CN117722132A - 一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法及产品，该方法包括以下步骤：选井；钻扩张孔；压裂；储能；补充发电。该方法通过钻取扩张孔的方式能有效提升基础井的扩张深度，在扩张孔的基础上配合压裂能有效增大扩张范围，使基础井的可利用储能空间大大增加，相比于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张范围和深度，且由于不使用强酸，能有效减小对地下水的污染；由于选取的是枯竭气藏的废弃井作为基础井，能有效防止气体在压力作用下向地层扩散，提升保压能力；解决现有储能系统容易污染地下水且扩张储能空间小的问题。
Description
技术领域
本发明属于地下储能技术领域，具体涉及一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法及产品。
背景技术
区别于火力发电，风能和太阳能发电有受季节、天气的影响发电量不稳定的特点。在天气晴朗没有云层遮挡的时候太阳能发电量大，在云层遮挡或阴雨天气时太阳能发电量小；在风力强劲的时候风力发电的发电量大，在风力减弱的时候风力发电的发电量相应减弱。由于风能和太阳能发电的不稳定性，风能和太阳能发电并网(发电的电能并入电网中)时，容易对电网造成冲击，进而容易造成设备损坏。
现有技术公开了一种废弃地下空间压缩空气储能系统及方法，其系统：酸化管柱插装于井筒中，并与酸化设备连接；风力发电设备、光伏发电设备均与空气压缩系统连接；空气压缩系统通过高压供气管路与井筒连通；压缩空气储能电站内部设置有透平发电机，透平发电机的进气口通过高压排气管路与井筒连通，透平发电机电性输出端与地面电网连接。方法：选择废弃油气井；注酸酸化作业；重复酸化作业；压缩空气储能作业；释放空气发电作业；进行压缩空气和释放空气的循环充放作业，使储能和发电过程灵活交替进行；该系统及方法有利于实现废弃油气井的二次利用，能便于将富余电能转化为压缩空气的形式储存于废弃油气井中，并可在需要时释放出压缩空气进行发电作业。
上述储能系统通过废弃的油气井作为储能空间在风能和太阳能发电量大时将空气压缩进入地下，将多余的电能转化为地下储能空间中空气的压力势能；在发电量小时，通过对地下储能空间中空气的压力势能释放发电，对风能和太阳能发电量进行补充，从而稳定风能和太阳能的发电量，能有效减小对电网的冲击。
但上述储能系统是通过酸化扩张岩石间的孔隙率，达到增大储能空间的目的。酸化时存在以下缺陷：1、酸化是使用盐酸或氢氟酸等强酸注入地底进行腐蚀，大量的强酸注入后，容易对地下水造成污染。2、受限于渗透率，酸化时径向深度(以废弃井中心轴线为中心)有限，导致其扩张的空间较小，即原有空间的基础上扩张的储能空间较小。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法及产品，用于目前存在的技术问题。
一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，所述方法包括：
S1.选取枯竭气藏的废弃井作为基础井；
S2.在选取的基础井的井筒上钻取若干扩张孔，对基础井进行扩张；
S3.向井筒中注入压裂液对所有的扩张孔进行压裂，对基础井进一步扩张；
S4.在发电量大时，采用多余的电能将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能；
S5.发电量小时，将S4中储存的空气释放，从而驱动发电机进行发电。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述发电机为太阳能发电机或风力发电机。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述扩张孔在所述井筒上呈对称布置或错位布置。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述扩张孔与所述井筒中心轴线的呈一定角度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述扩张孔以所述井筒中心轴线的轴向间隔一定距离设置。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一定角度为30-60度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一定角度为30度、45度或60度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一定距离为0.5-10m。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一定距离为5m。
本发明还提供了一种压缩空气储气库，采用本发明的方法得到。
本发明的有益效果
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
本发明的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，通过钻取扩张孔的方式有效提升了基础井的扩张深度，在扩张孔的基础上配合压裂能有效增大扩张范围，使基础井的可利用储能空间大大增加，相比于通过酸化的方式进行扩张，大大增加了扩张范围和深度，且由于不使用强酸，能有效减小对地下水的污染；由于选取的是枯竭气藏的废弃井作为基础井，能有效防止气体在压力作用下向地层扩散，提升保压能力；解决现有储能系统容易污染地下水且扩张储能空间小的问题。
附图说明
图1是本发明的改造示意图；
图2是本发明扩张孔对称设置、夹角为30度的分布示意图；
图3是本发明扩张孔对称设置、夹角为45度的分布示意图；
图4是本发明扩张孔对称设置、夹角为60度的分布示意图；
图5是本发明扩张孔错位设置、夹角为30度的分布示意图；
图6是本发明扩张孔错位设置、夹角为45度的分布示意图；
图7是本发明扩张孔错位设置、夹角为60度的分布示意图；
图8是本发明扩张孔对称设置、夹角为30度的影响范围示意图；
图9是本发明扩张孔对称设置、夹角为45度的影响范围示意图；
图10是本发明扩张孔对称设置、夹角为60度的影响范围示意图；
图11是本发明扩张孔错位设置、夹角为30度的影响范围示意图；
图12是本发明扩张孔错位设置、夹角为45度的影响范围示意图；
图13是本发明扩张孔错位设置、夹角为60度的影响范围示意图；
图14是本发明的改造方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
应当明确，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
如图14所示，本发明的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，所述方法包括：
S1.选取枯竭气藏的废弃井作为基础井；
S2.在选取的基础井的井筒(即沿筒壁钻孔)上钻取若干扩张孔，对基础井进行扩张；
S3.向井筒中注入压裂液对所有的扩张孔进行压裂，对基础井进一步扩张，即将水压加注到一定压力，压裂程度不做控制，通过高压将钻孔压裂，其中压力根据井下岩层决定，井下岩层在初始钻采天然气过程中已探明的压力数据；
