本发明涉及新能源储能领域，特别涉及一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法及相关装置。
背景技术：
1、储氢技术的发展对改善能源格局以及实现双碳目标规划具有重要意义。随着社会对清洁能源的需求不断增加，储氢技术作为一种高效、可再生的能源储存和转化手段，为能源结构的转型提供了关键支持。通过将储氢技术与可再生能源相结合，可以解决可再生能源波动性的问题，提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖。在实现双碳目标规划中，储氢技术还能为推动电力、交通、工业等领域的碳减排提供可行性方案，加速向低碳经济的转型。因此，致力于储氢技术的研发和应用将对促进能源可持续发展，实现绿色低碳目标具有积极而深远的影响。
2、然而当前储氢技术发展面临种种问题，氢气低密度以及易燃易爆的特性导致其储存位置的选择变得非常困难。利用地下包含水力裂缝的枯竭天然气井进行储氢可以避免危险事故的发生，而且储存空间极大，可以满足大规模储氢需求。然而在利用天然气井储氢之前，必须对氢气的注入排量以及氢气在地下孔隙空间的波及范围进行评估，从而避免水力裂缝再次张开导致大量氢气泄露。但是目前尚未有可靠的数值方法可以对气井储氢过程进行模拟，无法对氢气注入排量和波及范围进行有效评估，注氢方案无法进行优化设计，因此极大的制约了地下天然气井储氢技术的发展。
技术实现思路
1、为了解决气井储氢技术面临的技术瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法及相关装置，本发明能够对枯竭气井储氢过程进行真实模拟，从而对氢气注入排量和波及范围进行有效评估，最终优化注氢方案。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，包括如下过程：
4、根据目标枯竭气井的压裂参数，在已预建立的枯竭气井的储层模型基础上，设置压裂泵注程序进行初次压裂模拟，计算初次压裂模拟的裂缝总长度；
5、根据目标枯竭气井的实际生产数据设置生产制度，在已进行了初次压裂的储层模型基础上，进行天然气生产模拟，得到模拟生产数据；
6、通过历史拟合方法，利用目标枯竭气井的实际生产数据和模拟生产数据，确定储层模型的储层参数和压裂参数；
7、根据历史拟合方法确定的储层参数和压裂参数，通过已进行了初次压裂的储层模型进行生产模拟，当生产模拟结果中的含水率达到第一预设值以上时，将此时的储层模型作为初始注氢模型；
8、在初始注氢模型基础上，设置压裂泵注程序，向初始注氢模型的裂缝内部泵入氢气，进行二次压裂模拟，结合初次压裂模拟的裂缝总长度，确定临界注氢速度；
9、在初始注氢模型基础上，以氢气为注入气体并设置注气制度，在临界注氢速度下，按照设计注氢时间向裂缝内部注入氢气，观察氢气的波及范围，记录氢气的注入总量；注氢结束后，按照设计时间关井，关井结束后开井进行氢气生产模拟，结合氢气的注入总量，得到生产效率符合要求时的注气制度和注氢时间。
10、优选的，根据枯竭气井的井眼轨迹数据和完井参数，建立井筒模型；
11、根据枯竭气井的储层参数数据，在井筒模型的基础上定义储层参数，建立储层模型。
12、优选的：
13、储层参数数据包括：储层岩石杨氏模量、泊松比、岩石断裂韧性、孔隙度、渗透率、含气饱和度、最大水平主应力、最小水平主应力、上覆岩层压力、储层孔隙压力、储层温度、储层厚度、储层天然裂缝分布角度和长度；
14、井眼轨迹数据包括：测深、垂深、方位角、井斜角、补心海拔、井头数据和井身结构数据；
15、完井参数包括：簇间距、段间距、射孔角度、射孔深度；
16、压裂参数包括：前置液比例、砂比、支撑剂性能参数、排量、总液量、压裂液性能参数、压裂液滤失系数；
17、生产数据包括：生产压差、天然气产量、天然气含水量。
18、优选的，通过历史拟合方法，利用目标枯竭气井的实际生产数据和模拟生产数据，确定储层模型的储层参数和压裂参数时：对比实际生产数据和模拟生产数据，然后不断调整储层参数和压裂参数，直至模拟生产结果与实际生产结果之间的误差不超过5％时，将此时的储层参数和压裂参数作为储层模型最终的储层参数和压裂参数。
19、优选的，进行二次压裂模拟的过程中，不断调整泵入氢气的排量，观察二次压裂时裂缝的延伸长度l2，直至延伸长度l2满足l2/l1＜1％，此时氢气的注入排量为临界注氢速度，其中，l1为初次压裂模拟的裂缝总长度。
20、优选的，注气制度中，注气速度为临界注氢速度，注气压力为原始储层孔隙压力的2/3，气体的性质根据氢气在储层温度下的特征进行设置。
21、优选的，在储层模型基础上，进行氢气生产模拟时，计算氢气的生产效率，然后不断调整注气制度和注氢时间，直至生产效率符合要求为止；其中，生产效率＝生产总氢气量/氢气的注入总量，生产总氢气量为进行氢气生产模拟时的生产总氢气量。
