專利名稱：用CO₂作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天然氣的儲存方法。
背景技術：
鹽穴儲氣庫一般是利用廢棄的采鹽鹽穴，即以水溶解鹽巖，待水中含鹽飽 和后，用從管中采出鹽水制鹽，再注入淡水采鹽，若干次循環(huán)后，地下鹽體被 溶蝕成大洞穴，當被廢棄停止采鹽時，改為地下儲氣庫，在天然氣用氣低谷時， 將其存入儲氣庫內(nèi)，在用氣高峰時采出，以調(diào)節(jié)城市用天然氣用氣不均衡的問 題。對于找不到枯竭油氣田或合適的地下含水層的國家和地區(qū)，采用鹽穴作為 天然氣地下儲氣庫是十分合適的。
利用地下鹽穴儲存天然氣來解決城市用天然氣的晝夜調(diào)峰問題，具有費用
低，對環(huán)境影響小，采收率高等特點。第一個被用于儲氣的鹽穴是I960年在 美國開始運行的。目前在美國、加拿大、歐洲已相繼建立許多鹽穴地下儲氣庫， 成為天然氣集輸系統(tǒng)的重要組成部分，我國目前正在江蘇金壇建造第一個鹽穴 儲氣庫群。
鹽穴儲氣庫在實際運行過程中，通常最大采出量只占鹽穴內(nèi)天然氣總儲 存量的50% 60%，鹽穴內(nèi)必須留有40% 50%的天然氣儲量，以維持天然 氣采出時溶腔所需壓力和保持溶腔形態(tài)穩(wěn)定，避免天然氣與溶腔殘留鹽水的混 合，這部分保留在鹽穴內(nèi)的天然氣被稱作墊層氣。由于儲氣庫在運行過程中墊 層氣始終不被采出，因此也稱儲氣庫墊層氣為"死氣"，它是儲氣庫建設最大的 一筆投資，達總投資的1/3 2/3。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一方面是為了解決現(xiàn)有鹽穴儲氣庫采用大量天然氣作墊層 氣，導致投資運行費用高的問題，另一方面是為了避免注采天然氣與墊層氣或 溶腔殘留鹽水混合，導致采出天然氣雜質(zhì)增多及熱值降低的問題；而提供了一 種用co2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣，儲存天然氣的方法，本發(fā)明方法既節(jié)省 用天然氣作墊層氣所導致的沉積資金，又可減少溫室效應。本發(fā)明中用co2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法是按下述步 驟完成的:a、采用聲納掃描儀探測鹽穴地下儲氣庫的溶腔形態(tài)；b、向溶腔內(nèi) 注入C02至溶腔內(nèi)的溫度為31.5。C，壓力5MPa為止；c、制造一個與經(jīng)步驟 a探測溶腔形態(tài)相匹配的氣囊，然后將氣囊固定在耦合器上，再在耦合器上固 定纜繩，通過注采管將氣囊下入溶腔內(nèi)，然后將耦合器固定在封隔器之上；d、 向氣囊中注入城市調(diào)峰用天然氣，即完成用co2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲 存天然氣；其中步驟d中天然氣最大注入量的判斷標準是氣囊內(nèi)溫度不超過 51.5°C、壓力不超過13MPa，天然氣最大采出量的判斷標準是氣囊內(nèi)溫度不能 低于31.5"C，壓力不能低于5MPa。
本發(fā)明采用co2替代天然氣作鹽穴儲氣庫的墊層氣儲存天然氣的主要優(yōu) 點，一是將原用作墊層氣的天然氣置換出來，提高了天然氣的利用率，從而降 低了運行成本，節(jié)省費用約占鹽穴儲氣庫總投資成本的1/3~1/4。 二是與天然
氣、煙道氣或氮氣相比，C02作墊層氣成本較低且具有良好的熱物理性質(zhì)，在
溫度31.5。C增加到51.5°C、壓力從5MPa增加到13MPa區(qū)間內(nèi)，(302密度增 加5 8倍，而天然氣密度僅增加2 3倍，因此與采用天然氣作墊層氣相比，采
用C02作墊層氣，注氣時C02極高的可壓縮性，能使鹽穴地下儲氣庫內(nèi)注入
更多的天然氣；反之采出時C02密度的劇烈下降，能給采出的天然氣帶來更 大氣驅(qū)作用。三是以co2作鹽穴儲氣庫的墊層氣，將引起溫室效應的主要氣 體C02，注入地下永久封存，這可以解決我國火力發(fā)電形成的環(huán)保問題。四是 鹽穴儲氣庫內(nèi)天然氣的注采是在氣囊內(nèi)進行，注采天然氣不能和溶腔殘留鹽水 接觸，從而避免了天然氣雜質(zhì)增多，熱值降低。本發(fā)明還具有工藝簡單、可操 作性強的優(yōu)點。


圖1是鹽穴地下儲氣庫中氣囊在最大儲氣量時的狀況截面圖，圖1中1 表示注采管，2表示密封圈，3表示天然氣，4表示鹽穴地下儲氣庫溶腔壁，5 表示C02， 6表示氣囊，7表示封隔器，8表示耦合器。
具體實施例方式
本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天 然氣的方法是按下述步驟完成的a、采用聲納掃描儀探測鹽穴地下儲氣庫的
