CN114629169A - 一种废弃地下空间压缩空气储能***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种废弃地下空间压缩空气储能***及方法，***：酸化管柱插装于井筒中，并与酸化设备连接；风力发电设备、光伏发电设备均与空气压缩***连接；空气压缩***通过高压供气管路与井筒连通；压缩空气储能电站内部设置有透平发电机，透平发电机的进气口通过高压排气管路与井筒连通，透平发电机电性输出端与地面电网连接。方法：选择废弃油气井；注酸酸化作业；重复酸化作业；压缩空气储能作业；释放空气发电作业；进行压缩空气和释放空气的循环充放作业，使储能和发电过程灵活交替进行；该***及方法有利于实现废弃油气井的二次利用，能便于将富余电能转化为压缩空气的形式储存于废弃油气井中，并可在需要时释放出压缩空气进行发电作业。
Description
技术领域
本发明属于废弃地下空间资源再利用技术领域，具体涉及一种废弃地下空间压缩空气储能***及方法。
背景技术
当前，以风力发电和光伏发电为主的新能源发电技术，受季节和气候等因素的影响，存在波动性和随机性等工作不稳定的问题。通过压缩空气对波动性电能进行能量转化后储存和后期稳定性输出，可以实现电网的“削峰填谷”。压缩空气储能技术通常选择地下天然洞穴或者废弃的盐穴矿洞等作为储能空间，从而大幅度降低建设成本，同时实现废弃矿井和天然洞穴空间资源的有效利用。常规油气储层是一种高孔隙率和高渗透性的岩层，其内部空间连通性强，体积庞大，而空气的流动性和扩散速度远高于原油。对已经完成开采的废弃油气井储层稍加改造便可以为压缩空气储存提供巨大的空间。对油气储层改造的关键之一就是如何高效增加储层的渗透性和孔隙度，形成高度连通的空间网络，以便增加压缩空气储存体积，实现规模化储能和废弃油气井的高效利用。在这种情况下，亟需发展新的发电技术，以解决新能源发电存在的波动性和随机性技术难题，并进一步提升新能源并网友好性和容量支撑能力。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种废弃地下空间压缩空气储能***及方法，该***有利于增加废弃油气井内部储能空间，实现废弃油气井的二次利用，并降低储能空间建造成本，同时，能便于将风、光发电设备产生的富余电能转化为压缩空气的形式储存于废弃油气井中，并可在需要时释放出压缩空气来进行发电作业。该方法步骤简单，能充分利用地下废弃的空间资源作为储能空间，能大幅度节约储气空间的建设成本；同时，还能解决因风、光发电工作不稳定性而导致的新能源利用率低的技术难题，并可解决因风、光发电波动性而产生的并网消纳的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种废弃地下空间压缩空气储能***，包括废弃油气井、地面电网、风力发电设备、光伏发电设备、酸化设备、酸化管柱、空气压缩***和压缩空气储能电站；所述废弃油气井中设置有连通至原油气储层中的井筒；
所述酸化设备、风力发电设备、光伏发电设备、空气压缩***和压缩空气储能电站均设置在地面上；
所述酸化管柱插装于井筒中，并与酸化设备连接，用于向井筒内部输送酸液；
所述风力发电设备、光伏发电设备均与空气压缩***连接，为空气压缩***进行用电的供应；
所述空气压缩***通过高压供气管路与井筒连通；
所述压缩空气储能电站内部设置有透平发电机，所述透平发电机的进气口通过高压排气管路与井筒连通，透平发电机电性输出端与地面电网连接。
进一步，为了确保注酸管柱具有较长的使用寿命，所述注酸管柱为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
进一步，为了实现旧有资源的充分利用，以降低整体的成本，所述风力发电设备和光伏发电设备均为地面上原有的设备。
本发明中，使酸化管柱插装于井筒中，并与酸化设备连接，可以便于向井筒内部输送酸液，进而可以利用酸液渗入孔隙中对岩层进行侵蚀、溶解，改善原油气储层内的渗流通道，以达到增加废弃油气井内部储能空间，并降低储能空间建造成本的目的。通过使风力发电设备、光伏发电设备均与空气压缩***连接，可以便于利用风、光发电设备产生的富余电能来压缩空气；使空气压缩***通过高压供气管路与井筒连通，可以便于将压缩空气注入到废弃油气井中；使压缩空气储能电站内部的透平发电机通过高压排气管路与井筒连通，并与地面电机连接，可以在风、电发电设备效率低时，利用压缩空气驱动透平发电机发电，并将产生的电能接入到地面电网中，以达到“削峰填谷”的作用。该***有利于实现废弃油气井的二次利用，同时，能便于将风、光发电设备产生的富余电能转化为压缩空气的形式储存于废弃油气井中，并可在风、光发电设备发电效率低下时释放出压缩空气来进行发电作业。
