基于大数据的地下储气库冬季调峰优化运行研究

徐俊杰 张崇玮 汪 岩 许 明

国家管网集团北京管道有限公司, 北京 100101

0 前言

为满足京津冀地区天然气调峰需求,提高天然气安全供应保障能力,1999—2006年中国石油在北京周边地区陆续建成投运了国内第一个大型商业储气库群——L储气库群,共有6座储气库(A、B、C、D、E、F储气库),这些储气库已运行15～21个注采周期,在解决季节调峰供气、应急供气和平衡大管网压力等方面发挥了重要作用[1-3]。

1 L储气库群基本情况

L储气库群中除A储气库是由开发初期的凝析气藏改建外,其余5座储气库均由废弃的水淹凝析气藏改建而成。这些储气库已运行多个注采周期,根据生产运行特征以及调峰特点,大致分为四类[4-8]。

第一类是A储气库,该储气库平面上气层分布连片,连通性好,储层物性好,气井受边水影响小,单井采气能力较高,储气库日调峰能力强,工作气量大,能够满足较大规模调峰需求,是主力调峰储气库。

第二类是C储气库,该储气库有注采井21口,日调峰能力强,工作气量较大,能满足高峰调峰需求,但采气中后期受边水影响较大,边部气井产能降低较快;该储气库生产前期是主力调峰储气库,后期是辅助调峰储气库。

第三类是B储气库,该储气库有注采井13口,日调峰能力强,但储气库工作气量有限,是辅助调峰储气库。

第四类是D、E、F储气库,该类储气库由于井网控制程度不完善,采气时率有限以及受边水影响等,采气末下限压力一直高于设计下限压力(2～7 MPa),是辅助调峰储气库。

2 L储气库群产能分析

2.1 储气库采气生产能力

储气库日采气能力,即储气库在不同地层压力条件下的最大日采气量(产能方程),其值是储气库所有注采井日调峰能力之和,日调峰能力越大,储气库瞬时调峰能力越强[9-12]。

L储气库群除A储气库外,其余储气库均由有水枯竭气藏改建而成,受到水侵、储层物性、非均质性等因素影响,既有高部位产纯干气井,又有中低部位携液生产井,尤其低部位及边部位气井水气比很大,甚至部分井在采气中后期由于井底积液而停喷,各注采井生产能力差别较大、生产情况复杂,需要考虑各注采井的生产特征,综合确定各储气库日采气能力。

根据L储气库群各单井多周期实际采气能力,分析各单井多周期平均采气能力及最大采气能力,应用气井节点系统分析方法,充分考虑油管冲蚀流量、最低携液产气量、生产压差等因素[3],评价了单井在不同地层压力条件下的产能以及各储气库在不同地层压力条件下的日调峰能力,为储气库冬季调峰合理配产及优化运行提供基础,见表1。

在L储气库群实际运行过程中,一般调峰初期产量需求低,在12月中旬进入需求高峰期,1月中旬各储气库产量有所降低,进入产量递减期,根据历年生产情况,L储气库群高峰期稳定产量可达到1 650×104～2 300×104m3/d,见表2。

表1 L储气库群不同压力对应调峰采气能力表

表2 L储气库群各储气库历年采气高峰期生产情况表

2.2 L储气库群高月、高日调峰能力

根据京津冀地区冬季气候特点,储气库冬季最大调峰气量分布在每年12月和次年1月,一般占总调峰气量的52%～77%,平均占比65.77%,见表3。

根据2014—2021年7个周期冬季的采气情况,L储气库群最大日调峰量曾达到2 459×104m3/d;日采气量大于1 800×104m3/d,不超过50 d;日采气量大于1 500×104m3/d,不超过75 d;日采气量大于 1 000×104m3/d,不超过101 d。L储气库群日调峰气量天数统计见表4。

