книги из ГПНТБ / Подземное хранение газа (вопросы теории, практики и экономики) А. И. Ширковский. 1960- 4 Мб
.pdfА. И. ШИРКОВ С КИЙ
Ч^Т. 30
ГПНТБ СССР
ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ
ГАЗА
(ВОПРОСЫ ТЕОРИИ, ПРАКТИКИ И ЭКОНОМИКИ)
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1960
27—5-4
АННОТАЦИЯ
Брошюра посвящена вопросам создания подземных хра нилищ газа. В ней описаны основы выбора, сооружения и эксплуатации подземных хранилищ газа. Рассмотрен вопрос о продвижении воды по пласту при отборе газа из подземных хранилищ (о режиме эксплуатации хранилища). Дана харак теристика и материалы эксплуатации некоторых зарубежных подземных хранилищ газа, приводится описание и основные расчетные характеристики отечественных подземных газохра нилищ, подготавливаемых к эксплуатации. Освещены вопросы экономики подземного хранения газа.
Брошюра предназначена для работников проектных и научно-исследовательских организаций, инженерно-техниче ских работников нефтяных и газовых промыслов и магистраль ных газопроводов, преподавателей и студентов старших кур сов высших учебных заведений.
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ
НАУЧН-ТЕХНИЧЕСНАЯ
БИБЛИОТЕКА СССР
«699
Глава 1
ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА
1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОДЗЕМНОГО ХРАНЕНИЯ ГАЗА
Использование природного газа в городах характеризуется
неравномерностью потребления в течение суток и по суткам
в пределах месяца. Но особенно велика неравномерность сезон ного газопотребления.
Выравнивание суточных колебаний газопотребления связано с преодолением значительных технических трудностей. Еще более сложно покрыть сезонные колебания газопотребления при использовании газа для отопления.
По предварительным расчетам в 1960 г. отопительная нагрузка в Москве будет равна 9,1%, в Ленинграде — 8%; в 1965 г.
она составит: в Куйбышеве — 10%, в Казани — 15%, в Горьком —
13%, в |
Киеве — 10% |
от годового расхода газа, |
а |
летние |
||||
избытки газа в те |
же годы в Москве 1052 млн. «л»3, |
в |
Ленин |
|||||
граде — 427 |
млн. |
нм3, |
в Куйбышеве — 315 |
млн. |
«.и3, |
в Ка |
||
зани — 202 |
млн. |
нм3, в |
Горьком — 341 млн. |
м3, |
в |
Киеве — |
||
303 млн. |
нм3. |
|
|
|
|
|
|
Сооружение громадных наземных хранилищ для преодоления
сезонных колебаний газопотребления, помимо технических труд ностей и большой пожарной опасности, требует огромных капи таловложений. Например, для замены подземного хранилища газа в районе Чикаго емкостью 5,1 млрд, м3 и стоимостью около 55 млн. долларов потребовалось бы 9000 газгольдеров стоимостью
30 млрд, долларов или три новых газопровода (550 млн. долларов).
Подземное хранение газа необходимо для:
покрытия сезонной неравномерности газопотребления при дальнем газоснабжении;
равномерной работы дальнего магистрального газопровода
исистемы распределения газа; создания резервов газа;
ритмичной работы источников природного и искусственного
газов;
1* Зак. 1921. |
3 |
уменьшения капитальных затрат и эксплуатационных рас ходов на транспорт газа и городскую газовую сеть.
Современная система дальнего газоснабжения немыслима без создания безопасных, практичных и экономичных подземных
хранилищ в районах потребления газа или на трассе магистраль ного газопровода.
По данным технико-экономических расчетов треста Газтеплопроект [2] применение подземного хранения газа дает экономию капиталовложений в дальний газопровод (при использовании газа для отопления) до 30% ив газопроводные сети городов — от 20 до 30%.
Подземное храпение газа в истощенных газовых и нефтяных месторождениях получило широкое распространение в США,
применяется в Канаде, в Западной Германии, Польской Народ
ной Республике и других странах. В 1951 г. 2/6 часть общего количества добываемого в США газа сосредоточивалась в под земных хранилищах, которых насчитывается в настоящее время
около 215 с объемом газа примерно 75 млрд. м3.
Подземное хранение газа высокоэкономично. Оно дешевле
хранения в газгольдерах низкого давления в 250—300 раз, в сферических резервуарах — в 200 раз, в системах труб под
давлением 150 кГ/см2— в 150—170 раз, в |
системе труб под давле |
|
нием в |
100 кГ/см3 — в 100 раз [4]. |
|
Для СССР особое значение имеет создание подземных храни |
||
лищ в |
ловушках водонапорных систем, |
так как в большинстве |
районов потребления газа нет истощенных газовых или нефтяных
месторождений.
Подземное хранение газа в СССР не нашло еще широкого распространения, хотя потребность в этом довольно большая.
Оно особенно нужно в районах Ленинграда, Москвы, Киева, Куйбышева, Горького, Казани и ряда других городов.
