地下储气库建设技术研究现状与建议

田聪

摘要：随着我国的天然气工业发展突飞猛进，加之近年来推行的“煤改气”政策，导致国家天然气供暖季的调峰供气形势严峻。我国天然气行业的生产、集输、消费环节在正常情况下运营尚可，但在突发情况下的应急能力不足，鉴于2017年爆发的冬季气荒可以看出，国家天然气的基础投资建设存在明显不足。有效缓解国内天然气使用高峰的压力，实现供暖季的安全平稳供气迫在眉睫。储气库由于其建设周期短、投资小等特性，一直被当作重要的调峰方式之一。迄今为止，全球共建有地下储气库715座，主要分布于美国等发达国家，供气量可占年消费总量的13%～27%。中国的天然气的对外依存度高，储气库工作气量相对发达国家低得多，且储气调峰系统的建立较晚，在储气库基础建设、市场运营机制及配套细则等环节远低于国际平均水平。由于受开发难度、注采能力的限制，加之中国的调峰基础设施建设跟不上市场的发展，保供系统有待完善，导致国内储气库建设步伐相当缓慢。

关键词：地下储气库；建设；研究；建议

1、建设地下储气库关键技术

    1.1 库址优选

调峰需求与库址资源是决定储气库选址的重要指标。我国的主要油气产区分布在东北、西北、西南及环渤海等地区，但主要消费区域却集中在东南、长三角及京津冀等地区，由于国内适宜的衰竭油气藏库址资源相对短缺，含水层储气库受限因素较多，具备盐穴地质构造的地区较多，因此我国首选的天然气储气库为盐穴储气库。借鉴欧美等国储气库建设的经验，综合地质与地表等多方面考虑，确定了中国储气库库址的优选方针：(1)从地质方面，选址地区的构造、埋藏深度、含盐地层厚度、氯化钠含量、顶板及储量都是所需考虑的因素；(2)从地表及其他方面，则需兼顾有效规避特殊区域、与管网保持合适的距离、充足的水源保障等因素。

    1.2 钻井完井

钻完井工艺往往经济投入大、耗费时间长，储气库的稳定性和有效性很大程度上取决于井筒的完整性。在我国天然气储气库建设进程中，已初步形成了较为完善的储气库钻井完井工艺系统，包括枯竭气藏储气库的井型优化设计、超低压地层防漏堵漏及储层保护等特色工艺。但与欧美等国相比，在注采井筒完整性、井身结构优化及井筒长效密封固井等多项技术方向还具有一定的差距。当前，储气库快速发展期已经到来，建库质量的高标准和高要求给储气库钻井完井技术带来了新的挑战，综合多学科技术的优势，形成一套健全完备的钻完井工艺体系是下一阶段我国天然气储气库建设的工作目标。

    1.3 注采工程

国外在注采工艺及完井管柱的设计主要依托形成的注采管柱优化设计软件，可以全方位考虑在设计过程中对管柱安全性影响较大的载荷变化、温度压力交变影响及腐蚀等因素。在井下工具方面，国外在工具设计、材料及加工方面有着明显的优势。目前井下工具的稳定性与可靠性方面与国外工具还存在着一定的差距，大多数高性能井下工具仍然被国外几大石油技术服务公司所垄断。为保证储气库的安全运行，国内储气库应用的井下工具主要还是依赖国外进口，未来国产化、智能化、及注采营运一体化是我国储气库工程的阶段性目标。

    1.4 地面工艺

储气库地面工艺体系是一种相对复杂的综合性工程，其融合了多项专业技术和子技术，具有集成化高、综合性强等优点，需要相应完备的操作与管理经验，才能高效完成施工。经过10余年的探索与研究，我国的储气库地面工艺体系已十分成熟，但由于受到相关工艺条件的限制，我国储气库地面装置特别是压缩机基本依靠进口，加之地面釆出气处理流程复杂，规模较大，灵活性差，今后我国地下储气库地面工程需要加强对核心装置国产化、采气设备大型化及灵活化的研究，针对储气库地面工程的相关设备的质量与进度进行严格的把关和控制。

