一种跨季节盐穴储气库注采协同调控方法与流程

本发明涉及地下储能与储气库运行控制，尤其涉及一种跨季节盐穴储气库注采协同调控方法。

背景技术：

1、地下盐穴储气库具有密封性好、注采速度快、调峰能力强和有效容积大等特点，可用于天然气以及氢气等气体的大规模地下储存。盐穴储气库在注气过程中，气体经压缩机增压后进入盐穴，压缩过程产生的热量通过井筒和盐穴壁面向围岩传递；在采气过程中，盐穴压力降低且气体经过井口节流装置，采出气温度可能明显下降。围岩在注气期间吸收的热量如果能够在采气期间适时释放，可以对采气形成补热作用。

2、现有盐穴储气库的注采控制通常主要依据管网需求、盐穴压力和地面负荷进行，未充分考虑盐岩及其夹层微孔隙中的气体吸附过程、解吸过程及其滞后特性，因而难以准确判断围岩在当前状态下是易于储热还是易于释热。同时，现有控制方式多按照固定月份划分注气期、焖井期和采气期。当外界负荷、地层温度或储存介质发生变化时，固定时段划分难以及时适应实际工况，可能出现围岩中热量尚未充分储存即开始采气，或者围岩具备释热条件但未及时利用的情况。

3、为防止采出气温度过低，现有工程中通常采用降低采气速率、井口加热或注入抑制剂等措施。降低采气速率会影响储气库调峰能力，井口加热会增加能源消耗，注入抑制剂还会增加运行成本和后续处理负担。此外，在不同运行模式之间进行切换时，注采参数的突变可能引起围岩内部温度梯度的大幅波动，进而产生附加热应力，对围岩的长期结构稳定性构成潜在威胁。

4、因此，需要一种能够根据围岩当前吸附状态、储热状态及释热状态，动态调节盐穴储气库注采过程的方法，同时在提高围岩储热利用率的过程中，避免采出气温度过低和围岩热应力超过安全范围。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体针对现有盐穴储气库注采调控无法根据围岩实时吸附-解吸状态进行动态调节且模式切换缺乏安全预判的问题，具体提供了一种跨季节盐穴储气库注采协同调控方法，具体如下：

2、1）第一方面，本发明提供一种跨季节盐穴储气库注采协同调控方法，具体技术方案如下，包括：

3、s1，采集盐穴储气库的运行状态数据，根据所述运行状态数据确定围岩的实时吸附状态参数以及运行扰动参数；

4、s2，根据所述实时吸附状态参数以及所述运行扰动参数，确定用于表征围岩储热以及释热能力的实时势垒指数；同时，根据当前注采周期的当前吸附解吸曲线以及历史注采周期的历史吸附解吸曲线确定滞后状态参数；

5、s3，将所述实时势垒指数与预设势垒阈值区间进行比较，得到势垒比较结果；将所述滞后状态参数与预设安全阈值进行比较，得到安全比较结果；根据所述势垒比较结果以及所述安全比较结果，从预先建立的多个运行模式中选定目标运行模式；

6、s4，根据当前的所述运行状态数据预测切换至所述目标运行模式之后的安全状态参数；当所述安全状态参数满足预设安全条件时，切换至所述目标运行模式。

7、本发明提供的一种跨季节盐穴储气库注采协同调控方法的有益效果如下：

8、通过采集运行状态数据确定围岩的实时吸附状态参数和运行扰动参数，进而确定实时势垒指数和滞后状态参数，能够准确识别围岩当前的储热与释热状态，避免因围岩吸附-解吸状态识别不足而导致的储热利用不充分问题；通过将势垒比较结果和安全比较结果联合判定并按照安全优先顺序从多个运行模式中选定目标运行模式，以实时状态判定代替固定季节划分，能够根据实际工况动态调节注采过程，避免围岩热量尚未充分储存即开始采气或围岩具备释热条件但未及时利用的情况；通过在模式切换前预测安全状态参数并在满足预设安全条件时执行切换，能够在提高围岩储热利用率的同时避免采出气温度过低和围岩热应力超过安全范围，降低采出气低温冻堵和围岩热冲击风险。