22、本发明还提供了一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟系统，包括：
23、第一模拟模块：用于根据目标枯竭气井的压裂参数，在已预建立的枯竭气井的储层模型基础上，设置压裂泵注程序进行初次压裂模拟，计算初次压裂模拟的裂缝总长度；
24、第二模拟模块：用于根据目标枯竭气井的实际生产数据设置生产制度，在已进行了初次压裂的储层模型基础上，进行天然气生产模拟，得到模拟生产数据；
25、第一计算模块：用于通过历史拟合方法，利用目标枯竭气井的实际生产数据和模拟生产数据，确定储层模型的储层参数和压裂参数；
26、第三模拟模块：用于根据历史拟合方法确定的储层参数和压裂参数，通过已进行了初次压裂的储层模型进行生产模拟，当生产模拟结果中的含水率达到第一预设值以上时，将此时的储层模型作为初始注氢模型；
27、第四模拟模块：用于在初始注氢模型基础上，设置压裂泵注程序，向初始注氢模型的裂缝内部泵入氢气，进行二次压裂模拟，结合初次压裂模拟的裂缝总长度，确定临界注氢速度；
28、第五模拟模块：用于在初始注氢模型基础上，以氢气为注入气体并设置注气制度，在临界注氢速度下，按照设计注氢时间向裂缝内部注入氢气，观察氢气的波及范围，记录氢气的注入总量；注氢结束后，按照设计时间关井，关井结束后开井进行氢气生产模拟，结合氢气的注入总量，得到生产效率符合要求时的注气制度和注氢时间。
29、本发明还提供了一种电子设备，包括：
30、一个或多个处理器；
31、存储装置，其上存储有一个或多个程序；
32、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本发明如上所述的模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法。
33、本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明如上所述的模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法。
34、本发明具有如下有益效果：
35、为解决地下储氢面临的对氢气注入排量和波及范围无法进行有效评估，注氢方案无法进行优化设计的瓶颈技术问题，本发明创造性的提出了一种模拟天然气井储层过程的数值模拟方法，该方法具备以下有益效果：(1)实现了从气井生产、到初次压裂再到注入氢气，最后到氢气生产，整个地下注氢储能过程的真实还原。(2)对临界注氢速度可以进行有效评估，为现场注入氢气排量的选择提供了非常可靠的理论支撑。(3)有效评估了地下储层储氢的能力，以及储能的效率，为储能气井的选址提供了可靠的依据。(4)根据数值模拟结果对注氢方案可以优化设计，为现场可提供最优的施工方案。
1.一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，包括如下过程：
2.根据权利要求1所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，根据枯竭气井的井眼轨迹数据和完井参数，建立井筒模型；
3.根据权利要求2所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，通过历史拟合方法，利用目标枯竭气井的实际生产数据和模拟生产数据，确定储层模型的储层参数和压裂参数时：对比实际生产数据和模拟生产数据，然后不断调整储层参数和压裂参数，直至模拟生产结果与实际生产结果之间的误差不超过5％时，将此时的储层参数和压裂参数作为储层模型最终的储层参数和压裂参数。
5.根据权利要求1所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，进行二次压裂模拟的过程中，不断调整泵入氢气的排量，观察二次压裂时裂缝的延伸长度l2，直至延伸长度l2满足l2/l1＜1％，此时氢气的注入排量为临界注氢速度，其中，l1为初次压裂模拟的裂缝总长度。
6.根据权利要求1所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，注气制度中，注气速度为临界注氢速度，注气压力为原始储层孔隙压力的2/3，气体的性质根据氢气在储层温度下的特征进行设置。
7.根据权利要求1所述的一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法，其特征在于，在储层模型基础上，进行氢气生产模拟时，计算氢气的生产效率，然后不断调整注气制度和注氢时间，直至生产效率符合要求为止；其中，生产效率＝生产总氢气量/氢气的注入总量，生产总氢气量为进行氢气生产模拟时的生产总氢气量。
8.一种模拟天然气井储氢过程的数值模拟系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的模拟天然气井储氢过程的数值模拟方法。