本发明还提供了一种废弃地下空间压缩空气储能方法，包括以下步骤：
步骤一：准备工作；先根据原油气储层地质参数和孔渗数据，选择满足实施压缩空气储能条件的废弃油气井；再在地面布置酸化设备，并向井筒内投放注酸管柱；同时，建立风力发电设备和光伏发电设备与空气压缩***的电性连接，建立压缩空气储能电站中透平发电机与地面电网的电性连接；
步骤二：注酸酸化；通过注酸管柱向原油气储层内的井筒末端泵注酸液，使酸液通过井筒周围储层孔隙向原油气储层内部渗透，利用酸液与原油气储层的岩石发生化学反应将部分岩石腐蚀、溶解，以提高储层孔隙的体积与渗透率；在泵注酸液的同时，使注酸管柱按照一定的速度向上回收；
步骤三：重复酸化；完成一次注酸后，待酸化反应结束，重复进行步骤二，对原油气储层进行重复酸化作业；
步骤四：压缩空气储能；非用电高峰时，利用风力发电设备和光伏发电设备生产的富余电能来驱动空气压缩***工作，将空气压缩并注入改造完成的废弃油气井，在注入完毕后，将注入井内的压缩空气进行高压封存，实现封存储能作业；
步骤五：释放空气发电：当风力发电设备和光伏发电设备发电效率低下或用电高峰时段时，释放封存在地下储层中的压缩空气，使高压的空气从地下储层顺压差流到地面，并流入到压缩空气储能电站内部的透平发电机中，推动透平发电机发电；将经透平发电机进行能量转化的稳定电能接入地面电网，为居民区持续输送电能；
步骤六：根据发电、用电的实际情况，重复进行步骤四和五，进行压缩空气和释放空气的循环充放作业，使储能和发电过程灵活交替进行。
作为一种优选，在步骤一中，所述废弃油气井的地下储层内储气容量至少为105m3以上。
进一步，为了延长注酸管柱的使用寿命，在步骤一中，所述注酸管柱为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
进一步，为了确保酸液和岩石能够更充分的反应，在步骤二中，所述注酸管柱的回收速度为0.6～1.2m/s。
作为一种优选，在步骤二中，所述酸液为盐酸或氢氟酸液体。
进一步，为了能使储层孔隙的体积充分增加，并确保井筒周围能够形成较多的酸蚀裂缝，以更充分的增加储能空间，在步骤三中，重复步骤二的次数为5～8次。
进一步，为了确保废弃油气井中压缩空气的储气压力能够维持在设定范围，以便于在释放发电过程中可以更高效的进行能量转化作业，在步骤四中，压缩空气储气压力高于地层孔隙压力，但低于地层裂缝延伸压力。
在本发明中，首先提出了一种采用酸化改造的方式对废弃油气井进行储能空间重构的创新技术思路。通过酸液管柱向原油气井内泵注酸液，使酸液渗入孔隙对岩层进行侵蚀、溶解，改善原油气储层内的渗流通道，并多次重复这一过程，能通过酸液与原油气储层岩石的多次接触反应，显著提高原油气储层内部孔隙的体积，且在井筒周围还会形成酸蚀裂缝，进一步增加了储能空间。采用回收注酸管道向井筒泵注酸液的方式，不仅可以减少酸液的使用量，还可以确保酸液与原储层充分的接触，并有利于快速增大反应区域，提高酸化反应效率，直至地下空间完成酸化改造。这样，通过酸化的方式对高孔高渗的原油气储层进行扩孔增透改造，充分的提高了储层渗透率和孔隙体积，增大了储气空间，进而增大了废弃油气井周围储层的储气能力，从而为储存压缩空气提供足够大的有效利用空间。其次，本方法以现有废弃油气井周围原油气储层作为储气空间，将压缩空气储能与废弃油气井的二次利用进行了充分的结合。因为高孔高渗的原油气储层中岩层连通性良好，是一种天然的大容量储气库，所以在非用电高峰时，利用风力发电设备和光伏发电设备生产出的富余电能作为动力源驱动空气压缩***工作，将空气压缩并向酸化改造后的废弃油气井注入并进行封存。在用电高峰或风力发电设备和光伏发电设备发电效率低下时，释放压缩空气驱动透平发电机发电并接入地面电网。这样，可有效将低谷电、弃风电、弃光电转化为压缩空气的形式存储起来，并可在风、光发电设备效率低下时释放出来进行发电作业。该方法不仅实现了对废弃油气井的二次利用，还充分利用了地下空间资源，节约了储气空间的建设成本；同时，还有效解决了因风、光发电工作不稳定性而导致的新能源利用率低的技术难题，解决了因风、光发电波动性而产生的并网消纳问题。