2. ЗАКАЧКА ГАЗА В КУПОЛЬНУЮ ЧАСТЬ (ЛОВУШКУ) ВОДОНАПОРНОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ УПРУГОГО РЕЖИМА
а) Первая фаза н е у с т а и о в и в ш е й с я фильтрации
Гидродинамическая схема для расчета изображена па рис. 1.
Расход |
закачиваемого газа |
|
|
<№. = 4<й )='’4г + п2гг- |
<') |
Объем |
вытесненной жидкости из ловушки в |
пласт |
|
Ол — Qo = л hm р (Я2 — Я02) (рк — рн). |
(2) |
4
|
Количество закачанного |
газа |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
t |
|
_ |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
QaPa-t — f q.-Par di = Рг £21 — Po Qo, |
|
|
|
(3) |
|||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Slj — объем |
газоносной |
части пласта |
во |
время |
после |
||||||
”0> |
|
начала |
закачки газа; |
|
пространства |
и давление |
||||||
Ро — начальные |
объемы |
порового |
||||||||||
|
|
в области |
газоносности; |
|
|
|
|
|
через |
|||
|
Ro — постоянный1 радиус |
«укрупненной скважины», |
||||||||||
|
|
которую вода из ловушки вытесняется в пласт; |
|
|||||||||
_ |
R — радиус |
области повышения |
давления |
во |
время ti |
|||||||
_ |
(радиус области возмущения); |
|
|
|
|
|
|
|||||
/Л», |
Рн — средневзвешенные |
по |
объему |
порового |
пространства |
|||||||
|
|
давления |
в области |
водоносности |
при |
t = |
и |
t = 0; |
||||
|
Рат — атмосферное давление. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Гидродинамическая схема для расчета хранилища.
«о- ьо — полуоси средней линии газо-водяного контакта при закачке всего объема хра нящегося газа; Zo — начальная мощность газоносности; h — мощность водоносного
пласта; ц — высота ловушки; д0 = ,10 + Ь° - условный постоянный радиус «укруп
|
ненной скважины». |
Из выражения (3) |
найдем £2Х (при <?r = const, р0 = р0): |
|
Рг1 |
1 При постоянном значении Ви получаются завышенные значения да |
|
влений р в подземном |
хранилище. |
5
Подставим выражение Qx из (3') в (2). Тогда получим
= Qo + п Am р (R2 - Я02) (ри - а.)-
Рг |
|
|
|
Как известно [5], |
рк, рп выражаются так: |
||
П — (Р~Рк) |
I |
(Рн^2—?К02) |
|
р,'“~21п4+ <«!-ад ’ |
|||
|
■“о |
|
|
Рн = Ро + Тв {н — Zo), |
р |
рг + ув (Я — Z), рн - |
|
|
= />ПЛ1 Р = Рв + — Ре. |
||
Подставляя (5) в |
(4) с учетом (6), получим |
grPa^+Po^O = Qfl + „ hm р [pf + ув (// _ Z) _ рпл] х
Рг
xf-^=4f-Ro2Y
21пяг J
(4)
(5)
(G)
(7)
Для простоты приближенного расчета положим, что рас
пространение воронки депрессии при закачке газа с постоянным
темпом дг — const |
примерно такое же, |
как и при qB = const, т. е. |
||||||
^ = Zr^ZB=2^!_^[12], |
Я= |г4хг + Я02; х = |
(8) |
||||||
|
|
r£7v |
|
|
|
|
Нъ UUp |
|
Пренебрегая давлением, |
создаваемым |
столбом воды |
высотой |
|||||
(Я — Z), т. |
е. рассчдтывая |
на наиболее трудные условия за |
||||||
качки газа, |
ув(Я — Z) = 0, |
получим |
из |
выражения (7) |
с уче |
|||
том (8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(ррд-tt ~h Ро |
|
Рг "Ь Л hm Р [рг2 РилРг] X |
|
|||||
|
|
|
|
4х t |
|
|
|
(9) |
|
|
|
/4хг + Р20 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
Из выражения (9) |
найдем рг, опуская в скобке Я02: |
|
||||||
|
Рг2 — |
п____________ ^2__________I |
|
|||||
|
/ЦЛ |
я |
2х/ |
Рг — |
|
|||
|
|
|
71 пт р--------------------- |
|
||||
|
|
|
|
|
Ro |
J |
|
|
|
|
__ |
?гРатг4~Ро^о |
U’ |
_ м |
(Ю) |
||
|
|
|
L □ |
|
2xt |
|
||
|
|
|
л hmp--------■ |
_ |
— |
|
|
ln
Ло
G
Зная рг = pt(t), легко рассчитать й = Й(7), а по гра фику Й = Q(Z), построенному по структурной карте ловушки,
определить Z = Z(7).
Пример 1. Определить, как изменились в течение I фазы
неустановившейся |
фильтрации объем |
газоносной |
части |
пласта |
|
й = й(£), мощность газоносности Z = Z(t), давление |
в |
храни |
|||
лище рг = pr(t), |
расход жидкости |
qB = qB(t) |
при |
создании |
хранилища газа в ловушке пластовой водонапорной системы (при упругом режиме и постоянном расходе закачиваемого газа qv = const).
