CN117722262B - 一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田开发领域,特别涉及一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法;本发明选取废弃储层作为气体循环储能库系统中的高压腔体与低压腔体,以N2或者CO2气体作为储能介质,气体从高压腔体向低压腔体流动通过膨胀发电装置做功发电实现释能;气体从低压腔体通过压缩注气装置压缩注回高压腔体实现储能,实现了能量的存储与转化,同时完成了气体在高压腔体与低压腔体之间的循环。本发明的新方法能够有效地利用当地的“间歇性”可再生类能源与油气田废弃的资源并且所用气体一次注入即可循环使用,极大地降低了气体循环储能库系统的建设成本与运行成本,为提高油气田的经济效益和发展清洁能源提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域,特别涉及一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法。
背景技术
在国内外大型传统油气公司向清洁综合能源公司转型的大潮中,保持油气业务服务核心竞争力的同时积极探索与油气田相适应的储能发电技术,以实现“新能源+”模式的新突破完成向综合能源公司的转型发展。目前,压缩气体储能发电技术是一种可形成工业规模的储能技术,被认为是最有前途的大规模能量存储技术之一,能量转化效率可达到70%—80%,在电力的生产、运输和消费领域具有广泛的应用价值。同时油气田开采过程中产生的废弃气藏储层是天然的“储气罐”,为压缩气体储能发电技术提供了现成可用的地下腔体,合理地运用好这些天然的“储气罐”可以极大地降低压缩气体储能发电技术的成本。但传统的压缩气体储能发电技术中使用空气作为储能介质,将空气直接注入油气储层中存在巨大的安全隐患,若使用N2或者CO2气体虽然消除了安全隐患,但会导致压缩气体储能发电技术的运行成本大幅上升。在本发明中,将废弃的气藏储层作为压缩气体储能发电技术的目标腔体,N2或者CO2对于注入油气储层安全的气体作为储能介质,我们提出了一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,该方法在降低压缩气体储能发电技术成本、提高油气田经济效益、发展清洁能源、实现削峰填谷、平衡电力负荷以及储存可再生类能源这些功能中具有理论上的合理性和实际生产应用价值。
发明内容
本发明目的是:将气藏开采后废弃的储层作为气体循环储能库系统的目标腔体,并选取N2或者CO2气体注入气体作为储能介质,同时保障气体循环储能库系统安全稳定地运行。在气体循环储能库系统运行时,释能阶段高压腔体中释放的高压气体通入膨胀机中做功发电,实现释能;储能阶段结合太阳能、风能以及当地在用电低谷期过剩的电能,将低压腔体中的气体压缩并注回高压腔体中,实现储能,从而实现能量的存储与转化,同时完成气体在高压腔体与低压腔体之间的循环。本发明中的新方法能够安全有效地利用油气田开采后废弃的储层、地面设施以及当地的“间歇性”可再生类能源,有利于降低气体循环储能库系统的建设成本与为维持气体循环储能库系统安全稳定运行的气体制取成本,提高油气田经济效益,同时发展清洁能源,实现削峰填谷、平衡电力负荷以及储存可再生类能源,为打造现代油气田“新能源+”模式提供技术支持。
为实现上述目的,本发明提供了一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,该方法包括下列步骤:
第一步,选取地层中的圈闭结构保持完整的废弃储层作为目标腔体,一个气体循环储能库系统由两个目标腔体组成;
第二步,确定每个所述目标腔体的容积;
第三步,确定每个所述目标腔体的上限压力和下限压力;
第四步,选出相应的目标腔体作为气体循环储能库系统中的高压腔体与低压腔体;
第五步,按照目标腔体的上限压力和下限压力设计出气体循环储能库系统运行时的最大运行压力与最小运行压力;
第六步,在地面布设膨胀发电装置、压缩注气装置、风能与太阳能发电装置、新能源电力变压装置、电力变压装置以及电力控制装置,并接入目标腔体的地面管线;
第七步,根据油气田现场的情况选取合适的气体作为注入气体,并将气体注入高压腔体内,直至高压腔体内的压力达到气体循环储能库系统运行时的最大运行压力;
