美国地下储气库运营现状调查报告

2013-10-17 11:16:55 0

天然气 地下 储气库 油气藏 调峰 美国 中国

  

 

|王起京          中石油华北储气库分公司经理

 

 

考察情况

 

1储气库类型与布局

美国的第一座储气库是1961年始建于纽约州的Zoar枯竭气藏,也是世界上的第二座储气库,目前仍在运行。截至目前,美国共有地下储气库451座,其中由枯竭油气藏改建的储气库有365座,占总量的80.9%;含水层储气库52座,占总量的11.5%;盐层及盐穴储气库30座,占总量的6.7%;岩洞及废弃矿井储气库4座;占总量的0.9%

365座枯竭油气藏储气库中的320座为气藏储气库,10座为凝析气藏储气库,9座为油藏储气库,26座为油气藏储气库。油气藏储气库中以气藏储气库数量居多,所占比例在90.4%以上。

美国地下储气库储存工作气总量约963×108×m3,储气库主要分布在靠近天然气最终用户的东北部和南部产气区。

其中有近50%的储气库集中在美国天然气主要消费区东北部地区,天然气产量丰富的得克萨斯州和路易斯安那州也是地下储气库集中的地区。特别是盐穴储气库,主要集中分布在岩层和盐丘发育的得克萨斯州。

 

2、储气库的主要用途

CMS公司在天然气方面的业务以管道输送为主,该公司在地下储气库方面的做法在全美具有代表性,其储气库主要作用如下。

1)季节调峰。由于该公司主供市场是美国东北部市场,天然气季节性调峰的需求与我国类似油气藏储气库具有库容大的优势,是进行季节性调峰的重要气源。

2)调峰电站的燃气供应。CMS能源公司拥有调峰发电厂调峰发电有两种方式一种是每天6h发电另一种是在任何时间出现高峰用电便随时发电调峰储气库可以根据调峰发电厂的需求在特定时间段内向调峰电站供应天然气可在1h内完成供气响应此类响应主要依靠盐穴气库同时盐穴储气库还具有利用周末用气大户休息供气低谷时储气的功能

3)作为LNG的储存设施。将LNG船到港气化后在满足管输后富余的气储存到储气库中用于LNG供应计划的平衡该公司每年接收LNG50条(气化后年总量约200×108×m3)气化后,由GMS公司管线输送或气库储存。

4)应急供气状态下的气源在输气干线系统出现故障的情况下储气库可以作为应急气源进行紧急供气主要目的是维护输气公司的商业信誉)。

5)“存贷气业务根据天然气市场价格的波动,“低存高贷这类功能主要靠盐穴储气库完成。

10年来在美国政府的影响下能源公司的业务范围发生了较大的变化GMS公司这类的能源公司在天然气业务方面仅负责天然气的运输本身并不拥有管线或所属气库中的任何1 m3公司的利润是从管输费和储转费中获取的据介绍该公司长年供应的天然气价格在27美元/103ft31 ft3=2.831685×10-2×m3,下同),而在冬季高峰供气时可达20美元103ft3

美国的天然气交易非常频繁往往一个储气库与数个天然气公司的输气管道相连接通过储气库的注气采气或直接利用各输气管线的压力差调节各输气公司管线的压力储气库运行商从储转费中获取一定的利润。

 

3、调峰周期

北美地下储气库每年的注采周期次数与储气库的类型位置和经营方式等有着密切关系由于盐穴储气库具有单穴库容小注采能力大气量提取高的特点非常适合作为应急调峰和日或小时调峰供气因此每年可以根据市场气量需求以及气价的波动随时注或采油气藏储气库一般每年只完成一个季节性注采周期。

储气库的经营者所追求的是在安全运行的前提下尽可能提高储气库的运营经济收益经营者可以通过各种途径运作提高储气库的注采循环次数或注采循环气量从而提高储气库的收益。

 

4、单井产能

各储气库的单井产气能力有很大的差异但在气库钻采工程设计时都努力满足大进大出的要求使气井产能尽可能得到最大程度的发挥。

实例1Washington10气藏储气库属于美国东部储气库群储层为侏罗纪生物礁灰岩储层埋藏深度为975m。该储气库设计最高运行压力10MPa,库容量14.33×108m3,工作气11.89×108m33台压缩机站总功率12000马力(1马力=735.499W,同下)。

储气库共钻水平井14口,注采设计井深1066m左右水平井段390m,日采气能力1274×104m3,平均单井能力91×104m3/d,单井最大采气能力283×104m3/d,最大注气能力351×104m3/d。该单井产量高的主要原因是采用了水平井技术据比较水平井的产量较垂直井提高了34倍。

