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2022年09期 41  封面 目次  
王者超1,张彬2,乔丽苹1,杨森3
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地下水封储存是中国石油等能源储存的重要方式之一,其理论和关键技术的发展与创新具有重要意义。在国家石油储备二期工程建设中,各参建单位结合工程建设实际情况,开展了广泛的研究与系统的技术攻关。百万方规模的地下水封石洞油库建设是一项复杂的系统工程,在中国尚属新技术领域,众多关系到大型地下水封石洞油库建设的关键技术均有待深入研究。在此系统梳理了近年来中国在地下水封储存理论与关键技术方面取得的重要研究进展。在理论方面,介绍了水封效率评价、水封可靠性分析及洞库涌水量预测方法等方向取得的进展。在关键技术方面,介绍了水封性监测与评价技术、支护设计与稳定性监测技术方面取得的进展。最后,结合中国地下水封洞库发展趋势,分析总结了地下水封洞库建设目前所面临的5项技术挑战与相应对策。研究成果可为推动中国地下水封储存行业科技进步与高质量发展起到积极作用。(图1,参50)
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郭洁琼,周韬,李刚,张佳鸿,孟令赟,葛淩志,姜森觉
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地下储气库的建设和市场化经营形成相互促进的正相关关系,市场化经营带来的经济效益和社会效益将促进更多社会资本投向地下储气库建设,由此带来整个市场储气能力的提升,同时又能促进储气市场的竞争和交易。在借鉴国外储气库经营模式基础上,结合中国现阶段储气库监管政策和公平开放程度,探讨传统储气库公司管理背景下,从储气产品角度将中国地下储气库划分为4种经营模式:绑定租赁储气模式、淡旺季差价储气模式、存贷气储气模式、异地存取储气模式。建议前两种模式作为主营模式推广,存贷气模式作为辅助模式为储气库公司增加盈利空间,异地存取模式适用于距离较近的多个储气库或储气库群联合运营。4种经营模式的提出,为储气库市场化提供了实操性参考,可直接在各个储气库中推广应用,有利于激活中国储气服务商业价值,促进公平开放的实现。(表7,参31)
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蒲宏斌,汪鑫,焦建
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金坛储气库井筒因盐岩蠕变、注采压力波动频繁、地下水丰富等因素,较常规天然气井筒面临更大的失效风险,常规评价方法及结论难以适应其安全评价和管控需求。基于金坛储气库地理位置条件及井筒实际运行状态,识别出注采压力波动频繁、交变载荷、地下水丰富、盐岩蠕变等10项金坛储气库井筒特有的风险因素;考虑各风险因素可能引发的失效模式,建立金坛储气库井筒失效故障树;并对井筒结构重要度进行计算及排序。结果表明:金坛储气库井筒失效的最大风险因素为注采气压力波动频繁,较常规天然气井的最大风险因素是酸性环境发生了显著变化;在识别出的10项金坛储气库井筒特有的风险因素中,有5项特有风险在底事件结构重要度排序中占前10,可见金坛储气库井筒的失效风险多来自自身运行特征与地理位置因素。最后在常规天然气井筒管理的基础上,有针对性地提出金坛储气库井筒风险管控措施。(图8,表3,参20)
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郑雅丽1,邱小松1,赖欣1,赵艳杰2,孙军昌1,皇甫晓红1
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在储气库完整性管理中储气库地质体的完整性管理必不可少。目前,储气库地质体完整性管理概念不清、界面模糊、体系不健全,且仅局限于气藏储气库完整性评价方面。为此,在分析气藏储气库地质体相关研究成果的基础上,提出盐穴储气库地质体概念,建立盐穴储气库地质体完整性管理体系。结果表明:储气库地质体完整性管理体系由以危害因素识别与资料分析为基础,风险评价与完整性评价为核心的4项内容组成;盐穴储气库地质体风险分析以盐腔体积收缩率、天然气渗漏量及地面沉降量3项指标的分析为主;盐穴储气库地质体完整性评价技术系列由盐腔与地面稳定性、断层稳定性、夹层与盖层完整性评价3项技术构成。盐穴储气库地质体完整性管理体系的建立弥补了储气库完整性管理体系中地质体管理的缺失,为储气库的安全运行管理提供了技术支撑与新的应用方向。(图1,表2,参31)