表3 L储气库群冬季高月调峰气量表

表4 L储气库群日调峰气量天数统计表

2.3 储气库最低日采气量

根据各储气库露点装置最低处理能力,各储气库均投运时L储气库群最低日采气量为350×104m3/d。其中A储气库露点装置最低运行气量为100×104m3/d,B储气库露点装置最低运行气量为50×104m3/d,C、D储气库露点装置最低运行气量为100×104m3/d,E、F储气库联合运行露点装置最低运行气量为100×104m3/d。

通过上述分析,L储气库群12月与1月调峰气量应控制在调峰总量的65%左右;高峰期平均日采气量安排在1 650×104～2 300×104m3/d范围内。

3 L储气库群冬季调峰模型建立

根据L储气库群2001—2021年20个周期月度的冬季调峰数据,建立京津冀地区冬季采气调峰模型,其曲线分布呈钟型,两头低,中间高,见图1。

图1 L储气库群冬季调峰模型图Fig.1 Peak-shaving model of L gas storage group in winter

由图1分析得出:每年12月与次年1月日均调峰气量相近,阶段产气量最高,两个月累计采出气量占总量的65.6%，其次是2月,采气量占总量的19.3%;11月采气量占比为9.3%,3月采气量占比最低,为5.8%。L储气库群历年月度采气量占比见表5。根据L储气库群冬季采气调峰模型,可做为下一年度该储气库群冬季调峰采气安排的基础和依据。

表5 L储气库群历年月度采气量占比统计表

4 L储气库群冬季调峰实例

4.1 采气原则

1)在安全平稳运行的条件下进行季节调峰;依次调开各储气库采气井,以满足冬季调峰总量需求;同时应尽量保留调峰能力强的储气库,以满足大气量应急调峰需求[13-14]。

2)合理配产,优化运行,发挥L储气库群的整体优势及各储气库的能力。

3)有利于保护气藏,减小边底水对储气库的负面影响[15-16]。

4)有利于储气库继续扩容。

5)天然气处理装置安全平稳运行,天然气气质达标。

4.2 储气库调峰优先次序

1)A、C储气库为主力调峰储气库,主要承担月调峰、周调峰、日调峰的生产任务。

2)D、E、F储气库为辅助调峰储气库,不宜参与大气量调峰生产,应平稳运行,由于采气末期地层下限压力较高,应优先参与调峰,保证足够的采气时间,并后期开启丙烷辅助制冷系统,尽可能降低井口压力,延长生产时间,提高采气时率,促进储气库运行下限压力的降低和工作气量的提高。

3)B储气库单井调峰能力强,但储气库工作气量有限,不宜参与大气量调峰生产,宜安排在12月下旬开井采气,平稳运行。

4.3 储气库冬季调峰安排

结合L储气库群2021年注气生产情况,2021—2022年冬季调峰气量可安排20.5×108m3,计划2021年11月16日储气库开始采气,2021年12月—2022年1月大气量稳定生产,2022年3月15日采气结束。

通过储气库多周期动态分析以及气藏工程方法,得出储气库渗流方程、气藏物质平衡方程、井筒垂直管流方程等,同时以露点装置处理能力、冲蚀流量、临界生产压差等为约束条件[17-20],并依据京津冀地区储气库冬季采气调峰模型,提出了L储气库群冬季季节调峰运行安排,见表6。

为应对冬季调峰中因极端异常天气而可能出现的产气量较大需求,利用储气库气藏物质平衡方程,结合各储气库历年冬季实际最高产气情况,得到冬季每月月初能达到的应急调峰气量,见表7和图2。

表6 2021—2022年度L储气库群冬季采气运行安排表

表7 2021—2022年度冬季L储气库群应急采气能力表

图2 2021—2022年冬季L储气库群运行安排图Fig.2 Operation arrangement for L gas storagegroup in winter from 2021 to 2022

5 结论

1)利用地下储气库采气生产大数据平台,建立了京津冀地区冬季采气调峰模型进行研究分析，研究表明，每年12月与次年1月阶段采气量最高,日均调峰气量相近,2个月采气量约占总调峰气量的65.6%。

2)储气库群的优化运行需结合各储气库生产特点,制定储气库优先调峰次序,科学调配生产,保障储气库群最大工作气能力的发挥。