摘要：地下儲氣庫多周期運行盤庫過程，是對氣庫庫存量、庫容量、工作氣量以及氣墊氣量的全過程實施跟蹤的過程，是研究氣庫運行規(guī)律、漏失分析以及進一步提高氣庫運行效率、降低運行成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，針對凝析氣藏型地下儲氣庫庫內(nèi)凝析氣與注入干氣混氣的特點，從庫存量的定義入手，利用摩爾體積權(quán)衡混合流體密度計算方法和氣體狀態(tài)方程，提出了定容和弱邊底水凝析氣藏型地下儲氣庫多周期運行系列盤庫計算的數(shù)學模型。所建立的盤庫計算模型(庫存量計算模型、注氣末氣體孔隙體積和庫容量計算模型、采氣末氣墊氣量計算模型、采氣階段工作氣量計算模型)通過實例驗證有兩個顯著特點：一是充分考慮了庫內(nèi)混合流體性質(zhì)改變的影響；二是以注氣過程分析含氣孔隙體積和庫容量變化，同時將該過程求得的含氣孔隙體積作為下一采氣過程分析氣墊氣量和工作量的主要依據(jù)，依次交替計算從而使盤庫系列數(shù)據(jù)的規(guī)律性和可靠性大大增強。應(yīng)用實表明該數(shù)學模型具有較高的準確性。

關(guān)鍵詞：凝析氣藏；地下儲氣庫；盤庫；庫存量；庫容量；氣體孔隙體積；氣墊氣量；模型 方法

    地下儲氣庫多周期運行盤庫過程，實際上是對氣庫庫存量、庫容量、工作氣量以及氣墊氣量的全過程實施跟蹤的過程，是研究氣庫運行規(guī)律、漏失分析以及進一步提高氣庫運行效率、降低運行成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)^[1]。我國目前僅建有6座用于城市調(diào)峰的凝析氣藏型地下儲氣庫，都位于大港板橋油氣區(qū)。這6座地下儲氣庫的陸續(xù)建成投產(chǎn)極大地緩解了北京市冬季季節(jié)調(diào)峰的壓力，為陜京線的安全、平穩(wěn)供氣作出了重要貢獻^[2～4]。但由于受運行周期尚短、運行管理經(jīng)驗缺乏以及凝析氣藏型地下儲氣庫盤庫技術(shù)復雜的共同影響，目前仍沒有形成相對成熟的多周期運行盤庫方法和流程，因此需要有針對性地加以解決。

凝析氣藏型地下儲氣庫多周期運行庫存量[G_k(i)]應(yīng)為建庫前剩余凝析氣地質(zhì)儲量[G_k(0)]減去氣庫采氣周期總累積產(chǎn)出的凝析氣體積加上氣庫注氣周期總累積注入的干氣體積。其數(shù)學表達式為

 

    其中某一采氣周期階段采出凝析氣體積Q_p(i)為：

Q_go(i)為階段采出凝析油[Q_o(i)]折合氣當量體積：

    Q_go(i)=24056Q_o(i)γ_o/M_o    (3)

Q_gw(i)為階段采出凝析水[Q_w(i)]折合氣當量體積：

    Q_gw(i)=24056Q_w(i)γ24056Q_w(i)γ_w/M_w (4)

    首先利用摩爾體積權(quán)衡方法求出庫內(nèi)凝析氣和于氣混合流體的相對密度嘲，然后再根據(jù)庫內(nèi)溫度和壓力確定庫內(nèi)混合流體偏差系數(shù)。

某一注采階段庫內(nèi)混合流體相對密度[γ_m(i)]的數(shù)學表達式為：

 

其中采氣階段產(chǎn)出流體相對密度[γ_p(i)]為：

    求出注氣末期庫內(nèi)混合流體相對密度和偏差系數(shù)后，對于定容和弱邊底水儲氣庫，可以采用氣體狀態(tài)方程進一步計算注氣末期氣體孔隙體積和對應(yīng)上限壓力時的庫容量。

某一注氣周期階段末氣體孔隙體積[V_(i)]數(shù)學表達式為：

 

某一注氣周期階段末庫容量[G_{r max(i)}]數(shù)學表達式為：

 

采氣末氣墊氣量計算模型的建立是以上一注氣周期末孔隙體積[V_(i-1)]變化為依據(jù)(式7)，再利用氣體狀態(tài)方程進一步計算本采氣周期末對應(yīng)下限壓力時的氣墊氣量[G_{r min(i)}]。數(shù)學表達式為：

 

    某一采氣階段工作氣量[G_{r work(i)}]應(yīng)為上一注氣周期階段末庫容量[G_{r max(i-1)}]減去本采氣周期階段末的氣墊氣量[G_{r work(i)}]。數(shù)學表達式為：

國內(nèi)某弱邊水凝析氣藏型地下儲氣庫設(shè)計運行區(qū)間30.5～13.0MPa，建庫前剩余凝析氣地質(zhì)儲量為7.11×10⁸m³，地層壓力為18.8MPa，地層溫度為102.5℃，剩余凝析氣的相對密度為0.7942，凝析油相對密度為0.764。