9、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，所述运行扰动参数包括压力变化量以及温度变化量；

11、所述实时势垒指数由脱附自由能分量以及扰动修正分量确定；所述脱附自由能分量根据所述实时吸附状态参数以及所述运行状态数据中的气体温度数据确定，所述扰动修正分量根据所述压力变化量、所述温度变化量以及预先标定的修正系数确定。

12、进一步，所述滞后状态参数为吸附解吸滞后环面积变化率，所述当前吸附解吸曲线包括当前吸附支曲线以及当前解吸支曲线；

13、当前注采周期内所述运行状态数据中的腔体压力数据相对于前一预设时间窗口升高时，将当前预设时间窗口内的腔体压力数据代入预先标定的加压吸附支等温模型，得到当前预设时间窗口对应的吸附量；由各预设时间窗口的腔体压力数据及其对应的吸附量构成所述当前吸附支曲线；

14、当前注采周期内所述运行状态数据中的腔体压力数据相对于前一预设时间窗口降低时，将当前预设时间窗口内的腔体压力数据代入预先标定的降压解吸支等温模型，得到当前预设时间窗口对应的吸附量；由各预设时间窗口的腔体压力数据及其对应的吸附量构成所述当前解吸支曲线。

15、进一步，所述历史注采周期为最近一个完整注采周期；

16、当当前注采周期未形成所述当前吸附解吸曲线时，将当前注采周期已获得的所述当前吸附支曲线或所述当前解吸支曲线与所述最近一个完整注采周期中方向相反的单支曲线进行匹配，确定阶段性滞后环面积，根据所述阶段性滞后环面积确定所述吸附解吸滞后环面积变化率。

17、进一步，所述预设势垒阈值区间包括势垒下限值以及势垒上限值，所述预设安全阈值为变化率阈值；

18、所述根据所述势垒比较结果以及所述安全比较结果，从预先建立的多个运行模式中选定目标运行模式，包括：

19、当所述滞后状态参数达到所述变化率阈值时，选定强制储热补偿模式为所述目标运行模式；

20、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值，且所述实时势垒指数高于所述势垒上限值时，选定所述强制储热补偿模式为所述目标运行模式；

21、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值、所述实时势垒指数低于所述势垒下限值，且所述盐穴储气库处于采气状态时，选定强释热协同模式为所述目标运行模式；

22、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值，且所述实时势垒指数处于所述势垒下限值与所述势垒上限值之间时，选定基准运行模式为所述目标运行模式。

23、进一步，所述安全状态参数包括预测采出气温度以及预测围岩温度梯度扰动值；

24、所述预设安全条件为所述预测采出气温度不低于预设温度值，且所述预测围岩温度梯度扰动值不超过预设梯度边际值；

25、所述预测采出气温度根据所述运行状态数据，通过温度预测模型计算获得；

26、所述预测围岩温度梯度扰动值根据所述运行状态数据，通过扰动预测模型计算获得。

27、进一步，还包括：

28、s5，以预设时间窗口重复执行s1至s4，根据每一所述预设时间窗口内更新的运行状态数据重新确定目标运行模式，并在所述实时势垒指数、所述滞后状态参数以及所述安全状态参数满足预设退出条件时返回基准运行模式。

29、2）第二方面，本发明还提供一种跨季节盐穴储气库注采协同调控系统，具体技术方案如下，包括：数据采集模块、状态判定模块、模式选定模块以及安全切换模块；

30、所述数据采集模块，用于采集盐穴储气库的运行状态数据，根据所述运行状态数据确定围岩的实时吸附状态参数以及运行扰动参数；

31、所述状态判定模块，用于根据所述实时吸附状态参数以及所述运行扰动参数，确定用于表征围岩储热以及释热能力的实时势垒指数；同时，根据当前注采周期的当前吸附解吸曲线以及历史注采周期的历史吸附解吸曲线确定滞后状态参数；

