第一節(jié) 地下儲(chǔ)氣庫(kù)

地下儲(chǔ)氣庫(kù)，是指在地下較深處找到一個(gè)完全封閉的地質(zhì)構(gòu)造體，用泵送的方式在地面將天然氣注入地質(zhì)構(gòu)造體中儲(chǔ)存起來(lái)，形成人工氣田或氣藏。地下儲(chǔ)氣庫(kù)通常有以下三種：一是枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)；二是含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)；三是鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。相比地面儲(chǔ)氣設(shè)施，地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：一是儲(chǔ)存量大，調(diào)峰范圍廣；二是經(jīng)濟(jì)合理，雖然初始投資大，但是持久耐用，整體儲(chǔ)氣成本低；三是安全，地下儲(chǔ)氣庫(kù)安全性遠(yuǎn)高于地面設(shè)施。地下儲(chǔ)氣庫(kù)主要用于保障季節(jié)調(diào)峰，通常建在下游天然氣市場(chǎng)周邊地區(qū)。因地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有儲(chǔ)氣規(guī)模大、儲(chǔ)氣成本低的特點(diǎn)，也用于應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備。

一、枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)

枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，就是利用地下枯竭油藏或者枯竭氣藏建設(shè)的儲(chǔ)氣庫(kù)，是目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)氣方式。利用枯竭油氣藏建庫(kù)簡(jiǎn)便易行，尤其是氣藏，因?yàn)檫@些油氣藏具有很好的圈閉結(jié)構(gòu)，有較大的構(gòu)造閉合度，密封性良好。從這些油氣藏的實(shí)際開(kāi)采中可以得到氣庫(kù)的儲(chǔ)氣能力、注采能力、壓力等參數(shù)。此外，利用枯竭油氣藏建庫(kù)還可以利用現(xiàn)存的井、集氣系統(tǒng)及與管道系統(tǒng)的連接設(shè)施。全球已經(jīng)建成的700多座儲(chǔ)氣庫(kù)中，枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)占80%，其中枯竭氣藏占75%，枯竭油藏占5%。（見(jiàn)圖3-1）

一個(gè)油氣藏是否可以作為一個(gè)好的儲(chǔ)氣庫(kù)，取決于地質(zhì)情況和地理位置兩個(gè)方面。地質(zhì)方面，巖石孔隙度是一個(gè)重要因素。因?yàn)閮?chǔ)氣庫(kù)不僅要采出天然氣，還要注入天然氣。油氣藏巖石的孔隙度越大，注入和采出的速率就越大。在某些情況下，如果油氣藏巖石只具有較低的孔隙度，可能就要采取措施在巖石中造成裂縫，增加天然氣朝著井孔流動(dòng)的機(jī)會(huì)。地理位置方面，如果這個(gè)枯竭的油氣田遠(yuǎn)離現(xiàn)存的輸氣主干線或市場(chǎng)區(qū)及配氣干線，那么就要在連接管線的建設(shè)和操作上發(fā)生更大支出。資料表明，氣庫(kù)與用戶距離越近越經(jīng)濟(jì)，以50km～200km為宜，超過(guò)200km就不經(jīng)濟(jì)了。出于安全考慮，儲(chǔ)氣庫(kù)與用戶的距離也不宜太近。

圖3-1 枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)示意圖

枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的缺點(diǎn)是周轉(zhuǎn)率（在一年中總的工作氣量被注入和采出的次數(shù)）相對(duì)較低。盡管每日采出流量依賴于它的孔隙度、滲透性等物理性能，這種地下儲(chǔ)氣庫(kù)通常被設(shè)計(jì)成每年周轉(zhuǎn)一次。由于每一個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)在地面設(shè)施（例如壓縮機(jī)）、墊底氣水平、流量性質(zhì)等方面存在差異，不同枯竭油氣田儲(chǔ)氣庫(kù)的每日采出流量會(huì)有很大變化。然而，在三種主要的地下儲(chǔ)氣庫(kù)類型中，枯竭油氣田儲(chǔ)氣庫(kù)容氣量是最高的，開(kāi)發(fā)、操作與維護(hù)支出相對(duì)較低。

由于枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)具有儲(chǔ)氣量大、注采速率低的特點(diǎn)，通常作為季節(jié)性供應(yīng)儲(chǔ)氣庫(kù)，在用氣非高峰季節(jié)（4月～10月）注入天然氣，用氣高峰季節(jié)（11月～3月）采出天然氣，用于季節(jié)調(diào)峰。同時(shí)，枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣量大的特點(diǎn)，也可以用于建設(shè)天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備。

