一种天然气长周期调峰方法技术

一种天然气长周期调峰方法。本发明专利技术调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，达到不建设或少建设调峰储气库、节省基建成本、减少调峰储气库运行费用、满足供气平衡、保证用气安全之目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天然气长周期调峰方法，具体地，本专利技术涉及一种调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，达到不建设或少建设调峰储气库、节省基建成本、减少调峰储气库运行费用、满足供气平衡、保证用气安全之目的。
技术介绍
天然气和水以及电一样，有一个高峰使用时段和低谷使用时段问题。一年中不同的月份、每月中不同的日期、每日中不同的小时，供气量都有变化。从一年来看，通常冬天由于天然气取暖，造成冬季天然气使用量大，甚至能达到夏季的很多倍。例如，北京冬季日用气量高达5000千万立方米，而夏季则只有3百万立方米。一天中，白天的用气量通常比夜晚要高。近年来，由于城市中天然气中央空调越来越普及，城市白天用气量能够比夜晚用气量高几倍。如果天然气使用高峰与低谷过大，会造成天然气使用、存储和运输等一系列问题。天然气调峰就是采取主动手段，在用气低谷时将天然气储存起来，在用气高峰时再释放出来；或者通过增加低谷时客户用气量，降低天然气用量峰谷比；以满足供气平衡，适应不同时间段用气量的变化，保证用气安全。天然气调峰分长周期(季度、月份)调峰和短周期(日、小时)调峰。长周期调峰应对季节性、月份性天然气用量高峰和低谷，例如，由于使用天然气取暖造成冬季用气高峰和夏季用气低谷。短周期调峰应对一周中不同日期、一天中不同时段天然气用气量的变化，例如，周末与工作日用气量差别、昼夜用气量差别。当前国内、外天然气长周期调峰主要通过建设地下储气库来解决；短中期调峰则通过液化天然气(LNG)、高压球罐储气、高压输气管网的末端储气等方式解决。同石油储备相比，天然气具有储存难、储存设施基建成本高、运行(储存)成本高的特点。表1列出了各类天然气调峰储气设施造价以及部分类别设施的运行费用。长周期调峰使用的地下储气库一般储气量为亿立方米数量级或更大，基建投资在数亿元至数十亿元，投产后的年度运行费用在千万元至亿元数量级。例如，中国石油规划总院为长江三角洲地区设计的一个地下储气库(盐穴库)，调峰量6.66亿立方米，总投资需要15.76亿元，建成后日常运行成本需0.46元/m3，每年需要储气(调峰)费3.06亿元(参见中国石油规划总院，“浅谈液化天然气调峰”，2015年，百度文库，http://wenku.baidu.com/view/1ce3e458ad51f01dc381f102.html)。表1各类天然气调峰储气设施造价及运营成本[1]徐正康，张宝金，乔珩.2005.城市天然气调峰的探讨.煤气与热力，25(4):44-47[2]洪丽娜，陈保东，韩莉，李庆杰，万书斌.2009.城市燃气储气调峰方式的选择与分析.2009(6):54-57[3]李光.1991.管束储气与高压球罐储气的比较.煤气与热力，1991(2):54-57中国产业升级和环境保护需要相应的能源升级，需要用天然气替代一部分煤炭能源。近年来，中国天然气消费量呈稳定大幅上升趋势，并且预测天然气消费量将继续以更大的幅度增加，见图1(参见佚名，“2014年我国天然气利用行业概况及现状分析”，http://www.chinabgao.com/k/tianranqi/12475.html)(又参见佚名，“2007-2013年世界各国天然气消费量”，http://www.flyhero.com/a/zixun/yejiezixun/2014/0623/14388.html)。按照世界发达国家通行的标准——天然气储气库工作气量应当达到天然气总消费量的20％——计算，2015年我国储气库工作气量应该达到410亿立方米，2030年应该达到818亿立方米。截止到2014年底，我地下储气库20座，设计工作气量总计151亿立方米，调峰缺口259亿立方米。今后十几年，随着用气量增加,所需调峰量，特别是长周期调峰量，也将逐渐增加。鉴于已有调峰储气库工作气量与供气安全要求之间巨大的差距，即便加快天然气储气库建设力度，短期内难以快速大幅增大天然气储备规模，调峰缺口可能越来越大。鉴于长周期调峰储气库建设所需的巨额投资、漫长的建设周期、高昂的日常运作成本，调峰缺口率有可能继续增大越大。因此，有必要发展调峰方法，特别是长周期调峰方法。本专利技术调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，达到不建设或少建设调峰储气库、节省基建成本、减少调峰储气库运行费用、满足供气平衡、保证用气安全之目的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种天然气长周期调峰方法，具体地，本专利技术涉及一种调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，达到不建设或少建设调峰储气库、节省基建成本、减少调峰储气库运行费用、满足供气平衡、保证用气安全之目的。本专利技术是采用以下技术手段实现的：一种天然气长周期调峰方法，其特征在于：调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，包括以下步骤和技术：(a)调峰调度在调峰降产开始日期之前发出停注限注调峰指令，包括如下内容：执行停注限注调峰指令的公司和煤层气区块、调峰降产开始日期、调峰降产结束日期、调峰期间的甲烷和其他烃类气体日产量、累计产量、产量降低幅度；(b)计算停注限注调峰期间煤层气井井区范围内煤层气储层中的氮气向顶板、底板围岩和井区外煤层扩散、生产井排放甲烷和氮气混合气体等因素造成的煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失；(c)估算煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙；(d)根据煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