Для расчета приняты следующие исходные данные.
Пористость пласта т........................................................ |
|
|
|
0,2 |
||||
Коэффициент проницаемости к, дарси.................... |
воды |
1,5 |
||||||
Динамический |
коэффициент |
вязкости |
рв, |
|
||||
сантипуазы |
|
................................................................ |
м |
|
|
|
1 |
|
Мощность пласта h, |
|
|
|
20 |
||||
Начальное пластовое давление Впл, ата................ |
60 |
|||||||
Количество нагнетательных скважин |
па................ |
20 |
||||||
Радиус окружности, на которой |
расположены |
|
||||||
нагнетательные скважины, Rq, м........................... |
|
|
500 |
|||||
Удельный вес воды |
ув, кг/м3 |
.................................... |
|
|
1000 |
|||
Высота ловушки Н, м .................................................... |
воды, |
|
|
55 |
||||
Средний радиус |
отступления |
принимаемый |
|
|||||
постоянным, RB, м...................................................... |
|
|
газа |
500 |
||||
Постоянный |
расход |
закачиваемого |
<?г, |
|
||||
м3/сутки............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
10е |
|
Коэффициент объемного упругого сжатия жидкости |
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
4,55 • |
10~5 |
в’ ат |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент объемного упругого сжатия пород 0с, |
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
1,55 ■ |
10'"5 |
ат |
|
|
|
|
|
|
||
|
пластовой водонапорной системы |
|
||||||
Радиус контура |
|
|||||||
RK, км............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
19,47 |
Схема пластовой водонапорной системы изображена на рис. 2.
Кривые зависимостей й = Q(Z), Fm = Fm (Z) представлены на рис. 3.
Рис. 2. Схема запечатанной пластовой водонапорной системы с куполообраз ной ловушкой.
1 — нагнетательные скважины; Вк — радиус
контура пласта; 1г — мощность водоносного пласта; Ав, Во — положение условной по верхности раздела газ — вода; АВ — наи-
низший возможный уровень положения ус ловной поверхности раздела газ — вода.
7
|
Результаты |
вычислений по |
формуле (10) при Йо = 0 нри- |
|||||||||||
ведены в табл. 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
По |
данным |
табл. |
1 |
|
построены |
кривые |
зависимостей |
рг = |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= pr(t), Z = Z(t) и |
Й = Q(Z), |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
приведенные на рис. 4. Из |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
данных таблицы и рис. 4 вид |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
но, что начало создания хра |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нилища характеризуется вы |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соким темпом роста давления |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в области газоносности; при |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дальнейшей |
закачке |
газа |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
темп роста давления умень |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шается. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) Расчет созда |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния подземного |
хра |
|||
|
Рис. 3. Кривые зависимостей. |
|
нилища газа в ку |
|||||||||||
|
|
полообразной |
ло |
|||||||||||
|
I - й = Q(Z); |
2 — Fm = Fm ( Z). |
|
вушке |
|
пластовой |
||||||||
с т е м ы |
в |
|
|
|
|
|
|
водонапорной |
с и- |
|||||
условиях упругого |
режима |
|
в т е- |
|||||||||||
ч е н и е |
11 |
фазы |
|
н е у с т а и о в и в ш е й с я |
ф и л ь- |
|||||||||
т р а ц и и |
|
жидкости |
|
|
|
|
|
|
||||||
при |
заданном |
|
во |
|
|
|
|
|
|
|||||
времени расходе за |
|
|
|
|
|
|
||||||||
качиваемого |
газа |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Qv = qr(t). |
|
Пластовая |
|
|
|
|
|
|
||||||
в о д о н а п о р и а я |
систе |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ма |
|
рассматривает |
|
|
|
|
|
|
||||||
ся |
как |
замкнуты й |
|
|
|
|
|
|
||||||
подземный |
резер |
|
|
|
|
|
|
|||||||
вуар. |
вытесненной |
жид |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Объем |
|
|
|
|
|
|
|||||||
кости |
за |
|
время |
второй |
|
|
|
|
|
|
||||
фазы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A%=4ki (K~M |
О1) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
где |
йпл ~ л hm (7?к2 — Я02) — |
Рис. 4. Кривые зависимостей Q =Q(/); |
||||||||||||
.Z = Z(t) и рт = 7>г(г) при |
закачке |
|||||||||||||
|
объем |
порового |
прост |
газа в пласт в течение I и II |
фаз не- |
|||||||||
|
ранства пласта; |
|
|
|
установившейся |
фильтрации |
жидкости. |
|||||||
рв — средневзвешенное |
|
по |
I и Г - Й= й(1);_2 п |
2'- Z = Z (I); 3 и |
||||||||||
|
объему |
давление |
жид |
|
3' —Рг = Рг((). |
|
|
|||||||
|
кости |
в некоторый |
|
момент времени t II фазы; |
|
|
||||||||
рг — средневзвешенное |
по объему |
давление |
жидкости'1' в |
конце |
||||||||||
|
I |
фазы. |
|
|
по |
объему |
давление |
|
стационарном |
|||||
|
Средневзвешенное |
при |
8