以下為一個(gè)枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)案例。

呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)

繼大港油田儲(chǔ)氣庫(kù)之后，呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)是我國(guó)投入使用的第二座大型地下儲(chǔ)氣庫(kù)，同時(shí)是西氣東輸管網(wǎng)系統(tǒng)配套建設(shè)的首座大型地下儲(chǔ)氣庫(kù)。呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)是利用開(kāi)采已近枯竭的呼圖壁氣田改建而成，由新疆油田負(fù)責(zé)實(shí)施，肩負(fù)北疆天然氣調(diào)峰和國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備的雙重重任，是中石油應(yīng)對(duì)北疆天然氣緊缺和國(guó)家戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備所采取的重要舉措。呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容107×10⁸m³，工作氣能力45×10⁸m³，計(jì)劃建設(shè)周期約四年，新鉆注采井30口。儲(chǔ)氣庫(kù)2011年7月1日開(kāi)工建設(shè)，2013年7月開(kāi)始投產(chǎn)，日注氣能力達(dá)0.1123×10⁸m³。呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)的氣源為西氣東輸二線，預(yù)計(jì)呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)投入使用后，可有效保障“西氣”穩(wěn)定向東輸送，并解決天山北坡經(jīng)濟(jì)帶冬季調(diào)峰需求。

二、含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)

含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)，實(shí)際上就是建造在地下含水巖層中的人造氣藏。如果一個(gè)含水的沉積巖層被非滲透性的頂部巖石所覆蓋，那么這種自然含水層就可能適于被開(kāi)發(fā)為地下儲(chǔ)氣庫(kù)。這種儲(chǔ)氣庫(kù)是利用含水層中有很多孔隙，同時(shí)孔隙中含水，注入氣后，氣將水壓走；抽氣時(shí)，水再返回，這樣就形成了人工氣田。這種建造儲(chǔ)氣庫(kù)的地層，比較理想的狀況是能夠不困難地吸收所需數(shù)量的氣體，并且可以長(zhǎng)時(shí)間保存，同時(shí)在需要的時(shí)候釋放這些氣體。因此，這就需要地層是一個(gè)良好的、有足夠延伸的同時(shí)被不滲透巖石覆蓋的儲(chǔ)集層，而且要有一定的形狀，使含于其中的氣體在上浮時(shí)能夠占據(jù)穩(wěn)定的體積。含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)可以分為構(gòu)造型和地層型兩種類型，一般建在背斜構(gòu)造的含水砂巖層中。儲(chǔ)氣層應(yīng)是孔隙性、滲透性較好的儲(chǔ)層，蓋層要可靠，保證氣體不會(huì)垂直泄漏，儲(chǔ)層周圍密封性要好，氣體不能側(cè)向運(yùn)移。

利用含水巖層作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)具有構(gòu)造完整、鉆井完井一次到位的優(yōu)點(diǎn)，但也存在明顯不足之處，因此只有在枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)不可獲得時(shí)才建造這種儲(chǔ)氣庫(kù)。第一，在開(kāi)發(fā)自然含水巖層作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)之前，人們對(duì)它的地質(zhì)情況并不了解。為了獲得這個(gè)含水巖層圈閉現(xiàn)存壓力、蓋層類型、巖石的孔隙度及滲透性等物理性能，評(píng)估它的潛在儲(chǔ)氣能力，需要進(jìn)行大量工作，導(dǎo)致含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)的開(kāi)發(fā)成本要高于枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，開(kāi)發(fā)時(shí)間通常是枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的兩倍。第二，所有的設(shè)施都必須從頭建設(shè)，包括井、管線及脫水設(shè)施和壓縮機(jī)站，為了注入目的需要更大功率的壓縮機(jī)以便將水排出。第三，自然含水巖層中不存在原生氣，為了建立和維持適當(dāng)?shù)膲毫托枰⑷氪罅康膲|底氣。油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)中通常需要注入相當(dāng)于總?cè)萘?0%左右的墊底氣，而地下含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)通常要注入相當(dāng)于總?cè)萘?0%～90%的墊底氣，而且即使項(xiàng)目報(bào)廢，大部分的墊底氣也是不能回收的。因此，自然含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)的開(kāi)發(fā)成本十分高昂。第四，開(kāi)發(fā)這種儲(chǔ)氣庫(kù)可能給地下水資源造成污染，因此面臨更為嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)限制。（見(jiàn)圖3-2）

