鹽穴儲氣庫天然氣多流態流動傳熱耦合效應研究

《鹽穴儲氣庫天然氣多流態流動傳熱耦合效應研究》是依託南京理工大學，由曹琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鹽穴儲氣庫天然氣多流態流動傳熱耦合效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹琳
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

天然氣流動傳熱引起的鹽穴儲氣庫熱力狀態改變是儲氣庫溶腔穩定性分析、注采策略調控及儲庫儲采性能的重要影響因素。本課題以鹽穴儲氣庫天然氣流動和傳熱過程為研究對象，通過理論分析、數值計算與物理模擬相結合的方法，建立複雜時空條件下鹽穴儲氣庫注採運行熱力動態數學模型，探索儲氣庫天然氣多流態流動分布規律及其與傳熱過程耦合的作用機制，闡明儲氣庫井筒溶腔內部壓力場、溫度場、速度場及圍岩溫度場間的耦合效應，研究該耦合效應對儲氣庫熱力狀態的影響，掌握儲氣庫注採運行熱力參數特性規律，為鹽穴儲氣庫的穩定性分析、運行策略調控、風險評估等提供理論參考依據。本課題研究將進一步豐富儲氣庫內涵，完善儲氣庫熱力學分析理論及儲氣系統基礎理論，對提高鹽穴儲氣庫套用水平及推動地下鹽岩戰略儲備技術發展具有重要意義。

結題摘要

地下儲氣庫集季節調峰、事故應急供氣、能源戰略儲備功能於一體，是國家能源基礎性設施。我國天然氣儲存與調峰矛盾日益突出，鹽穴儲氣庫以其良好的存儲特性及注采工作特點在天然氣調峰及供氣安全保障方面發揮著重要作用。本項目圍繞天然氣流動耦合傳熱的科學問題，建立鹽穴儲氣庫天然氣流動傳熱耦合數學模型，模擬研究注采策略及運行模式對儲氣庫內部動力學與熱力學參數分布以及儲氣庫存儲、工作能力的影響，揭示了鹽穴儲氣庫天然氣多流態流動與熱量傳遞過程的耦合機理。研究結果表明，儲氣庫內天然氣流動為典型的點源與點匯流態，注氣噴射作用對其動力學與熱力學參數分布的影響顯著於採氣抽吸作用；降低注采速率可有效提高儲氣庫存儲和工作能力；注採氣間應設定合適的靜置存儲過程，可儲氣庫天然氣狀態的改變起到調節與緩衝作用；正常調峰模式有利於發揮鹽穴儲氣庫調峰能力強、吞吐量大的優點。 對淮安楚州鹽礦樣品進行了鹽岩蠕變三軸實驗，研究分析了偏應力與溫度對其蠕變特性的影響效應，模擬研究了不同注採運行模式儲氣庫圍岩蠕變過程及溶腔體積收斂特性，分析了溶腔熱力學狀態變化對其穩定性及儲氣庫存儲、工作能力的影響。研究結果表明，溶腔圍岩位移主要體現為中部逐漸向內發展，底部向上發展以及頂部下沉，溶腔呈整體收斂趨勢，圍岩橫向位移明顯大於縱向，溶腔頂部穩定性明顯優於溶腔底部，橢圓形狀與圓錐形狀的穩定性優於圓柱形。不同注采策略及運行模式對溶腔穩定性的影響差異顯著，項目模擬條件下的平穩注采和應急注採運行30年後，溶腔體積收斂率分別為9.9%和4.1%。應急注採運行模式相應設定的長時間靜置存儲和小速率注氣階段有效抑制了鹽岩溶腔的整體蠕變進程，使得儲氣庫長期運行的穩定性明顯提高。本項目研究成果可進一步豐富我國儲氣庫熱力學分析及儲氣系統基礎理論，為我國鹽穴儲氣庫的規劃建設、穩定維護和高效運營提供理論基礎和依據，對提高儲氣庫運營水平及推動地下鹽岩戰略儲備技術發展具有重要意義。