如何实现碳达峰、碳中和与储气库建设有机结合

陈剑

【摘要】：现阶段我国对“碳达峰”“碳中和”的口号已家喻户晓，为了加快能源产业结构的快速升级，我国目前正在快速发展天然气清洁能源。我国天然气储量丰富，在我国西部地区存在大量的气田，预计在2025年能够实现每年2500×108m3的天然气产量，在本世纪中叶，天然气产量增加一倍。随着我国国内天然气的开发量增加，国内对天然气的消耗量随之增加，导致加剧了国内对天然气安全平稳的供应矛盾，因此现阶段我国加大对天然气储气库的建设。本文总结了储气库的建设发展，为我国储气库的建设提供了理论经验参考，促进“双碳”目标快速实现。

【关键词】：碳中和；碳达峰；储气库建设；天然气

1引言

“碳达峰”与“碳中和”是现阶段我国在能源方向的一项可持续重大发展战略，清洁能源的大量使用促进社会向低碳型转变，天然气作为一种使用范围较广，来源广泛的优质清洁能源，在社会能源消耗的供应与消耗均存在巨大的优势，促进构建低碳环保的新型能源结构体系，实现我国“碳达峰”与“碳中和”的战略要求。结合我国天然气分布西多东少，东区发达地区对天然气的消耗更加紧张，存在天然气不均匀、供需关系不均衡等特点。因此，对天然气储气库的建设具有重要的意义。在天然气使用旺季，可通过储气库环节社会能源的紧张供应局面。

据统计，在2021年我国的天然气消耗量在3820×108m3，但是在同年对天然气消耗量的预测在（3700~3800）×108m3，由此可见，我国对天然气的实际消耗量在不断增加。专家预测在本世纪中叶，对天然气的消耗将会出现下降趋势，我国天然气的消耗量将会在2030年达到顶峰，天然气在国民能源体系所占比例约为28%，成为最大的清洁能源。

2 储气库建设技术进展

现阶段全国对天然气消耗能力强，对天然气的安全供应起到更加严格的要求，因此必须结合社会对天然气的消耗量，建设相匹配的天然气供应保障后勤系统。储气库的建设与使用是衡量天然气供需关系的重要指标之一，结合天然气易燃、易爆的特征，我国大量的储气库均设置在地下。据统计目前世界上一共有800座地下储气库，总储气量达5000×108m3，约占全球天然气每年消耗量的15%，西方发达国家的地下储气库约占其国内天然气消耗量的20~30%，且天然气储气库事故的发生较为罕见。考虑到地下储气库能够对调节冬季与夏季的能源消耗，应对极端天气等多项功能，我国在近几年也加强了天然气储气库的建设，明确提出了天然气储气能力直接影响着社会对清洁能源的使用，因此中国天然气储气库的建设对全社会推进清洁能源的使用，促进社会能源结构的改变起到不可替代的作用。目前共存在枯竭油气藏储气库、盐穴储气库以及含水层构造储气库三种储气库的应用。

2.1枯竭油气藏储气库技术

先阶段我国存在的枯竭油气藏储气库技术种类多样化，例如：地面工程配套技术、地质工程设计技术、油气储层保护技术、废弃井封井工艺技术、钻井液技术以及完井技术等，基于过去的理论研究，大量学者创建了多套有用的配套设施技术，提出了建设储气库工程的配套技术，并结合老井的粗粒、钻井-固井-完井技术的多方位结合，提升我国地下储气库工艺技术标准。

2.2 盐穴储气库技术

近几年盐穴储气库快速发展，对其建设与应用也有着多方面的突破。尤其是针对盐穴储气库的溶腔与造腔、注采工艺设计、钻完井工艺设计、井壁稳定性技术以及地下储气库运行管理等方面均存在较高的进步。国内对盐穴储气库已经形成了专门的技术总结，盐穴储气库建设技术在我国已经相对成熟。

在国内使用较多的是溶腔技术，在进行溶腔的过程中，岩盐的溶解速度与溶解的角度紧密关联，研究发现，上斜45°的岩盐溶解速度最快，现阶段已经形成了多种专业工具对其进行操作如：喷嘴式、延伸喷嘴式等工具已经在金坛储气库得到了成功的应用。

在国外使用较多的式注采完井配套设备，此设备在我国国内也存在一定的使用率，使用效果同样符合设计需求。

2.3 含水层构造储气库技术

国内对于含水层储气库的建设技术尚未成熟，该储气库主要分布在欧美等先进技术发达国家，含水层储气库由于其本身的巨大优势，目前已经有了明显的发展趋势，主要表现在如下技术：定向井开钻技术、丛式定向井开钻技术、水平井技术以及钻完井工艺技术在地下储气库的成功应用。利用fluent、CFD等有限元模拟方式，对地下储气库的建设以及采气过程进行分析，明确地下储气库运行的规律。此外，俄罗斯针对其本国实际供气需求，提出了复杂形式下的供气方案，对含水层构造的储气库的设计方案进行了优化，可供我国对该储气库建设提供经验指导。

3 各类型地下储气库通用技术

现阶段对地下储气库较为通用的技术主要为垫底气，通过垫底气的设计，以至于在抽气结束后储气库内部仍然存在一定的地层压力，保证储气库仍然具备相应的产能，该项技术得到了国内外的技术支持。此外，结合提升地下储气库的储量与产能方面的同时，结合大尺寸井眼钻完井技术、水平井钻井技术以及岩石酸化压裂技术，提升地下储气库的生产能力。

针对地下储气库工艺灵活性方面的研究，国外对储气基地的自动控制以及自动采气系统有着技术的成功应用案例。结合现代化仪表和控制系统的应用，在一定程度上提升了地下储气库工艺的灵活性。此外，还存在对地下储气库运行优化技术，比如：传感技术、地下储气库维护技术、地下储气库采气能力数值模拟技术、流体探测技术等。

4 我国地下储气库建设技术需求及建议

在双碳背景下，我国应大力建设地下储气库。针对现存的地下储气库技术水平与我国地下储气库的特征，在现有的技术邻域上，对其进行合理创新突破提出了以下几点建议。

（1）考虑到枯竭油气藏储气库是目前国内大量使用的储气库类型，由于其所在地理位置的特殊性，地质情况复杂，导致对储气库的改建难度大，应对其进行维护研究，主要体现在以下几个方面：储气库的注排气机理、流体的渗流机理、储气库的运行模式、储气库维护周期、井位布置分析以及钻完井方案的优化设计分析等，通过对国外先进技术进行总结学习，提高储气库生产能力。

（2）大力开展盐穴储气库研究，将研究重点专注于储气库的运行技术、减少溶腔的收敛性，提升储气库稳定性评价标准以及地面工程的优化措施。

（3）对于含水层储气库的建设，首先应结合实际的地质资料，对国外建设储气库的先进技术进行学习与消化，强化储气库运行模式、储气库维护周期、井位布置分析以及钻完井方案的研究工作。

对于地下储气库是天然气注采的关键设备，其安全稳定性直接影响城市居民对天然气的使用，对于地下储气库的建设首先应加强规范标准，高度重视地下储气库所面临的潜在风险，保证地下储气库的安全运行与生产。

5 结束语

综合分析，地下储气库的建设直接影响着我国能源生产-储存-运送-使用等各个方面。现阶段我国储气库较少，在双碳背景下应对储气库进行大规模的投资建设。本文分析了我国储气库建设的技术，分析了各个类型地下储气库的通用技术，并提出了相应的建议，为我国能源转型发展提供储气库建设的理论指导。

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