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杨跃辉1,高广亮2,王芳2,李超锋2,万文瑾2,孙东生1,陈群策1
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地应力是确定地下储气库上、下限运行压力、地质体稳定性评价及库区断层活动性分析等方面的重要基础数据。介绍了射孔段分层地应力测量方法、测试设备及施工流程,并利用该方法实测获取冀东油田堡古2区块NP36-X井4150.0~4338.0m测段深度范围内2个储层段和3个泥岩盖层段的最小主应力。结果表明:每个层段均进行3个以上回次的重复测试,多个回次的裂缝闭合压力具有较好一致性且相对误差均小于5%;利用多种裂缝闭合压力分析方法,确定NP36-X井泥岩盖层内最小主应力介于72.40~74.27MPa;利用裂缝扩展压力和注入流量综合确定高渗储层的最小主应力介于54.89~60.25MPa。该方法是在老井射孔段分层地应力测量方法上的探索,基于裂缝扩展压力和注入流量的现场应用试验,可在一定程度上弥补经典水压致裂地应力测量方法不适用于高渗地层的缺憾。(图5,表4,参29)
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刘忠1,张业金2,张立德2
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地下水封岩洞油库建设需求旺盛,但现阶段水封洞库工程建设存在渗水量难控制、对洞库水力密封条件关注度不够以及水封性调控方法不成熟等问题。通过调研国内外地下岩洞油库水封性相关研究,分析洞库的水封准则,指出洞库围岩内垂直水力梯度大于1是地下岩洞油库满足水力密封性的必要条件;明确了洞库水封性调控的目标是在满足水力密封性前提下,实现洞库全生命周期成本最低、效益最高;并且对灌浆降渗、人工水幕系统调整、洞库存储压力调整等不同调控手段的调控机制加以研究,在此基础上对比分析洞库水封性多因素联合调控机制,提出基于迭代寻优的多因素联合调控策略;最后通过案例分析对基于迭代寻优的多因素联合调控策略加以应用。研究成果能够为洞库工程高效建设和安全运营提供理论和技术支撑。(图6,参33)
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张建
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传统储气库建设受现场施工作业环境的影响,工程质量与施工进度控制难度大、安全管理风险高,难以满足项目建设方对工期的迫切需求。为了提升储气库建设质量、缩短工程建设周期、降低安全风险,采用模块化技术对储气库工程进行模块单元拆分、道路运输方案比选、模块三维设计及结构稳定性分析,同时在预制厂中完成模块加工、制造、测试及包装,模块运抵项目现场后根据复装方案进行组装,即可实现储气库快速建成投产。结果表明:模块化技术的建设模式能够最大程度减少现场不利因素对施工质量及进度的影响;由于大量施工作业转移至预制厂内完成,降低了项目现场的安全风险,并缩短了建设周期。研究成果可为拟开展模块化建设的储气库项目提供设计思路。(图5,表2,参22)
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朱荣强1,丁浩2,江星宏2,彭振华1,胡学兵2,朱炯2