第八步,释能阶段,当高压腔体中释放的高压气体通入膨胀装置后,通过膨胀机做功发电,完成气体压缩能到电能的转换,实现释能;
第九步,储能阶段,运用风能与太阳能产生的电能以及当地电网中在用电低谷期过剩的电能驱动压缩注气装置,将低压腔体内的气体压缩注回高压腔体内,完成低谷期电能、风能与太阳能到气体压缩能的转换,实现储能。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:(1)气体循环储能库系统运行时气体始终在高压腔体与低压腔体之间循环,只需要一次注气即可循环使用,有效降低了维持气体循环储能库系统运行的气体制取成本;(2)有效地整合利用了井场现有的井口设施、地面设施以及天然气开采后的废弃储层资源,极大地降低气体循环储能库系统的建设成本;(3)产生的电能可以有效地提高油气田的经济效益;(4)有利于发展清洁能源,实现电能的大规模清洁储能,改善发电、用电的时空结构,实现电力供需的“削峰填谷”。
附图说明
在附图中:
图1是一种天然气废弃储层作气体循环储能库系统整体装置示意图;
图2是一种天然气废弃储层作气体循环储能库系统释能过程示意图;
图3是一种天然气废弃储层作气体循环储能库系统储能过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施方式和附图对本发明做进一步说明;
第一,对每个所述目标腔体对应的地层进行三维地震检测,确定对应地层圈闭的结构完整性,从而选取圈闭结构保持完整的废弃储层作为目标腔体,一个气体循环储能库系统由两个目标腔体组成;
第二,通过气藏废弃前已有的勘探资料、开发资料得到目标腔体的容积,确定每个所述目标腔体的容积;
第三,确定每个所述目标腔体的上限压力和下限压力,其中所述目标腔体的上限压力为所述目标腔体保持完整的最大承压,所述目标腔体的下限压力为所述目标腔体保持完整的最小承压;上限压力的确定,上限压力需小于盖层的突破压力,通过储层岩石的UCS(单轴抗压强度)从而预测其的突破压力,当加载的压力为UCS(单轴抗压强度)的65%时,岩石内部开始产生微裂缝,可认为此时对应的应力为岩石的突破压力,另外,一般也可选用该气藏的原始地层压力作为上限压力;下限压力的确定,需达到保持目标腔体完整、处理及外输压力、避免边水影响、减少垫气量的要求,一般可通过气藏工程法或数值模拟法结合经济分析得到下限压力;
第四,选出相应的目标腔体作为气体循环储能库系统中的高压腔体与低压腔体,将两目标腔体中上限压力大的腔体选为高压腔体,其上限压力记作,下限压力记作,容积记作/>;上限压力小的腔体选为低压腔体,其上限压力记作/>,下限压力记作/>,容积记作/>;为保证气体循环储能库系统能正常地运转并且能够实现储能发电的功能,则在选取相应的腔体作为高压腔体与低压腔体时,应遵循如下原则:;/>;/>;且当与/>两者接近/>时能最大化地利用储层资源;
第五,按照目标腔体的上限压力和下限压力设计出气体循环储能库系统运行时的最大运行压力与最小运行压力/>;气体循环储能库系统运行时的最大运行压力满足/>,气体循环储能库系统运行时的最小运行压力/>满足/>;
第六,在地面布设膨胀发电装置、压缩注气装置、风能与太阳能发电装置、新能源电力变压装置、电力变压装置以及电力控制装置,并接入目标腔体的地面管线,整体装置结构示意如图1所示:膨胀发电装置、当地电网以及电力变压装置通过地面管线相连形成释能通路;压缩注气装置、风能与太阳能发电装置、新能源电力变压装置、当地电网以及电力控制装置通过地面管线相连形成储能通路;将储能通路与释能通路首尾相连,并在两个连接点分别设置一个阀门,然后将这两个连接点分别连接到高压腔体和低压腔体的地面管线,从而构成一个气体循环储能库系统;
第七,根据油气田现场实际情况,依照安全性、技术性与经济性原则选取N2或者CO2气体作为注入气体,并将气体注入高压腔体,直至高压腔体内的压力达到气体循环储能库系统运行时的最大运行压力;
第八,释能阶段,当高压腔体中释放的高压气体通入膨胀发电装置后,通过膨胀机做功发电,完成气体压缩能到电能的转换,实现释能,释能过程如图2所示:管线中的两个阀门转动封闭储能通路并连通释能通路,使从高压腔体中释放的气体流向膨胀发电装置,使得膨胀机做功发电,并将产生的电能经电力变压装置变压后输至当地电网,同时气体继续流动至低压腔体内;