失和煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙，使用实际气体状态方程，预测停注限注调峰期间煤层气储层压力降低幅度P预期压降；(e)估算在保持煤层气储层压力大于煤层静水压力P静水压力条件下，允许的煤层气储层压力降低的幅度P允许压降；(f)如果P预期压降大于P允许压降，采取措施保证停注限注调峰期间煤层气储层压力大于煤层静水压力：(g)根据煤层气区块地质构造、地下水系等，制定注氮井停止注氮的顺序和时间表；；(h)根据煤层气区块地质构造、地下水系、生产井产量和压力历史变化等，制定生产井减产的顺序、减产量、时间表；(i)按照步骤(g)制定的注氮井停止注氮的顺序和时间表和步骤(h)制定的生产井减产的顺序、减产量以及时间表，停止注氮井注氮作业，逐步调减生产井气体产量，在调峰降产开始之日将生产井产量降低到停注限注调峰指令规定的日产量；(j)在停注限注调峰期间，注氮井停止注氮，只有在特别需要时改停止注氮为限制注氮；(k)在停注限注调峰期间，监测生产井井口压力、产气量、甲烷浓度；(l)在停注限注调峰期间，在生产井井口压力下降到接近静水压力时，改停止注氮为限制注氮；(m)自停注限注调峰指令规定的调峰降产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气长周期调峰方法，其特征在于：调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，包括以下步骤和技术：(a)调峰调度在调峰降产开始日期之前发出停注限注调峰指令，包括如下内容：执行停注限注调峰指令的公司和煤层气区块、调峰降产开始日期、调峰降产结束日期、调峰期间的煤层气日产量、累计产量、产量降低幅度；(b)计算停注限注调峰期间煤层气井井区范围内煤层气储层中的氮气向顶板、底板围岩和井区外煤层扩散、生产井排放甲烷和氮气混合气体等因素造成的煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失；(c)估算煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙；(d)根据煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失和煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙，使用实际气体状态方程，预测停注限注调峰期间煤层气储层压力降低幅度P预期压降；(e)估算在保持煤层气储层压力大于煤层静水压力P静水压力条件下，允许的煤层气储层压力降低的幅度P允许压降；(f)如果P预期压降大于P允许压降，采取措施，以保证停注限注调峰期间煤层气储层压力大于煤层静水压力：(g)根据煤层气区块地质构造、地下水系等，制定注氮井停止注氮的顺序和时间表；；(h)根据煤层气区块地质构造、地下水系、生产井产量和压力历史变化等，制定生产井减产的顺序、减产量、时间表；(i)按照步骤(g)制定的注氮井停止注氮的顺序和时间表以及步骤(h)制定的生产井减产的顺序、减产量以及时间表，停止注氮井注氮作业，逐步调减生产井气体产量，在调峰降产开始之日将生产井产量降低到停注限注调峰指令规定的日产量；(j)在停注限注调峰期间，注氮井停止注氮，只有在特别需要时改停止注氮为限制注氮；(k)在停注限注调峰期间，监测生产井井口压力、产气量、甲烷浓度；(l)在停注限注调峰期间，在生产井井口压力下降到接近静水压力时，改停止注氮为限制注氮；(m)自停注限注调峰指令规定的调峰降产结束日期起，按照步骤(g)制定的注氮井停止注氮的顺序和时间表，按相反是顺序和时间恢复注氮；(n)自停注限注调峰指令规定的调峰降产结束日期起，按照步骤(h)制定的生产井减产顺序、减产量以及时间表，按相反的顺序、产量、时间，调增生产井产量。...

【技术特征摘要】
1.一种天然气长周期调峰方法，其特征在于：调整向煤层气储层注入氮气的时间、注氮压力、注氮速率，从而调整煤层气井产量，使煤层气井在用气高峰期间高产，满足用气需要，在用气低谷期间低产，减小对调峰储气库工作气量的需求，包括以下步骤和技术：(a)调峰调度在调峰降产开始日期之前发出停注限注调峰指令，包括如下内容：执行停注限注调峰指令的公司和煤层气区块、调峰降产开始日期、调峰降产结束日期、调峰期间的煤层气日产量、累计产量、产量降低幅度；(b)计算停注限注调峰期间煤层气井井区范围内煤层气储层中的氮气向顶板、底板围岩和井区外煤层扩散、生产井排放甲烷和氮气混合气体等因素造成的煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失；(c)估算煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙；(d)根据煤层气储层损失的氮气数量V氮气损失和煤层中赋存自由态氮气的空间的体积V煤孔隙，使用实际气体状态方程，预测停注限注调峰期间煤层气储层压力降低幅度P预期压降；(e)估算在保持煤层气储层压力大于煤层静水压力P静水压力条件下，允许的煤层气储层压力降低的幅度P允许压降；(f)如果P预期压降大于P允许压降，采取措施，以保证停注限注调峰期间煤层气储层压力大于煤层静水压力：(g)根据煤层气区块地质构造、地下水系等，制定注氮井停止注氮的顺序和时间表；；(h)根据煤层气区块地质构造、地下水系、生产井产量和压力历史变化等，制定生产井减产的顺序、减产量、时间表；(i)按照步骤(g)制定的注氮井停止注氮的顺序和时间表以及步骤(h)制定的生产井减产的顺序、减产量以及时间表，停止注氮井注氮作业，逐步调减生产井气体产量，在调峰降产开始之日将生产井产量降低到停注限注调峰指令规定的日产量；(j)在停注限注调峰期间，注氮井停止注氮，只有在特别需要时改停止注氮为限制注氮；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈信平，
申请(专利权)人：陈信平，黄秀英，陈再迁，张睿祺，
类型：发明
国别省市：北京;11