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地下储气库是国家能源战略储备的重要保障,目前正在加速建设,地下储气库洞室开挖过程中的围岩稳定性是决定储气库是否可行的关键。以单个地下储气库洞室为研究对象,通过建立基于岩体屈服过程及塑性流动法则的三维有限元模型,探究不同围岩条件、不同高跨比、不同埋深条件下大断面地下储气库洞室周边围岩稳定性的变化规律。结果表明:洞室开挖完成后,洞室四周围岩变形随围岩等级降低呈明显增大趋势,洞室围岩塑性区范围逐渐增大;洞室围岩变形随埋深增大而增大,且洞室腰部围岩变形量呈明显增大趋势;洞室围岩竖向最大位移随高跨比增大整体呈减小趋势,洞室水平方向最大位移随高跨比增大呈增大趋势;储气库洞室宜建设在埋深200m以内Ⅱ级围岩和Ⅲ级围岩等条件较好的区域,洞室高跨比在2.5~3.0时围岩稳定性更好。研究成果可为大断面地下储气库洞室结构形式的设计提供借鉴与参考。(图13,表2,参29)
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康延鹏1,2,焦雨佳1,2,王建夫1,2,张玲2,吴张帆2
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中国盐岩资源具有夹层多、盐层薄、品位差等特点。常规单井垂直造腔腔体体积小、盐层利用率低,不能满足快速、高效建库的要求。水平多步法造腔可提高盐层利用率,适合在薄盐层盐矿建设大型储气库。腔体形态是影响水平腔体积和稳定性的关键因素。在此开展了水平腔溶蚀特征物理模拟实验,探究了排量、排卤管高度、退步步长等造腔参数对腔体形态和排卤浓度的影响。结果表明:大排量和高排卤管口位置会降低排卤浓度,且在造腔前期影响更显著;小步长宜形成驼峰形腔顶,大步长和使用阻溶剂宜形成平顶形腔顶,双井交替注水则形成两端大、中间小的腔体。实验得到的腔体形态与数值模拟结果基本一致,验证了实验结果的准确性。并且结合实验结果给出现场水平多步法造腔排量、步长等参数的参考值,以建造驼峰形水平腔,从而提高腔体稳定性和储气能力。(图5,表3,参24)
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白雪,姜德义,刘伟,张治鑫,张雄
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近年来,国家对石油、天然气的需求日益提升,利用盐岩进行地下能源储备的设施正在加速建设。以拟建于江苏某盐矿的层状岩盐地下储油库群为工程背景,以FLAC3D软件为平台,利用有限元分析法建立水平腔储油库群的数值模拟模型,模拟分析长方形布井和菱形布井方式下不同矿柱宽度储库群的稳定性,并对储库群运营30年后围岩位移分布、体积收缩率、塑性区体积以及顶底板最大竖向位移的变化规律进行分析。结果表明:采用菱形布井方式且设置矿柱宽度不小于1.75倍储库直径是保证水平储油库群稳定性的一种合理布置方式。利用稳定性判据对模拟结果进行检验,所得结果满足稳定性评价准则。研究结果可为中国未来层状盐岩水平储油库群的建设提供参考。(图10,表3,参30)
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肖开喜,侯磊,黄亚楠,李延豪,柴冲,张蕊
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储罐油品一旦发生泄漏事故,将会对罐区安全、大气环境、社会经济等造成不利影响,甚至引发安全事故。利用改进的高斯烟团模型对储罐油气泄漏扩散过程进行模拟,确定了不同环境风速、大气稳定度下罐区的油气浓度分布规律,并根据油气浓度危险程度,将罐区划分为爆炸危险区、闪火危险区以及窒息危险区。通过分析环境风速、大气稳定度对油气烟团迁移扩散的影响,得出罐区环境条件对油气浓度分布、危险区域范围的影响规律:随着环境风速的增大,油气烟团迁移扩散加剧,罐区油气浓度降低,不同等级的危险区域相应减小;大气稳定度越高,油气烟团扩散越弱,油气浓度沿下风向影响范围增加,横风向影响范围减少;油气烟团因环境风速变化有出现聚集的可能,形成浓度较高的油气聚集区,环境风速越低或大气稳定度越高时,油气烟团越容易聚集。改进的高斯烟团模型能更加准确地反映油气泄漏扩散规律,并预测油气浓度分布情况,可为储罐安全运行管理提供指导。(图7,表1,参26)
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包文红1,张应龙1,班涛1,赵锡龙2
