基于环空压力变化的盐穴储气库气体泄漏率预测方法研究

为解决盐穴储气库注采管柱泄漏定位与速率诊断难题，研究人员开展了一项基于环空压力变化的气体泄漏率预测方法研究。通过建立包含气体泄漏、迁移、环空保护液压缩及热效应耦合的数学模型，实现了泄漏速率的精准反演。案例验证表明，该方法可区分泄漏与注采热扰动的影响，氮气帽长度增至300 m时环空压力降低41.62%，泄漏定位时间窗仅0.5小时。研究成果为储气库安全运维提供了理论工具，发表于《Geoenergy Science and Engineering》。

　　

随着全球天然气消费量十年间增长18.7%（达3941.3×10⁹
m³
），盐穴储气库因其快速调峰能力成为保障供气安全的关键设施。然而，注采管柱在温度压力交变载荷下易发生泄漏，传统监测手段如光纤传感成本高且易受干扰，而现有模型多忽略气体在环空保护液中的滑脱上升行为。更严峻的是，盐洞穴巨大容积导致泄漏初期井口压力几乎无响应，微小泄漏持续累积可能引发重大事故——这亟需一种基于地面可测参数的实时诊断方法。

中国某研究团队通过建立多物理场耦合模型，首次系统量化了气体泄漏率与环空压力的动态关系。研究采用数值模拟结合现场数据验证的方法，重点解析了气体泄漏、环空液压缩、气体滑移上升及注采热效应四类相互作用机制。模型以Jintan盐穴储气库（中国首个盐穴储库，工作气量3.023×10⁹
m³
）为案例，通过压力平衡方程与状态方程联立求解，引入气体滑脱速度计算（Bhagwat-Ghajar关联式）和热力学修正项，实现了泄漏速率的动态反演。

模型假设
研究设定三个核心假设：泄漏口附近温度波动通过稳态近似处理；环空气体视为理想气体；气体滑移速度仅与泡径相关。这些简化在保证精度的前提下显著提升了计算效率。

数值解
采用有限差分法离散控制方程，通过Newton-Raphson迭代求解非线性方程组。模型创新性地将氮气帽长度（100-300 m）、泄漏深度等作为敏感参数，并引入注采热效应修正系数以区分压力扰动来源。

结果讨论
案例显示：泄漏引起的环空压力增速较注采热效应高2-3个数量级；氮气帽长度增至300 m时，井口压力从8.29 MPa降至4.84 MPa（降幅41.62%）；基于压力变化的泄漏定位时间窗仅0.5小时，显著优于传统温度监测法。敏感性分析表明，泄漏速率与氮气帽长度是决定压力变化趋势的主控因素。

结论
该研究首次建立了盐穴储气库泄漏率与环空压力的定量关系模型，提出的经验公式可指导现场工程师快速诊断泄漏。成果不仅揭示了气体泄漏-迁移-热效应的多场耦合机制，更通过地面参数反演地下状态，为储气库安全运维提供了低成本高效的技术路径。未来研究可进一步优化气体滑移模型，并扩展至多泄漏点场景应用。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部信息；专业术语如"环空（annulus）"、"氮气帽（nitrogen cap）"等均按原文格式保留；作者单位按中国学术机构惯例处理）