溶腔形態(tài)；b、向溶腔內(nèi)注入C02至溶腔內(nèi)的溫度為31.5。C，壓力5MPa為止； c、制造一個與經(jīng)步驟a探測溶腔形態(tài)相匹配的氣囊，然后將氣囊固定在耦合 器上，再在耦合器上固定纜繩，通過注采管將氣囊下入溶腔內(nèi)，然后將耦合器 固定在封隔器之上；d、向氣囊中注入城市調(diào)峰用天然氣，即完成用C02作鹽 穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣；其中步驟d中天然氣最大注入量的判斷標準 是氣囊內(nèi)溫度不超過51.5°C、壓力不超過13MPa，天然氣最大采出量的判斷 標準是氣囊內(nèi)溫度不能低于31.5"C，壓力不能低于5MPa。
本實施方式中天然氣的注采在氣囊內(nèi)進行。鹽穴地下儲氣庫中氣囊在最大 儲氣量時的狀況如圖1所示。本實施方式中采用co2替代天然氣作鹽穴儲氣 庫的墊層氣儲存天然氣，將原用作墊層氣的天然氣置換出來，提高了天然氣的 利用率，從而降低了運行成本，節(jié)省費用約占鹽穴儲氣庫總投資成本的1/3 1/4; 與天然氣、煙道氣或氮氣相比，C02作墊層氣成本較低且在溫度31.5'C至 51.5°C、壓力5MPa至13MPa區(qū)間內(nèi)，(302密度能增加5~8倍，而天然氣密度 僅增加2~3倍，因此注氣時C02極高的可壓縮性，能使鹽穴地下儲氣庫內(nèi)注 入更多的天然氣；反之采出時C02密度的劇烈下降，能給采出的天然氣帶來 更大氣驅(qū)作用；以C02作鹽穴儲氣庫的墊層氣，將引起溫室效應的主要氣體 C02，注入地下永久封存，能很好的解決我國火力發(fā)電形成的環(huán)保問題；同時 由于鹽穴儲氣庫內(nèi)天然氣的儲存及注采是在氣囊內(nèi)進行，注采天然氣不能和溶 腔殘留鹽水接觸，從而避免了天然氣雜質(zhì)增多，熱值降低。本實施方式還具有 工藝簡單、可操作性強的優(yōu)點。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟a中鹽 穴地下儲氣庫采用的是廢棄采鹽鹽穴，鹽穴地下儲氣庫腔體容積為 5000 10000立方米，頂部距地面的距離為50 1500m。其它步驟及參數(shù)與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二的不同點是步驟a中鹽
穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為100 1000m。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二的不同點是步驟a中鹽 穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為200 900m。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式二相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二的不同點是步驟a中鹽
穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為400~600m。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式二相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
二的不同點是步驟a中鹽
穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為500m。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟C中氣 囊是由線形聚乙烯和高壓低密度聚乙烯的共混物制成，線形聚乙烯占線形聚乙
烯和高壓低密度聚乙烯的共混物總重量的5%，氣囊的厚度為600 1000jLim、 柔韌度為800-1000毫牛頓、滲透率小于10-2°平方米、孔隙度小于3%。其它步 驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
在不斷注氣和采氣工作循環(huán)中，本實施方式氣囊具有抗疲勞破壞性能。本 實施方式的氣囊是不可滲透的，可完全阻止注采工作氣和墊層氣的互相混合擴 散。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是氣囊的厚度為
700 90(^m。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
七不同的是氣囊的厚度為
800nm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
七不同的是氣囊的柔韌度
為850 950毫牛頓。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
七不同的是氣囊的柔韌
度為900毫牛頓。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
七不同的是氣囊的孔隙 度為2%。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
七不同的是高壓低密度
聚乙烯的密度為0.916 0.930克/立方厘米，熔體強度為0.3~2g/10min。其它步
驟及參數(shù)與具體實施方式
七相同。 .
