CN107066796B - 地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法 - Google Patents

地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，包括以下步骤：1)获取待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息；2)根据待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息计算存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)；3)根据步骤2)得到的存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)计算存储介质的泄露速率q(t)及泄露体积V(t)，该方法能够实现存储介质远离井筒的径向迁移半径及存储介质的泄露体积。

Description

地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法
技术领域
本发明属于地下空间技术领域，涉及一种泄露半径及体积预测方法，具体涉及一种地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法。
背景技术
地下储气库作为主要的天然气储存方式和手段，在天然气的应急调峰和战略储备中能起到关键作用。然而，地下储气库运行过程中可能受腐蚀、设备失效、冲蚀、水合物生成、机械损伤、自然灾害、误操作、盐岩蠕变等危害因素的不良影响，造成储气库稳定性和安全可靠性降低，甚至引发灾难性的事故，如气体泄漏、溶腔失效和库区地表沉陷等。如果地下储气库一旦发生泄漏，可能造成火灾或爆炸等事故，对储气库周边人员生命安全和财产将造成严重威胁。
储气库泄漏主要包括注采井井口气体泄漏或地下迁移泄漏两大类。注采井井口气体泄漏是指天然气从井口泄漏到大气的情况，而地下迁移泄漏是指因套管气密封失效或盖层密封失效引起的天然气沿可渗透性的岩层向远离井筒方向迁移泄漏的情况。2001年1月17日，美国Hutchinson盐穴储气库S-1号注采井在注气过程中，压力监测发现压力异常下降，随后在距该井11km处发生气流喷涌并引发爆炸，殃及周边地区，次日紧接着又在另一处居民去发生爆炸，导致2人死亡和1人受伤，并导致当地居民疏散直至3月份险情解除后采返回住处。事故调查表明该起事故由于注采井套管失效所致，天然气从破损处泄漏并沿可渗透岩层向远离井筒方向迁移，遇卤水井上升至地表，最终发生爆炸。由此可见，储气库地下迁移泄漏是储气库的主要风险之一。如何评估储气库地下迁移泄漏风险已成为储气库运行管理者关注的重点问题。
风险是事故失效可能性与失效后果的综合度量，储气库地下迁移泄漏后果是测定储气库地下迁移泄漏风险的关键点之一，而存储介质远离井筒的径向迁移半径及泄露体积的确定又是储气库地下迁移泄漏后果的关键所在。目前国内外均无相关方法解决该问题。因此，需要构建一种地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积测算方法，这对于开展储气库地下迁移泄漏风险评估、及时采取有效措施预防事故和降低事故后果、保障储气库安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，该方法能够实现存储介质远离井筒的径向迁移半径及存储介质的泄露体积。
为达到上述目的，本发明所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法包括以下步骤：
1)获取待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息；
2)根据待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息计算存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)；
3)根据步骤2)得到的存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)计算存储介质的泄露速率q(t)及泄露体积V(t)。
步骤2)中存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001290358610000031
其中，k为地层的水平渗透率，t为泄漏持续时间，μ为正常情况下储气库内气体的粘度，Sw为岩层中残余水饱和度，φ为岩土孔隙率，rw为井筒半径，pw为井筒压力，pe为气水界面的压力，r(t)为储存介质远离井筒的径向迁移半径。
步骤3)中存储介质的泄露速率q(t)的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001290358610000032
步骤3)中存储介质的泄露体积V(t)的表达式为：
V(t)＝πr2(t)h(1-Sw)φ (3)
其中，h为渗透性底层的高度。
储气库的地层数据信息包括储气库的纵横剖面图、地层分布、岩层的水平渗透性、岩层的孔隙率及孔隙水饱和度。
存储介质的数据信息包括正常情况下的气体粘度。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法在具体操作时，利用待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息来计算存储介质远离井筒的径向迁移半径及存储介质的泄露体积，在实际操作中，通过该存储介质远离井筒的径向迁移半径为储气库运行管理者确定库区各类井封堵及监控范围、应急救援及疏散范围、地下迁移泄漏事故远离分析提供有效的技术支撑，保障储气库的安全、稳定运行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法包括以下步骤：
1)获取待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息；
2)根据待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息计算存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)；
3)根据步骤2)得到的存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)计算存储介质的泄露速率q(t)及泄露体积V(t)。
步骤2)中存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001290358610000041
其中，k为地层的水平渗透率，t为泄漏持续时间，μ为正常情况下储气库内气体的粘度，Sw为岩层中残余水饱和度，φ为岩土孔隙率，rw为井筒半径，pw为井筒压力，pe为气水界面的压力，r(t)为储存介质远离井筒的径向迁移半径。
步骤3)中存储介质的泄露速率q(t)的表达式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001290358610000042
步骤3)中存储介质的泄露体积V(t)的表达式为：
V(t)＝πr2(t)h(1-Sw)φ (3)
其中，h为渗透性底层的高度。
储气库的地层数据信息包括储气库的纵横剖面图、地层分布、岩层的水平渗透性、岩层的孔隙率及孔隙水饱和度；存储介质的数据信息包括正常情况下的气体粘度。
需要说明的是，本发明计算存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)的条件为：套管破裂不能阻止气体从井筒泄漏到地层的情况；储存介质可从套管破裂处快速的泄漏到一个顶部和底部均非渗透性地层(页岩层)的可渗透性地层(砂岩层)中；井筒和地层之间的压力差不变；气体前缘以井筒为中心，呈辐射状。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息；
2)根据待预测储气库的地层数据信息及存储介质的数据信息计算存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)；
3)根据步骤2)得到的存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)计算存储介质的泄露速率q(t)及泄露体积V(t)；
步骤2)中存储介质远离井筒的径向迁移半径r(t)的表达式为：
Figure FDA0002228453960000011
其中，k为地层的水平渗透率，t为泄漏持续时间，μ为正常情况下储气库内气体的粘度，Sw为岩层中残余水饱和度，φ为岩土孔隙率，rw为井筒半径，pw为井筒压力，pe为气水界面的压力，r(t)为储存介质远离井筒的径向迁移半径。
2.根据权利要求1所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，其特征在于，步骤3)中存储介质的泄露速率q(t)的表达式为：
Figure FDA0002228453960000012
其中，h为渗透性底层的高度。
3.根据权利要求1所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，其特征在于，步骤3)中存储介质的泄露体积V(t)的表达式为：
V(t)＝πr2(t)h(1-Sw)φ (3)
其中，h为渗透性底层的高度。
4.根据权利要求1所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，其特征在于，储气库的地层数据信息包括储气库的纵横剖面图、地层分布、岩层的水平渗透性、岩层的孔隙率及孔隙水饱和度。
5.根据权利要求1所述的地下储气库储存介质沿地层迁移泄漏半径及体积预测方法，其特征在于，存储介质的数据信息包括正常情况下的气体粘度。
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