第九,储能阶段,当光源充足或风能充足时利用太阳能、风能产生电能驱动压缩注气装置将低压腔体内的气体压缩注回高压腔体;处于当地用电低谷期时用利用当地过剩的电能驱动压缩注气装置将低压腔体内的气体压缩注回高压腔体;低谷期电能、风能与太阳能到气体压缩能的转换,实现储能,储能过程如图3所示:管线中的两个阀门转动封闭释能通路并连通储能通路,使低压腔体中的气体经由压缩注气装置压缩注回高压腔体,此处驱动压缩注气装置的电能来自风能、太阳能发电装置产生的电能以及当地电网在低谷期过剩的电能。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:(1)气体循环储能库系统运行时气体始终在高压腔体与低压腔体之间循环,只需要一次注气即可循环使用,有效降低了维持气体循环储能库系统运行的气体制取成本;(2)有效地整合利用了井场现有的井口设施、地面设施以及天然气开采后的废弃储层,极大地降低气体循环储能库系统的建设成本;(3)气体循环储能库系统在运行过程中产生的电能有效地提高了油气田的经济效益;(4)有利于发展清洁能源,实现电能的大规模清洁储能,改善发电、用电的时空结构,实现电力供需的“削峰填谷”。
最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应该理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
第一步,选取地层中的圈闭结构保持完整的废弃储层作为目标腔体,一个气体循环储能库系统由两个目标腔体组成;
第二步,确定每个所述目标腔体的容积;
第三步,确定每个所述目标腔体的上限压力和下限压力;
第四步,选出相应的目标腔体作为气体循环储能库系统中的高压腔体与低压腔体;
第五步,按照目标腔体的上限压力和下限压力设计出气体循环储能库系统运行时的最大运行压力与最小运行压力;
第六步,在地面布设膨胀发电装置、压缩注气装置、风能与太阳能发电装置、新能源电力变压装置、电力变压装置以及电力控制装置,并接入目标腔体的地面管线;
第七步,根据油气田现场的情况选取合适的气体作为注入气体,并将气体注入高压腔体内,直至高压腔体内的压力达到气体循环储能库系统运行时的最大运行压力;
第八步,释能阶段,当高压腔体中释放的高压气体通入膨胀装置后,通过膨胀机做功发电,完成气体压缩能到电能的转换,实现释能;
第九步,储能阶段,运用风能与太阳能产生的电能以及当地电网中在用电低谷期过剩的电能驱动压缩注气装置,将低压腔体内的气体压缩注回高压腔体内,完成低谷期电能、风能与太阳能到气体压缩能的转换,实现储能。
2.根据权利要求1所述的一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,其特征在于:气体循环储能库系统运行时气体始终在高压腔体与低压腔体之间循环。
3.根据权利要求1所述的一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,其特征在于:选取相应的腔体作为高压腔体与低压腔体时,应遵循如下原则:
;
;
;
其中,为高压腔体的上限压力,/>为低压腔体的上限压力,/>为高压腔体的容积,/>为低压腔体的容积,/>为高压腔体的下限压力,/>为低压腔体的下限压力。
4.根据权利要求1所述的一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法,其特征在于:按照目标腔体的上限压力和下限压力设计出气体循环储能库系统运行时的最大运行压力与最小运行压力,计算公式如下:
;
;
其中,表示气体循环储能库系统运行时的最大运行压力,其中,/>为高压腔体的上限压力,/>为低压腔体的上限压力,/>为高压腔体的容积,/>为低压腔体的容积,表示气体循环储能库系统运行时的最小运行压力,/>为高压腔体的下限压力,为低压腔体的下限压力。
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CN117722262A (zh) | 2024-03-19 |
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