本實施方式的氣囊兼有柔性和彈性特征，可避免在與粗糙的鹽穴壁接觸過 程中造成損壞。在高溫和大壓差變化時，本實施方式的氣囊具有結(jié)構(gòu)完整性和 抗張力性能。
本實施方式熔體強度(以百分之一牛頓(cN)為計量單位)是指:當溶融擠出 物通過如ASTMD1239-8介紹的標準塑性計的模具時，以某個規(guī)定的速度牽引 熔點以上的熔融擠出物時的應力或力(用配備應變儀的收巻鼓施加的力)，熔 體強度值是在溫度1卯。C時確定的。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十三不同的是高壓低密
度聚乙烯的密度為0.920~0.925克/立方厘米。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十三不同的是高壓低密
度聚乙烯的密度為0.923克/立方厘米。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十三不同的是熔體強度
為0.5 1.5g/10min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十三不同的是熔體強度
為0.5~1.5g/10min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
十三相同。
權利要求
1、用CO2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法，其特征在于用CO2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法是按下述步驟完成的a、采用聲納掃描儀探測鹽穴地下儲氣庫的溶腔形態(tài)；b、向溶腔內(nèi)注入CO2至溶腔內(nèi)的溫度為31.5℃，壓力5MPa為止；c、制造一個與經(jīng)步驟a探測溶腔形態(tài)相匹配的氣囊，然后將氣囊固定在耦合器上，再在耦合器上固定纜繩，通過注采管將氣囊下入溶腔內(nèi)，然后將耦合器固定在封隔器之上；d、向氣囊中注入城市調(diào)峰用天然氣，即完成用CO2作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣；其中步驟d中天然氣最大注入量的判斷標準是氣囊內(nèi)溫度不超過51.5℃、壓力不超過13MPa，天然氣最大采出量的判斷標準是氣囊內(nèi)溫度不能低于31.5℃，壓力不能低于5MPa。
2、 根據(jù)權利要求1所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟a中鹽穴地下儲氣庫采用的是廢棄采鹽鹽穴，鹽穴地下儲 氣庫腔體體積在5000 10000立方米之間，頂部距地面的距離為50 1500 m。
3、 根據(jù)權利要求2所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟a中鹽穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為100~1000m。
4、 根據(jù)權利要求2所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟a中鹽穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為200 卯0m。
5、 根據(jù)權利要求2所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟a中鹽穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為400~600m。
6、 根據(jù)權利要求2所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟a中鹽穴地下儲氣庫的頂部距地面的距離為500m。
7、 根據(jù)權利要求2所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于步驟c中氣囊是由線形聚乙烯和高壓低密度聚乙烯的共混物制 成，線形聚乙烯占線形聚乙烯和高壓低密度聚乙烯的共混物總重量的5%，氣 囊的厚度為600 1000jam，柔韌度為800-1000毫牛頓，滲透率小于10-2。平方米， 孔隙度小于3%。
8、 根據(jù)權利要求7所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方 法，其特征在于氣囊的厚度為700~900|_im。
9、根據(jù)權利要求7所述用C02作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法，其特征在于高壓低密度聚乙烯的密度為0.916 0.930克/立方厘米，熔體強 度為0.3~2g/10min。
全文摘要
用CO₂作鹽穴地下儲氣庫墊層氣儲存天然氣的方法，它涉及一種天然氣的儲存方法。本發(fā)明一方面解決了現(xiàn)有鹽穴儲氣庫采用大量天然氣作墊層氣，導致投資運行費用高的問題，另一方面避免了注采天然氣與墊層氣或溶腔殘留鹽水混合，導致采出天然氣雜質(zhì)增多及熱值降低的問題。本發(fā)明方法如下一、探測鹽穴地下儲氣庫的溶腔形態(tài)；二、向溶腔內(nèi)注入CO₂；三、將氣囊下入溶腔內(nèi)，然后將耦合器固定在封隔器之上；四、將天然氣注入氣囊中即可。本發(fā)明具有運行成本低、工藝簡單、可操作性強的優(yōu)點，并減小了溫室效應對環(huán)境的影響。
文檔編號B65G5/00GK101423142SQ200810209698
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權日2008年12月15日
發(fā)明者卜憲標, 王清樹, 譚羽非, 趙金輝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學