32、所述模式选定模块，用于将所述实时势垒指数与预设势垒阈值区间进行比较，得到势垒比较结果；将所述滞后状态参数与预设安全阈值进行比较，得到安全比较结果；根据所述势垒比较结果以及所述安全比较结果，从预先建立的多个运行模式中选定目标运行模式；

33、所述安全切换模块，用于根据当前的所述运行状态数据预测切换至所述目标运行模式之后的安全状态参数；当所述安全状态参数满足预设安全条件时，切换至所述目标运行模式。

34、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

35、进一步，所述运行扰动参数包括压力变化量以及温度变化量；

36、所述实时势垒指数由脱附自由能分量以及扰动修正分量确定；所述脱附自由能分量根据所述实时吸附状态参数以及所述运行状态数据中的气体温度数据确定，所述扰动修正分量根据所述压力变化量、所述温度变化量以及预先标定的修正系数确定。

37、进一步，所述滞后状态参数为吸附解吸滞后环面积变化率，所述当前吸附解吸曲线包括当前吸附支曲线以及当前解吸支曲线；

38、当前注采周期内所述运行状态数据中的腔体压力数据相对于前一预设时间窗口升高时，将当前预设时间窗口内的腔体压力数据代入预先标定的加压吸附支等温模型，得到当前预设时间窗口对应的吸附量；由各预设时间窗口的腔体压力数据及其对应的吸附量构成所述当前吸附支曲线；

39、当前注采周期内所述运行状态数据中的腔体压力数据相对于前一预设时间窗口降低时，将当前预设时间窗口内的腔体压力数据代入预先标定的降压解吸支等温模型，得到当前预设时间窗口对应的吸附量；由各预设时间窗口的腔体压力数据及其对应的吸附量构成所述当前解吸支曲线。

40、进一步，所述历史注采周期为最近一个完整注采周期；

41、当当前注采周期未形成所述当前吸附解吸曲线时，将当前注采周期已获得的所述当前吸附支曲线或所述当前解吸支曲线与所述最近一个完整注采周期中方向相反的单支曲线进行匹配，确定阶段性滞后环面积，根据所述阶段性滞后环面积确定所述吸附解吸滞后环面积变化率。

42、进一步，所述预设势垒阈值区间包括势垒下限值以及势垒上限值，所述预设安全阈值为变化率阈值；

43、所述根据所述势垒比较结果以及所述安全比较结果，从预先建立的多个运行模式中选定目标运行模式，包括：

44、当所述滞后状态参数达到所述变化率阈值时，选定强制储热补偿模式为所述目标运行模式；

45、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值，且所述实时势垒指数高于所述势垒上限值时，选定所述强制储热补偿模式为所述目标运行模式；

46、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值、所述实时势垒指数低于所述势垒下限值，且所述盐穴储气库处于采气状态时，选定强释热协同模式为所述目标运行模式；

47、当所述滞后状态参数未达到所述变化率阈值，且所述实时势垒指数处于所述势垒下限值与所述势垒上限值之间时，选定基准运行模式为所述目标运行模式。

48、进一步，所述安全状态参数包括预测采出气温度以及预测围岩温度梯度扰动值；

49、所述预设安全条件为所述预测采出气温度不低于预设温度值，且所述预测围岩温度梯度扰动值不超过预设梯度边际值；

50、所述预测采出气温度根据所述运行状态数据，通过温度预测模型计算获得；

51、所述预测围岩温度梯度扰动值根据所述运行状态数据，通过扰动预测模型计算获得。

52、进一步，还包括：滚动反馈模块；

53、所述滚动反馈模块，用于以预设时间窗口重复执行所述数据采集模块、所述状态判定模块、所述模式选定模块以及所述安全切换模块，根据每一所述预设时间窗口内更新的运行状态数据重新确定目标运行模式，并在所述实时势垒指数、所述滞后状态参数以及所述安全状态参数满足预设退出条件时返回基准运行模式。

54、3）第三方面，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如上任一项方法。

55、4）第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如上任一项方法。

56、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。