附图说明
图1是本发明方法中所选择废弃油气井的示意图；
图2是本发明中酸化设备的布置方案示意图；
图3是本发明方法中泵注酸液示意图；
图4是图3中A部的局部放大图；
图5是本发明方法中储层酸化改造示意图；
图6是图5中B部的局部放大图；
图7是本发明方法中压缩空气进行储能过程的示意图；
图8是本发明方法中释放空气进行发电过程的示意图；
图9是本发明中废弃油气井压缩空气储能***整体的结构示意图。
图中：1、原油气储层，2、井筒，3、酸化设备，4、酸化管柱，5、酸液，6、储层孔隙，7、酸蚀裂缝，8、风力发电设备，9、光伏发电设备，10、空气压缩***，11、空气，12、压缩空气储能电站，13、地面电网，14、居民区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图9所示，本发明提供了一种废弃地下空间压缩空气储能***，包括废弃油气井、地面电网13、风力发电设备8、光伏发电设备9、酸化设备3、酸化管柱4、空气压缩***10和压缩空气储能电站12；所述废弃油气井中设置有连通至原油气储层1中的井筒2；
所述酸化设备3、风力发电设备8、光伏发电设备9、空气压缩***10和压缩空气储能电站12均设置在地面上；
所述酸化管柱4插装于井筒2中，并与酸化设备3连接，用于向井筒2内部输送酸液5；
所述风力发电设备8、光伏发电设备9均与空气压缩***10连接，为空气压缩***10进行用电的供应；
所述空气压缩***10通过高压供气管路与井筒2连通；
所述压缩空气储能电站12内部设置有透平发电机，所述透平发电机的进气口通过高压排气管路与井筒2连通，透平发电机电性输出端与地面电网13连接。
为了确保注酸管柱具有较长的使用寿命，所述注酸管柱4为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
为了实现旧有资源的充分利用，以降低整体的成本，所述风力发电设备8和光伏发电设备9均为地面上原有的设备。
本发明中，使酸化管柱插装于井筒中，并与酸化设备连接，可以便于向井筒内部泵注酸液，进而可以利用酸液渗入孔隙中对岩层进行侵蚀、溶解，改善原油气储层内的渗流通道，以达到增加废弃油气井内部储能空间，并降低储能空间建造成本的目的。通过使风力发电设备、光伏发电设备均与空气压缩***连接，可以便于利用风、光发电设备产生的富余电能来压缩空气；使空气压缩***通过高压供气管路与井筒连通，可以便于将压缩空气注入到废弃油气井中；使压缩空气储能电站内部的透平发电机通过高压排气管路与井筒连通，并与地面电机连接，可以在风、电发电设备效率低时，利用压缩空气驱动透平发电机发电，并将产生的电能接入到地面电网中，以达到“削峰填谷”的作用。该***有利于实现废弃油气井的二次利用，同时，能便于将风、光发电设备产生的富余电能转化为压缩空气的形式储存于废弃油气井中，并可在风、光发电设备发电效率低下时释放出压缩空气来进行发电作业。
本发明还提供了一种废弃地下空间压缩空气储能方法，包括以下步骤：
步骤一：准备工作；先根据原油气储层1地质参数和孔渗数据，选择满足实施压缩空气储能条件的废弃油气井，如图1所示；再在地面布置酸化设备3，如图2所示，并向井筒2内投放注酸管柱4；同时，建立风力发电设备8和光伏发电设备9与空气压缩***10的电性连接，建立压缩空气储能电站12中透平发电机与地面电网13的电性连接；
步骤二：注酸酸化；通过注酸管柱4向原油气储层1内的井筒2末端泵注酸液5，使酸液5通过井筒2周围储层孔隙6向原油气储层1内部渗透，利用酸液5与原油气储层1的岩石发生化学反应将部分岩石腐蚀、溶解，以提高储层孔隙6的体积与渗透率；在泵注酸液5的同时，使注酸管柱4按照一定的速度向上回收；
步骤三：重复酸化；完成一次注酸后，待酸化反应结束，重复进行步骤二，对原油气储层1进行重复酸化作业；如图4所示，在酸液5与原储层1岩石的多次接触反应下，原油气储层1内部孔隙6的体积显著提高；通过回收注酸管道4向井筒2泵注酸液5的方式，不仅可以减少酸液5的使用量，还可以使酸液5与原储层1充分接触，快速增大反应区域，提高酸化反应效率，直到地下空间完成酸化改造。当酸化改造完成后，不仅储层孔隙6的体积增加，而且井筒2周围还会形成酸蚀裂缝7，进一步增加储能空间；
步骤四：压缩空气储能；如图5所示，非用电高峰时，利用风力发电设备8和光伏发电设备9生产的富余电能来驱动空气压缩***10工作，将空气11压缩并注入改造完成的废弃油气井，在注入完毕后，将注入井内的压缩空气进行高压封存，实现封存储能作业；
