地下储气库多周期运行注采气能力预测方法

阳小平 程林松 何学良 耿 彤 李 春

1．中国石油大学（北京） 2．中国石油北京天然气管道有限公司3．中国石油华北油田公司采油工艺研究院 4．中国石油勘探开发研究院廊坊分院

注采气能力预测是地下储气库安全运行的核心技术之一，可为地下储气库运行动态分析、运行措施调整及优化配产配注等提供依据。中国目前仅建有9座用于城市调峰的气藏型地下储气库，位于中国石油大港油田公司板桥油气区和华北地区，这9座地下储气库的陆续建成极大地缓解了京津冀地区天然气冬季季节调峰的压力，为陕京线的安全、平稳供气做出了重要贡献［1－3］。但由于受该类地下储气库运行周期短及运行经验欠缺的共同影响，在地下储气库多周期运行注采气能力评价方面还没有建立全面、系统的预测模型和预测方法，同时，我国大规模的天然气开发利用和天然气长输管道的兴建也带动了地下储气库的需求和建设，迫切需要建立配套的地下储气库多周期运行注采气能力预测方法［4－5］。

1 地下储气库多周期运行采气能力预测模型

以有水气藏型地下储气库为研究对象，根据地下储气库多周期运行盘库分析方法［6－8］，利用地下储气库盘库库容参数的定义，通过一系列数学推导，可建立地下储气库多周期运行注采气能力预测数学模型。

地下储气库多周期运行采气能力为地下储气库从采气初期的地层压力运行到设计下限压力时能够采集的气量，即为地下储气库多周期运行采气初期的库存量与采气末期的总垫气量之差：

运用地下储气库多周期运行盘库方法，利用地下储气库库存量计算数学模型［7－9］，可得到地下储气库多周期运行采气初期的库存量［Grin（i）］，而地下储气库多周期运行采气末期的总垫气量为上一运行周期采气末期的库存量减去剩余工作气量再加上运行周期的垫气变化量，数学表达式为：

将式（2）代入式（1），可推导出地下储气库多周期运行采气能力预测数学模型：

式（3）表明，地下储气库多周期运行采气能力为地下储气库多周期运行的实际注气量加上一运行周期的剩余工作气量再减去运行周期的垫气变化量。该数学模型简单明了，含义明确，方便实用。

2 地下储气库多周期运行注气能力预测模型

地下储气库多周期运行注气能力为地下储气库从注气初期的地层压力运行到设计上限压力时能够注入的气量，注气量包括3部分：①填补地下储气库因上一运行周期采出的气量而需要完全补充的气量；②地下储气库因本周期扩容而需要补充的垫气量；③工作气量。因此，地下储气库多周期运行注气能力为这3部分气量之和，其数学表达式为：

将地下储气库垫气变化率和工作气量变化率定义及其数学表达式带入式（4）可推导出地下储气库多周期运行注气能力预测数学模型为［10－12］：

其中Esh（i）为垫气变化率，表示垫气变化量占注气量的百分比，其数学表达式为：

Ew（i）为工作气量变化率，表示工作气量变化量占注气量的百分比，其数学表达式为：

3 应用实例

3．1 基础数据

国内某气藏型地下储气库设计运行压力区间为26．5～13．0MPa，建库前剩余地质储量为1．59×108m3，地层压力为8．29MPa，地层温度为85℃，地层剩余凝析气相对密度为0．67；改建地下储气库后，注入干气相对密度为0．59，目前已完成了6个注采运行周期，累积注气量为6．19×108m3，累积采气量为4．82×108m3，净注气量为1．37×108m3，运行动态数据详见表1。

表1 某地下储气库多周期运行动态数据表

3．2 预测步骤

1）计算地下储气库多周期运行盘库库容参数。

2）求取地下储气库各运行周期垫气变化率及工作气量变化率。

3）预测地下储气库本运行周期垫气变化率及工作气量变化率。

4）利用式（3）、（5）预测地下储气库本周期注采气能力。

3．3 预测结果

利用地下储气库多周期运行动态数据（表1），计算得到地下储气库多周期运行库容量、垫气量及其变化率、工作气量及其变化率等库容参数值（表2），通过分析库容参数变化规律，预测地下储气库下周期垫气变化率及工作气量变化率分别为2．5%、1．0%。

表2 某地下储气库多周期运行库容参数表

利用地下储气库多周期运行注采气能力预测数学模型，预测地下储气库注气期地层压力从上周期采气末期的14．8MPa运行到设计上限压力26．5MPa时，地下储气库注气量为1．08×108m3。同时，预测地下储气库采气期地层压力从26．5MPa运行到设计下限压力13．0MPa时，地下储气库采气量为1．20×108m3。地下储气库多周期运行注采气能力预测与实际运行结果对比情况见图1。

图1 地下储气库多周期运行注采气能力预测与实际运行结果对比图

3．4 预测结果分析

1）地下储气库多周期运行注采气能力预测模型预测结果与实际运行结果十分相近，表明所建立的预测模型适用性较好，模型预测精度能够满足现场要求；目前该方法已应用于已建地下储气库多周期运行注采气能力预测及优化配产配注中，现场应用效果较好。

2）模型预测结果的可靠程度依赖于地下储气库的垫气变化率及工作气量变化率等参数，通过地下储气库多周期运行动态分析并准确把握库容参数未来变化趋势，能够合理预测及评价地下储气库注采气能力变化。

4 结论

1）利用地下储气库盘库库容参数的定义，创建了地下储气库多周期运行注采气能力预测数学模型，实例计算验证了该预测模型的正确性。

2）建立的预测方法已应用于我国已建地下储气库多周期运行注采气能力预测及优化配产配注中，现场应用效果较好，进一步提高了地下储气库运行效率，也为国内同类地下储气库的运行提供了借鉴。

3）通过地下储气库多周期运行动态分析并准确把握库容参数未来变化趋势，能够合理预测并评价地下储气库注采气能力的变化，从而为地下储气库的优化调整、配产配注等提供科学依据。

符 号 说 明

Gp（i）为地下储气库采气 能力，108m3；Grin（i）为地下 储气库注气末期库存量，108m3；Grmin（i）为地下储气库垫气量，108m3；Gr（i－1）为地下储气库上一运行周期采气末期库存量，108m3；Gw（i－1）为地下储气库上一运行周期剩余工作气量，108m3；Qsh（i）为地下储气库垫气变化量，108m3；Qin（i）为地下储 气库注气量，108m3；Gin（i）为地下储气库注气能力，108m3；Qp（i－1）为地下储气库上一运行周期注气量，108m3；Qw（i）为地下储气库工作气量变化量，108m3；Esh（i）为地下储气库垫气量变化率；Ew（i）为地下储气库工作气量变化率。

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