    1.5 完整性评价

储气库完整性是指天然气储气库在运行生命周期内，系统各个部分可以安全高效地完成相应的调峰任务过程中各项性能参数的完整程度，其实质是在储气库投运进行中，保持储气库的安全性与有效性。我国储气库地质完整性评价方面的研究起步较晚，评价对象与概念相对模糊，研究层面仅仅停留在起始状态断层与盖层的封闭性，尚未对交变压力下断层的长期密封性和储层的变形程度进行深入的研究。储气库的完整性评价是保障其安全长期有效运行的关键，其评价技术体系主要包括：圈闭有效性、盖层完整性及断层稳定性等多项评价技术，该技术的根本目的是利用技术的不断更新和有效的组织管理，实现物理和功能上的完整，保证储气库地面设施、注采井(含井筒)、地质体等各组成单元始终处于受控状态。当前我国的储气库完整性评价技术主要以面设施和注采井为主，缺乏系统全面的地质完整性评价技术，急需一套完整的评价和检测技术，对断层与盖层的完整性破坏进行有效的预防、诊断和分析，提升完整性评价的严谨性和可靠性。

2、我国地下储气库建设技术需求及建议

如前所述，我国地下储气库建设具有自身的特点，且不同类型地下储气库的现有技术水平参差不齐，因此，为了迎接地下储气库建设快速发展带来的挑战，应立足国内地下储气库建设的要求，将有限的科研技术力量合理地分配在相应的技术上。1）枯竭油气藏储气库仍是我国地下储气库建设的主要类型，其相关技术也将是关注的重点。鉴于目前我国东部地质条件复杂，改建地下储气库的难度较大的客观条件以及枯竭气藏建库技术相对成熟、枯竭油藏建库技术相对滞后的现实状况，建议：①下大力气研究针对复杂断块油藏改建地下储气库时在注排机理、渗流机理、建库方式、建库周期、井网部署、方案设计和施工技术等方面的摸索和研究；②及时总结已经比较成熟的枯竭气藏建库技术，并加强对地下储气库运行管理技术方面的研究，特别是优化运行、提高生产能力以及如何将建库与提高采收率相结合方面的技术研究。2）盐穴储气库的相关技术需要持续关注，但应当将主要的研究力量放在相对薄弱的技术环节上，建议加强以下8项技术的研究：①基于稳定性要求条件下，优化溶腔控制技术；②稳定性评价标准；③溶腔过程中夹层垮塌的预测和控制；④优化运行技术；⑤地面流程优化；⑥自动化控制系统；⑦运行管理中天然气水合物的防治技术；⑧减少溶腔的收敛性，避免残留盐水的影响。3）对于含水层构造储气库而言，我国中小型盆地储盖组合较复杂，含水层构造储气库建设将面临很大的技术难题（已纳入建设规划的麻丘储气库属于含水层构造储气库），该项工程方面的技术还相当匮乏。因此，给出以下建议：①学习、消化国外相关的技术；②针对具体的地质条件，加快对注排机理、渗流机理、建库方式、建库周期、井网部署、方案设计和施工技术等的研究。4）应高度重视地下储气库建设相关标准、规范的建立。目前我国主要针对盐穴储气库有一些相关标准和规范，但涉及其他类型地下储气库的标准、规范还寥寥无几。5）应高度重视地下储气库运行的风险管理。地下储气库是天然气产运销系统的重要设施，确保其安全运行十分重要，引入完整性管理的理念、加强地下储气库运行风险管理势在必行。

结语：要进一步推动我国地下储气库的高效平稳发展并非易事，建议加强对天然气储气库各项关键技术的攻坚力度，加大资金和政策支持的同时，采取储气库、LNG及CNG等多种方式相互调剂从根本上实现我国储气调峰体系的降本增效，解决国内冬季供气紧张的现状。

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