实例2Liberty CountyMossBluff盐穴储气库群该储气库共有3座盐穴集中在同一个盐丘,3个盐穴相互独立,井口中心距离为300400m。该盐穴储气库的总储气能力为3.68×108m3,最大可以达到4.53×108m3,最大日采气量2832×108m3。每个盐穴仅有1口注采井。

该库安装有6台注气压缩机组1套天然气集输处理系统该储气库与Texas Eastern TransmissionTejasGasNGPLKMTPChannel等公司的5条输气干线连接并负责为上述5家公司提供储气服务. 其中1号盐穴顶部深度为792m,盐穴高度550m,盐穴体积122×104m3,设计最高工作压力14.96Mpa,最小工作压力为3.38Mpa,总库容量2.003×108m3,工作气1.57×108m3,垫底气0.427×108m3。该盐穴注采井的生产套管为20英寸(1英寸=25.4mm),最大采气能力可以达到1870×104m3/d,最大注气能力为1969×104m3/d

 

5、气库的监测

为确保气库的运行安全国外公司都在气库的周围布置一定数量的监测井其数量占到了气库总井数的三分之一。例如:Washington10气库共有22口井其中14口注采井、8口观察井观察井主要分布在储气库的周边地区一般通过老井修复利用或打专门的观察井来实现观察井是保障储气库安全运行的重要保障设施。

 

6、老井处理

在储气库建设中对老井的处理要执行美国联邦州政府的有关条例和标准!对于不准备利用的老井采取封堵措施其步骤是把水泥返高以上的套管全部套铣回收然后对整个井眼用水泥进行封固但要求对进行过放射性测井的老井根据环保的要求套管不准提出地面)。美国储气库的储层埋藏普遍较浅老井的水泥返高也较高因此老井封堵的难度和工作量并不是太大。

 

7、气井设计及安全保障措施

储气库注采井钻井及完井设计的基本原则是要满足“大进大出的要求所采取的主要技术如下。

1)井身结构废弃油气藏储气库的注采井采用完善的套管程序对气库构造上部的各主要渗透层均采用一层套管封堵一般采取三层或四层套管的井身结构以便于安全钻进和储层保护岩穴储气库为满足更大产量的需要采用5层套管(如Duke Energy公司的岩穴储气库注采井采用54英寸+42英寸+36英寸+24英寸+20英寸的套管结构)。

2)固井设计注采井各层套管的固井要求水泥全部上返的地面以防止气体泄漏延长注采井的寿命。

3)井型井型设计一般根据地层的渗流条件钻井地质条件和钻井的投资分析等情况进行综合分析对比后确定美国已建成的储气库多采用常规的直井定向井设计部分采用水平井。Washington10储气库目的层埋深1000m,经过优化采用了水平井方案水平井段采用裸眼完井产量比直井提高了3×1044×104m3/d,实施后注采井的单井生产能力达到280×104m3/d

4)钻井技术美国非常重视注采井的储层保护工作废弃油气藏储气库一般采用的是欠平衡钻井技术在钻穿目的层时选用泡沫泥浆”,以最大程度地保护储层。

5)注采井安全设计一般的注采井要安装井下安全阀以保障储气库的安全Washington10储气库注采井直接采用套管生产,7英寸套管内距地表10m左右安装了井下安全阀盐穴储气库的注采井因井内保留了冲洗盐穴用的大口径油管一般需安装井口安全阀。

 

二、几点启示

 

1、储气库构造结构普遍优于国内

由于美国的天然气资源较丰富可供选择建库的油气藏类型和数量多因此储气库的构造和储层条件普遍优于我国。

此次考察的2座气库盐穴气库埋深500m而盐体高超过600m底特律废弃油气藏气库埋深在1000m左右储层属生物灰岩储层厚度大裂缝发育渗性能相当好基本没有边底水存在。

 

2、调峰周期方式灵活

北美的油气藏储气库主要作为季节性调峰储气设施每年一个注采周期以季节性调峰为主但短期调峰非常活跃部分储气库每年可能根据市场情况有多个注采周期加快了工作气的周转及储气库的使用效率从而提高了储气库运行的经济效益。

储气库采气还是注气主要决定于市场上的天然气价格天然气市场价格低时天然气运营商从市场上购入天然气并存入储气库价格高时再从储气库采气输送到用户保障了储气库运行商的商业利润。

 