步骤五：释放空气发电：当风力发电设备8和光伏发电设备9发电效率低下或用电高峰时段时，释放封存在地下储层中的压缩空气，使高压的空气11从地下储层顺压差流到地面，并流入到压缩空气储能电站12内部的透平发电机中，推动透平发电机发电；将经透平发电机进行能量转化的稳定电能接入地面电网13，为居民区14持续输送电能；
步骤六：根据发电、用电的实际情况，重复进行步骤四和五，进行压缩空气和释放空气11的循环充放作业，使储能和发电过程灵活交替进行。
作为一种优选，在步骤一中，所述废弃油气井的地下储层内储气容量至少为105m3以上。
为了延长注酸管柱的使用寿命，在步骤一中，所述注酸管柱4为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
为了确保酸液和岩石能够更充分的反应，在步骤二中，所述注酸管柱4的回收速度为0.6～1.2m/s。
作为一种优选，在步骤二中，所述酸液5为盐酸或氢氟酸液体。
为了能使储层孔隙的体积充分增加，并确保井筒周围能够形成较多的酸蚀裂缝，以更充分的增加储能空间，在步骤三中，重复步骤二的次数为5～8次。
为了确保废弃油气井中压缩空气的储气压力能够维持在设定范围，以便于在释放发电过程中可以更高效的进行能量转化作业，在步骤四中，压缩空气储气压力高于地层孔隙压力，但低于地层裂缝延伸压力。
在本发明中，首先提出了一种采用酸化改造的方式对废弃油气井进行储能空间重构的创新技术思路。通过酸液管柱向原油气井内泵注酸液，使酸液渗入孔隙对岩层进行侵蚀、溶解，改善原油气储层内的渗流通道，并多次重复这一过程，能通过酸液与原油气储层岩石的多次接触反应，显著提高原油气储层内部孔隙的体积，且在井筒周围还会形成酸蚀裂缝，进一步增加了储能空间。采用回收注酸管道向井筒泵注酸液的方式，不仅可以减少酸液的使用量，还可以确保酸液与原储层充分的接触，并有利于快速增大反应区域，提高酸化反应效率，直至地下空间完成酸化改造。这样，通过酸化的方式对高孔高渗的原油气储层进行扩孔增透改造，充分的提高了储层渗透率和孔隙体积，增大了储气空间，进而增大了废弃油气井周围储层的储气能力，从而为储存压缩空气提供足够大的有效利用空间。其次，本方法以现有废弃油气井周围原油气储层作为储气空间，将压缩空气储能与废弃油气井的二次利用进行了充分的结合。因为高孔高渗的原油气储层中岩层连通性良好，是一种天然的大容量储气库，所以在非用电高峰时，利用风力发电设备和光伏发电设备生产出的富余电能作为动力源驱动空气压缩***工作，将空气压缩并向酸化改造后的废弃油气井注入并进行封存。在用电高峰或风力发电设备和光伏发电设备发电效率低下时，释放压缩空气驱动透平发电机发电并接入地面电网。这样，可有效将低谷电、弃风电、弃光电转化为压缩空气的形式存储起来，并可在风、光发电设备效率低下时释放出来进行发电作业。该方法不仅实现了对废弃油气井的二次利用，还充分利用了地下空间资源，节约了储气空间的建设成本；同时，还有效解决了因风、光发电工作不稳定性而导致的新能源利用率低的技术难题，解决了因风、光发电波动性而产生的并网消纳问题。
Claims (10)
1.一种废弃地下空间压缩空气储能***，包括废弃油气井、地面电网(13)、风力发电设备(8)和光伏发电设备(9)，所述废弃油气井中设置有连通至原油气储层(1)中的井筒(2)；其特征在于，还包括酸化设备(3)、酸化管柱(4)、空气压缩***(10)和压缩空气储能电站(12)；
所述酸化设备(3)、风力发电设备(8)、光伏发电设备(9)、空气压缩***(10)和压缩空气储能电站(12)均设置在地面上；
所述酸化管柱(4)插装于井筒(2)中，并与酸化设备(3)连接，用于向井筒(2)内部输送酸液(5)；
所述风力发电设备(8)、光伏发电设备(9)均与空气压缩***(10)连接，为空气压缩***(10)进行用电的供应；
所述空气压缩***(10)通过高压供气管路与井筒(2)连通；
所述压缩空气储能电站(12)内部设置有透平发电机，所述透平发电机的进气口通过高压排气管路与井筒(2)连通，透平发电机电性输出端与地面电网(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种废弃地下空间压缩空气储能***，其特征在于，所述注酸管柱(4)为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
