] 图7为本发明实施例一提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中，借助置换库中的饱和卤水作为隔离中介，置换一个储气库中天然气的结果图； [0027] 图8为本发明实施例二提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中，借助置换库中的饱和卤水作为隔离中介，置换储气库群中天然气的流程图； [0028] 图9为图8中C部分的局部放大示意图； [0029] 图中：1-置换库，2-储气库，3-卤水，4-垫底气，5a、5b-排卤管，6a、6b井口排卤口，7a-井口空气注气口，7b-井口垫底气出气口，8a、8b、8c-阀门，9-压缩机，10-用户，11a-高压空气输气管道，11b-垫底气输气管道，12-输卤管道，13a、13b-生产套管，14a、 14b-套管鞋，15-高压空气，16-卤水流动方向，17a-高压空气流动方向，17b-垫底气流动方向。具体实施方式 [0030] 为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。 [0031] 实施例一 [0032] 参见附图1～7本发明实施例一提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法包括以下步骤： [0033] 步骤1：利用设置在置换库1中的排卤管5a、设置在置换库1和储气库2之间的输卤管道12和设置在储气库2中的排卤管5b将置换库1与储气库2连通，置换库1中盛装有卤水3，设置在置换库1中的排卤管5a底端与置换库1的底部具有空隙，设置在储气库2中的排卤管5b底端与储气库2的底部具有空隙，设置在置换库1中的排卤管5a与置换库2的生产套管13a之间具有环空，设置在储气库2中的排卤管5b与储气库2的生产套管13b之间也具有环空； [0034] 步骤2：从置换库1的环空向置换库1中通入高压空气15； [0035] 步骤3：在高压空气15的压力作用下，卤水3通过设置在置换库1中的排卤管5a、设置在置换库1和储气库2之间的输卤管道12和设置在储气库2中的排卤管5b进入储气库2； [0036] 步骤4：储气库2内原本用于容置垫底气4的空间被卤水3占据，迫使垫底气4经过其环空进入垫底气输气管道11b，并最终供用户10使用。 [0037] 当置换库1和储气库2一一对应时，利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法借助高压空气15压力，使置换库1中的卤水3进入储气库2，占据储气库2中原本用于容置垫底气4的空间，迫使垫底气4从储气库的环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用，此时，置换库内充满了高压空气，足以保证置换库的安全。 [0038] 其中，卤水3是饱和卤水。饱和卤水并不会溶解储气库2的围岩，但会占据储气库2的体积，把垫底气4挤出储气库2。 [0039] 实施例二 [0040] 参见附图8～9，与本发明实施例一提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法的不同之处在于，本发明实施例二提供的利用空气置换盐穴储气库中垫底气的方法中，置换库的数目最少为1个，最多为与储气库的数目相同，每个置换库均用于置换多个储气库中的垫底气，为了便于说明，附图8仅给出了其中一个置换库对应多个储气库的情况。多个储气库中，各储气库之间依次通过排卤管5a、5b和输卤管道12连通，各储气库之间的输卤管道12上均设有阀门，该方法包括以下步骤： [0041] 步骤1：开启置换库和第一个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道12上的阀门处于关闭状态，如附图8的第一行所示； [0042] 步骤2：从置换库的环空向第一个储气库中通入高压空气15； [0043] 步骤3：在高压空气15的压力作用下，盛装在置换库中的卤水3通过设置在置换库中的排卤管5a、设置在置换库和第一个储气库之间的输卤管道12和设置在第一个储气库中的排卤管5b进入第一个储气库； [0044] 