3、有效的经营管理模式促进了储气库发展

在美国储气库的业主有65%为管道公司35%为城市燃气公司这些公司负责储气库的日常生产经营管理主要责任是向天然气运销商提供储气采气服务收取储转费一般不拥有储气库内的天然气在美国管道中输送的或储气库中储存的天然气有66%属于城市燃气公司27%天然气的属于管销公司7%属于管道公司输送过程中的暂存量夏季与冬季的天然气价格差调峰气价及高峰时的议价气是促使北美储气库高度发展的主要驱动力。

 

4、建库前充分的经济评价降低了建库投资和市场风险

Washington10储气库为例1994年进行的初步方案设计中计划钻注采井30口,观察井10封堵老井9并需要建设7.5英里(1英里=1.609344km)管道。在经过对多方案进行经济评价后1997年优选的方案为钻注采水平井14观察井8封堵老井8只需建设3.2英里管道节省了总投资。

此外美国政府部门在管道工程储气库建设等前期立项管理中主要关注经济评价环境保护市场需求等方面问题政府部门在确定物价方面控制比较严格管道公司投资建设的管线或气库等工程投资回报率不能超过12%

 

5、日常运行管理及故障抢修

北美储气库的日常运行管理通过现场工作人员进行注气和采气生产过程中由操作人员通过控制室进行控制注气压缩机的完全可以通过控制室加以操作。

注气压缩机的日常维护保养通常由运行单位底机械工程师负责完成例行保养及大修按合同由专业公司承担要随时保持注气压缩机完好%使压缩机保证能够在接到注气指令后30min内启动

抢修力量的安排主要依据工程量和投资情况选择队伍一般情况是较大的维修工程量由社会专业公司承担更经济就不同情况与社会上不同能力的专业公司签有长期合同事先就经济及工程事宜做出约定。

 

6、防恐问题

一是对储气库设施采取安全设计在紧急情况下能够自动或远程控制关断井口和地面装置二是加强对储气库站场和装置的安全控制非工作人员不允许进入到储气库所在的区域三是限制参观对参观者要提前申请和批准储气库区域内不准拍照。

美国在9.11事件后对防恐问题更为重视DUKE公司介绍最近开展的工程要求尽量能够将管件阀件都要埋入地下但大大增加了工程投资对此只能通过加强管理和防范来预防。

 

 

三、对我国储气库发展的建议

美国是世界上发展储气库最早的国家拥有占世界总数81.4%的储气库可提供963×108m3的年工作气量通过与美国部分公司进行储气库方面的交流并结合我国的实际提出如下发展建议。

1)在储气库的库址比选前应对储气库的用户市场进行调查根据市场的需求来确定储气库的规模规模上满足需要而又不过剩避免不必要的投资同时要做好各地区储气库发展的中长期规划。

2)应优先选择废弃的气藏或凝析气藏作为建库的库址它具有密封性好建成周期短提取量高管理简单等优点适合于季节调峰对用于日调峰的储气库盐穴储气库最为有利但建穴过程中的高盐度盐水的处理是一大难题。

3)应强化储气库建设前的评价和研究工作的力度以便选择技术上和经济上最优的方案。Washington10"储气库虽然建库的周期只有不到一年的时间但从1994年进行的初步方案研究开始到施工其间经历了近4a的时间加大储气库前期评价和研究工作的力度可优化设计减少工程投资。

4)老井封堵的思路值得借鉴尤其是在利用废弃的油气藏改建储气库的建设过程当中应充分吸收老井封堵的经验以确保储气库的安全

5同时我们也应吸收国外储气库在观察井设立方面的经验增加观察井的比例尤其是板桥第三储气库(以下简称三库)与板中南高点邻近增加观察井的比例对储气库的运行管理和掌握动态特征是极为有利的三库可充分利用边部老井修复后作为观察井使用。

6)鉴于我国已建和在建的储气库均为废弃的油气藏注采井在生产中将产出部分地层水且注入的天然气中含有一定量的二氧化碳及硫化氢等腐蚀性气体将对注采井的油管和套管产生一定的腐蚀作用因此在储气库运行过程中应重视对注采井腐蚀状况的监测以便及时了解注采井的井身质量和安全性能保障储气库和注采井的安全

7对储气库产出的天然气应采取不同的价格体系国家在政策上要使得储气库有利可图”,才能够有利于储气库的发展

8在确保采取有效的套管防腐固井质量及井下安全措施的前提下应积极对大井眼采气套管采气和裸眼完井等工艺技术进行探索。

 

 

 

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