3.根据权利要求1或2所述的一种废弃地下空间压缩空气储能***，其特征在于，所述风力发电设备(8)和光伏发电设备(9)均为地面上原有的设备。
4.一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备工作；先根据原油气储层(1)地质参数和孔渗数据，选择满足实施压缩空气储能条件的废弃油气井；再在地面布置酸化设备(3)，并向井筒(2)内投放注酸管柱(4)；同时，建立风力发电设备(8)和光伏发电设备(9)与空气压缩***(10)的电性连接，建立压缩空气储能电站(12)中透平发电机与地面电网(13)的电性连接；
步骤二：注酸酸化；通过注酸管柱(4)向原油气储层(1)内的井筒(2)末端泵注酸液(5)，使酸液(5)通过井筒(2)周围储层孔隙(6)向原油气储层(1)内部渗透，利用酸液(5)与原油气储层(1)的岩石发生化学反应将部分岩石腐蚀、溶解，以提高储层孔隙(6)的体积与渗透率；在泵注酸液(5)的同时，使注酸管柱(4)按照一定的速度向上回收；
步骤三：重复酸化；完成一次注酸后，待酸化反应结束，重复进行步骤二，对原油气储层(1)进行重复酸化作业；
步骤四：压缩空气储能；非用电高峰时，利用风力发电设备(8)和光伏发电设备(9)生产的富余电能来驱动空气压缩***(10)工作，将空气(11)压缩并注入改造完成的废弃油气井，在注入完毕后，将注入井内的压缩空气进行高压封存，实现封存储能作业；
步骤五：释放空气发电：当风力发电设备(8)和光伏发电设备(9)发电效率低下或用电高峰时段时，释放封存在地下储层中的压缩空气，使高压的空气(11)从地下储层顺压差流到地面，并流入到压缩空气储能电站(12)内部的透平发电机中，推动透平发电机发电；将经透平发电机进行能量转化的稳定电能接入地面电网(13)，为居民区(14)持续输送电能；
步骤六：根据发电、用电的实际情况，重复进行步骤四和五，进行压缩空气和释放空气的循环充放作业，使储能和发电过程灵活交替进行。
5.根据权利要求4所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤一中，所述废弃油气井的地下储层内储气容量至少为105m3以上。
6.根据权利要求5所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤一中，所述注酸管柱(4)为耐强酸和耐高腐蚀性的管柱。
7.根据权利要求6所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤二中，所述注酸管柱(4)的回收速度为0.6～1.2m/s。
8.根据权利要求7所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤二中，所述酸液(5)为盐酸或氢氟酸液体。
9.根据权利要求8所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤三中，重复步骤二的次数为5～8次。
10.根据权利要求9所述的一种废弃地下空间压缩空气储能方法，其特征在于，在步骤四中，压缩空气储气压力高于地层孔隙压力，但低于地层裂缝延伸压力。
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|---|---|---|---|
| CN202210352737.4A CN114629169A (zh) | 2022-04-06 | 2022-04-06 | 一种废弃地下空间压缩空气储能***及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116025418A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-04-28 | 中国矿业大学 | 一种低压式废弃矿井压缩空气储能方法 |
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2022
- 2022-04-06 CN CN202210352737.4A patent/CN114629169A/zh active Pending
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