氣庫投入運行后，6個注采周期末運行動態(tài)情況見表1，其中包括3個完整注氣周期和3個完整采氣周期。

    1) 求出第一注氣周期末庫存氣量。

    2) 求出第一注氣周期末地層流體混合相對密度和偏差系數(shù)。

    3) 求出第一注氣周期末孔隙體積、庫容量。

    4) 求出第二采氣周期末庫存氣量。

    5) 求出第二采氣周期末地層流體混合相對密度和偏差系數(shù)。

    6) 利用第三步求得的孔隙體積，求出第二采氣周期末氣墊氣量。

    7) 利用第三步求得的庫容量和第六步求得的氣墊氣量，求出第二采氣周期工作氣量。

    8) 重復1)至7)步驟，交替連續(xù)求出第三注氣周期至第六采氣周期末庫存量、孔隙體積、庫容量、氣墊氣量和工作氣量等盤庫指標。

    根據(jù)上述計算步驟交替連續(xù)求出各注采周期末庫存量、含氣孔隙體積、庫容量、氣墊氣量和工作氣量等盤庫參數(shù)指標，見表2和圖1。

 

    1) 由于氣庫在建庫前原始含氣孔隙體積受邊水影響程度很低，因此利用預測模型計算得到的多周期工作氣量和實際采出氣量匹配理想。

    2) 注氣階段末庫內(nèi)含氣孔隙體積總體呈現(xiàn)上升趨勢，第五注氣周期末比第一注氣周期末上升約7%。

    3) 由于庫內(nèi)含氣孔隙體積上升，使氣庫總體運行效率得以提高，庫容量、工作氣量和氣墊氣量都逐步提高，其中第六采氣周期末工作氣量比第二采氣周期末上升約14%。

    1) 針對庫內(nèi)凝析氣與注入干氣混氣的特點，從庫存量的定義入手，利用摩爾體積權(quán)衡混合流體密度計算方法和氣體狀態(tài)方程，較全面地提出了定容和弱邊底水凝析氣藏型地下儲氣庫多周期運行系列盤庫計算的數(shù)學模型，通過國內(nèi)某凝析氣藏型地下儲氣庫六個注采周期實例計算驗證了盤庫數(shù)學模型的正確性。

    2) 所建立的盤庫系列數(shù)學模型除考慮庫內(nèi)混合流體性質(zhì)改變的影響外，還有一顯著特點是以注氣過程分析含氣孔隙體積和庫容量變化，同時注氣過程求得的含氣孔隙體積作為下一采氣過程分析氣墊氣量和工作量的主要依據(jù)，依次交替計算從而使盤庫系列數(shù)據(jù)規(guī)律性和可靠性大大增強。

    3) 國內(nèi)某弱邊水凝析氣藏型地下儲氣庫多周期運行實際盤庫分析表明：預測模型多周期盤庫的可靠性在很大程度上取決于注采氣末平均地層壓力的取值，而庫內(nèi)氣體性質(zhì)的改變對其影響很小。因此，為了獲得注采轉(zhuǎn)換期有代表性的地層壓力，應(yīng)專門布置觀察井進行地層壓力監(jiān)測，同時應(yīng)保證具有較長的注采平衡間歇期。

    Q_g(i)為某一采氣周期階段采出氣量，10⁸m³；Q_in(i)為某一注氣周期階段注入氣量，10⁸m³；M_o為凝析油摩爾質(zhì)量；M_w為凝析水摩爾質(zhì)量；M_a為空氣摩爾質(zhì)量；γ_o為凝析油相對密度；γ_w為凝析水相對密度；γ_g(i)為某一采氣周期采出氣體的相對密度；γ_in(i)為某一注氣周期注入氣體的相對密度；Z_m(i)為某一注氣周期末庫內(nèi)混合流體偏差系數(shù)；Z_max(i)為某一注氣周期末上限壓力下庫內(nèi)混合流體偏差系數(shù)；Z_min(i)為某一采氣周期末下限壓力下庫內(nèi)混合流體偏差系數(shù)；p_(i)為某一注氣周期末庫內(nèi)地層壓力，MPa；p_max為氣庫運行上限壓力，MPa；p_min為氣庫運行下限壓力，MPa；T_(i)為某一注/采氣周期末庫內(nèi)地層溫度，K。

[1] 奧林·弗拉尼根.儲氣庫的設(shè)計與實施[M].張守良，陳建軍，萬玉金，等譯.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[2] 王起京，張余，劉旭.大張坨地下儲氣庫地質(zhì)動態(tài)及運行效果分析[J].天然氣工業(yè)，2003，23(2)：89-92.

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[4] 張幸福，謝廣祿，曾杰，等.大張坨地下儲氣庫運行模式分析[J].天然氣地球科學，2003，14(4)：240-244.

[5] SMITH C R，TRACY G W，F(xiàn)ARRAR R L.實用油藏工程方法[M].岳清山，柏松章，譯.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

 

(本文作者：王皆明¹ 胡旭健² 1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；2.中國石油冀東油田能源開發(fā)有限公司)