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部分液化气体汽车罐车(简称液罐车)的防波板在定期检验时会出现开裂、脱落等现象,若失效防波板得不到及时维修和更换,则会严重影响液罐车的安全运行。依据液罐车的服役工况,采用Fluent软件模拟液罐车以不同加速度制动时罐内液体的晃动过程,获得每块防波板所承受的冲击力,并分析在不同惯性载荷作用下不同位置防波板所受冲击力随时间的变化规律。结果表明:防波板所承受的最大冲击力来自于液罐车减速阶段,并且随着制动加速度的不断增加,防波板所受冲击力也不断增大;此外,在罐体内的众多防波板中,受最大正向冲击力和最大负向冲击力的防波板位置固定不变,且与液罐车制动加速度大小无关。研究成果可为液罐车防波板的检验及设计提供理论指导。(图8,表1,参26)
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赵振学1,石永杰1,张立峰2,于慧超1
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油品出库量精确高效预测是成品油库存科学管理的源头和基础。为提高成品油库库存效率,降低油品库存成本,以某公司西部地区166座成品油库为研究对象,在库存管理、销量预测等相关研究成果基础上,分析库存管理的影响因素,集成多模型的时间序列模型算法库和基于Mamdani的模糊推理系统,设计双时间颗粒度的多阶段预测算法,开展月度和日度油品出库量预测,并进行量化分析。结果表明:所建算法可根据出库量数据特征自动选择合适的模型,在短时间内高质量匹配并完成大批量油库出库量的预测,预测结果平均绝对百分误差的中位数大于85%,预测置信度接近95%,应用案例月度出库量预测平均准确率可达90%。研究成果可为成品油库存管理决策优化提供科学化建议,对建立科学高效的现代化油品供应物流体系具有现实意义。(图5,表3,参24)
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王盟浩1,李森圣2,谢雯洁3
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在天然气市场化改革推进、储气库转向独立运营的背景下,设计符合中国天然气产业实际的储气产品具有现实意义。通过分析储气产品设计的基本理论及中国储气产品的理想形态,从储气产品的注采自由度出发,给出适用于中国实际的储气产品设计模式,并讨论了储气产品的溢价机制及物理约束。由于储气产品能够捕捉天然气价格波动而具有金融价值,储气产品应根据量化的金融价值进行溢价。设计了从时段产品到日前产品的一系列不同注采自由度储气产品,随着注采自由度的提升,产品的溢价能力提升,调配难度也随之增大。结果表明:在高市场化程度下,应设计多样化的储气产品;在低市场程度下,设计相对单一的储气产品。盐穴储气库由其灵活性带来产品金融价值优势,但这种优势在低市场化程度时体现不出来。不同产品的比例应根据储气库对用户需求的预测来决定。研究结果可为天然气市场化进程中的储气产品设计提供理论基础。(图2,参26)
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张博1,吴宇航1,陈开研1,高燕1,贾建超2,王璐2,刘团辉1,席增强1
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中国某省在盐穴储气库老腔改造领域取得一定成果,部分盐穴老腔改建后由于工作气量小、垫气成本高,不适于储存天然气用于管网调峰。然而地下盐腔仍是非常重要的战略资源,若将其建设成压缩空气储能电站,则可用于谷电阶段电力资源的储存。根据国外成功案例,结合中国某省地下盐穴老腔的具体情况,计算改建储能电站的具体参数,并对老腔改建储能电站的经济性进行分析。结果表明:X1地下老腔可储存能量3.07×106kW·h,考虑实际情况单一注采周期可发电17.49×104kW·h。在“双碳”背景下,盐穴储气库改建储能电站若能在提升技术的同时,探索建立合适的商业模式,则有良好的发展前景。(图3,表1,参20)
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