步骤4：第一个储气库内原本用于容置垫底气4的空间被卤水占据，迫使第一个储气库内的垫底气4经过其环空进入输气管道，并最终供用户使用；此时，第一个储气库变身为置换库，原有的置换库内充满高压空气15，如附图8的第二行所示； [0045] 步骤5：开启第一个储气库和第二个储气库之间的输卤管道上的阀门，其余各输卤管道12上的阀门处于关闭状态； [0046] 步骤6：以第一个储气库为置换库，重复步骤2～4，使得第二个储气库内原本用于容置垫底气4的空间被卤水3占据，而第二个储气库内的垫底气经4过其环空进入输气管道，并最终供用户使用，此时，第二个储气库变身为置换库，原有的第一个储气库内充满高压空气15，如附图8的第3行所示； [0047] 如此循环往复，直至最后一个储气库内原本用于容置垫底气4的空间被卤水3占据，而最后一个储气库内的垫底气4经过其环空进入垫底气输气管道，并最终供用户使用。 [0048] 本方案需要将一部分溶腔(最少一口)用来存放饱和卤水，作为置换库。因此，可以把水溶建造的盐岩地下溶腔分成两类，一类是储气库，用于储存天然气；一类是置换库，用来存储饱和卤水。 [0049] 需要说明的是，本方法中要求每个腔体在运行期间的管柱系统依然用注气排卤的管柱系统，也就是说，注气排卤之后不需要将排卤管提出，保留排卤管。假设一个地下储气库群有n个溶腔，选取储库群中的一个溶腔作为置换库，当采气采到最低运行压力时，如果仍然急需供气，将使用置换库中的饱和卤水来逐步驱替储气库中的垫底气，步骤如下： [0050] (1)参见附图6，利用空气压缩机9，将高压空气15从环空中注入置换库1，将置换库1中的饱和卤水3从排卤管5a中压出。 [0051] (2)压出的饱和卤水3顺着地面输卤管道12输送到需要置换的储气库2井口6b，通过排卤管5b道进入储气库2中。 [0052] (3)饱和卤水3并不会溶解盐穴储气库2的围岩，但会占据储气库2的体积，把垫底气4挤出储气库2。饱和卤水3逐渐排入储气库2中，垫底气4被逐步排出，直至饱和卤水4充满整个储气库2，此时饱和卤水3占据了储气库2的整个空间，垫底气4被全部排出。 [0053] (4)利用空气压缩机9，继续向置换库1中注入高压空气15，置换库中的空气压力可以根据地层来设定，保证置换库的稳定性，因为空气随处可用，没有成本，所以压力可随要求调节。 [0054] (5)此时原来的置换库1里充满了高压空气15，足以保证置换库1的安全；而被置换的储气库2，充满了饱和卤水3，可以充当新的置换库，重复上面(1)-(4)的步骤，就可以去置换下一个储气库的垫底气，参见附图8的第3行。 [0055] (6)重复过程(5)，能够把所有储气库的垫底气4全部置换出来，最终只留下一个溶腔的饱和卤水3，还有n-1腔的高压空气15，足以保证腔体的安全，参见附图8的第4行。 [0056] 置换库的数目最小是1个，最多是腔群数目的一半，即与储气库一比一的比例，一个储气库对应一个置换库。 [0057] 当置换库数目是1个的时候，优点是储气库群的总容量比较高，只有一个置换库，其余n-1个都是储气库；缺点是，垫底气置换速率比较慢，只能一个个的来置换。 [0058] 当置换库数目是1/2×n的时候，优点是，垫底气置换比较快，置换库可以同时置换储气库，置换库越多，置换速率越快；缺点是，气库群的总容量比较小，因为气库群占的比例小。 [0059] 可以根据具体实际情况来设置置换库的比例，达到一个置换速度和储气量的最优点。 [0060] 在此过程中，实际上是把天然气换成了高压空气，一口溶腔的卤水只是一个置换中介，用来隔离天然气和空气。 [0061] 潜江储气库位于江汉油田，埋深在2000m左右，设计的最大最小运行压力为32MPa-17MPa，假设潜江储气库计划建库20口，每口井的体积约为20w方。按照最大最小运行压力来计算，潜江储气库工作气量约为4.897亿方。如果将垫底气全部置换出来，潜江的工作气量将增加5.550亿方天然气，最终达到10多亿房，增加了一倍多的工作气量，而只需要用一口腔做置换库即可，具有巨大的社会经济效益。 [0062] 以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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