S4.在发电量大时，采用多余的电能将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，发电量以电厂一段时间(如一年)的平均发电量为标准，高于平均发电量时，判定为发电量大；
S5.发电量小时，即低于平均发电量时，将S4中储存的空气释放，从而驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。其中的扩张孔均匀分布，所钻取的数量根据井筒长度确定，在井筒越深时，扩张孔数量越多，扩张空间越大。
作为优选的实施例，本发明所述发电机为太阳能发电机或风力发电机。
作为优选的实施例，本发明的扩张孔3在所述井筒上呈对称布置或错位布置。
作为优选的实施例，本发明的所述扩张孔与所述井筒中心轴线呈一定角度，该角度决定压裂时的裂缝的扩张状况，不同角度压裂后，通过压裂扩大的空间不同。
作为优选的实施例，本发明的所述扩张孔以所述井筒中心轴线的轴向间隔一定距离设置。作为优选的实施例，本发明的所述一定角度为30-60度，具体为30度、45度或60度。
作为优选的实施例，本发明的扩张孔之间的所述一定距离为0.5-10m，优选为5m，即中心轴线同侧扩张孔之间的间隔距离，在距离越小时，裂缝交叉重复越多，不利于空间扩大；距离越大时，裂缝之间的地层不能被压裂，同样不利于空间扩大，因此，本发明设置有上述距离范围，有利于空间扩大。
作为优选的实施例，本发明的S3中采用的压裂液为水。
作为公开的实施例，本发明还提供了一种采用本方法的方法得到的压缩空气储气库。
图2，图3和图4分别为扩张孔对称设置、夹角为30度、45度和60度的情况；图5，图6和图7分别为扩张孔错位设置、夹角为30度、45度和60度的情况。
如图1所示，枯竭气藏的废弃井周围为地层1，以废弃井作为基础井2，在其井筒上设置有呈对称或错位分布的若干扩张孔3，且对扩张孔3进行压裂操作后其周围分布有压裂4导致的裂缝。
实施例1
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气，如图8所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
实施例2
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气，如图9所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
实施例3
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气，如图10所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
实施例4
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气，如图11所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
实施例5
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气如图12所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
实施例6
该改造枯竭气藏为压缩空气储气库或储能系统的方法，包括以下步骤：
选取枯竭气藏的废弃井作为基础井，由于以枯竭气藏的废弃井原有储藏是天然气，天然气在使用过程中未向地层中扩散，由此在压缩空气进入基础井的过程中压缩空气也不易向地层中扩散，从而有利于保持井下储藏压缩空气的压力，使压缩空气的压力势能不易损失。
在选取的基础井的井筒中按照下表的方式钻取扩张孔，通过扩张孔对基础井进行扩张。
通过扩张孔对基础井进行扩张，从而有效增加基础井的储能体积，由此有效提高压缩空气的储藏量。由于扩张孔的钻探长度不受限制，对基础井的扩张仅受地质结构稳定性的影响，使得通过扩张孔对基础井的扩张，相对于通过酸化的方式进行扩张，能大大增加扩张的空间。
向井筒中注入水，以水作为压裂液对扩张孔进行压裂，使扩张孔上形成裂缝，进而通过裂缝对扩张孔向外扩充储能空间，由此对基础井进一步扩张，使地下储能空间进一步扩大，能储存更多的压缩空气如图13所示。
地下储能空间扩充完成后，利用太阳能、风能发电量大时多余的电能以及电网中的电能通过压缩机将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能，将地下储能空间中压缩空气的压力提升至11-23Mpa。
发电量小时，通过基础井中储存的高压空气驱动发电机进行发电，对电能进行补充，提高发电量的稳定性。通过压缩空气驱动发电机发电时，一方面通过压缩空气的压力势能转换为动能通过叶轮推动发电机旋转，进而带动发电机发电；另一方面通过压缩空气燃烧(助燃)，以火力发电的形式进行发电。发电量根据太阳能发电量或风力发电量的减少量进行控制，太阳能发电量或风力发电量的减少量越多，释放地下储能空间的压缩空气发电的发电量越多，将并入电网的电能(压缩空气发电的发电量与太阳能发电量或风力发电量之和)维持在稳定的范围内波动，使电能在该范围内波动时，不易损坏电网中的电力设施。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.选取枯竭气藏的废弃井作为基础井；
S2.在选取的基础井的井筒上钻取若干扩张孔，对基础井进行扩张；
S3.向井筒中注入压裂液对所有的扩张孔进行压裂，对基础井进一步扩张；
S4.在发电量大时，采用多余的电能将空气压缩进扩张后的基础井中进行储能；
S5.发电量小时，将S4中储存的空气释放，从而驱动发电机进行发电。
2.根据权利要求1所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述发电机为太阳能发电机或风力发电机。
3.根据权利要求2所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述扩张孔在所述井筒上呈对称布置或错位布置。
4.根据权利要求2或3所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述扩张孔与所述井筒中心轴线呈一定角度。
5.根据权利要求4所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述扩张孔以所述井筒中心轴线的轴向间隔一定距离设置。
6.根据权利要求4所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述一定角度为30-60度。
7.根据权利要求6所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述一定角度为30度、45度或60度。
8.根据权利要求6所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述一定距离为0.5-10m。
9.根据权利要求8所述的改造枯竭气藏为压缩空气储气库的方法，其特征在于，所述一定距离为5m。
10.一种压缩空气储气库，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法得到。
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