圖3-2 含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)示意圖

我國(guó)油氣藏主要富集在陸相地層中，規(guī)模比較小，主要分布在北部和西部，東南主要天然氣消費(fèi)市場(chǎng)缺乏建設(shè)枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的條件。在含水巖層中建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)，受地理?xiàng)l件的限制比較小，選擇的空間較大，在我國(guó)有比較大的潛力。因此，在大型管線周邊和重要的消費(fèi)城市附近，優(yōu)先選擇古生界海相沉積地層開(kāi)展地質(zhì)勘探，尋找有利的含水層圈閉，這樣就有望建立起一定規(guī)模的含水層地下儲(chǔ)氣庫(kù)。

三、鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，主要是利用地下鹽層中經(jīng)過(guò)水溶解鹽而形成空穴，直接儲(chǔ)存天然氣。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)一般選擇在鹽層厚度大、分布穩(wěn)定的鹽丘上造穴。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，占地面積小。與由許多井構(gòu)成的枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)相比，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的占地面積通常只有其1/100。第二，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)更像一個(gè)高壓氣罐，操作與管理比枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)更容易。第三，開(kāi)發(fā)周期短。如果開(kāi)采出來(lái)的鹵水能夠得到及時(shí)處理，開(kāi)發(fā)一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)通常只需要18～24個(gè)月，而開(kāi)發(fā)一個(gè)油氣田儲(chǔ)氣庫(kù)則需要24～36個(gè)月。中石油開(kāi)發(fā)的金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)展緩慢，主要是由于溶解鹽生產(chǎn)的鹵水無(wú)法及時(shí)得到處理。較短的開(kāi)發(fā)周期可以節(jié)省建設(shè)期利息支出，更早獲得收益。第四，墊底氣量小，通常僅為總庫(kù)容的25%，在緊急情況下能被完全采出。第五，注采速率高，與枯竭油氣田或含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)通常每年周轉(zhuǎn)一次不同，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的周轉(zhuǎn)率每年可以達(dá)到數(shù)次，因此能夠滿足需求上更大的波動(dòng)。（見(jiàn)圖3-3）

圖3-3 鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)示意圖

鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的缺點(diǎn)是與枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)、含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)相比儲(chǔ)氣量有限，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本相對(duì)較高。在國(guó)外，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的鹽腔體積一般在幾十萬(wàn)立方米的規(guī)模上。歐洲有經(jīng)驗(yàn)表明，從安全和有效性的角度來(lái)考慮，最大可能的鹽腔體積在（40～60）×10⁴m³比較合適，此時(shí)能注入的總氣量和之前所述枯竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)、含水巖層儲(chǔ)庫(kù)相比是很小的。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)發(fā)成本較高，通常是枯竭油氣藏和含水巖層儲(chǔ)氣庫(kù)的2～3倍。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)洞壁也容易受鹽水侵蝕而老化，因此需要安裝特殊設(shè)備，維護(hù)成本較高。但是由于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)注采速率高，相同的工作氣量在用氣高峰期能夠周轉(zhuǎn)三四次甚至更多，因此能夠產(chǎn)生更多的收入。

我國(guó)鹽巖分布范圍廣，但是以層狀為主。參考法國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，在150m～400m甚至大于400m的厚鹽層中，一種單孔注水溶蝕造腔技術(shù)已經(jīng)很成熟；此種技術(shù)在60m～100m厚的鹽層中也可以使用。但是，對(duì)于厚度小于60m的鹽層，法國(guó)燃?xì)馓K伊士集團(tuán)公司正在研究論證其用來(lái)進(jìn)行天然氣地下儲(chǔ)備用途的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件。目前的初步研究成果表明，對(duì)于厚度小的層狀鹽層，通過(guò)地下溶蝕造成橫截面面積1000m²～3000m²、長(zhǎng)度幾百米和腔體體積達(dá)到幾十萬(wàn)立方米的平洞是可以保證持續(xù)穩(wěn)定的。雖然造洞技術(shù)在目前還沒(méi)有很好地可靠解決，但根據(jù)預(yù)測(cè)來(lái)說(shuō)，在層狀鹽層中建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)應(yīng)該還是很有發(fā)展?jié)摿Φ摹Ａ硗猓绻ㄔO(shè)地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，最好考慮可以與鹽資源的利用結(jié)合起來(lái)，實(shí)際操作中可由石油公司、城市燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)商和鹽業(yè)公司共同開(kāi)發(fā)。

以下為一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)案例。

金壇地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)

金壇地下儲(chǔ)氣庫(kù)位于江蘇省金壇市直溪鎮(zhèn)，毗鄰鎮(zhèn)江，是西氣東輸?shù)闹匾{(diào)峰設(shè)施，屬鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)。金壇礦鹽層分布穩(wěn)定，封閉性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于水溶開(kāi)采，可在地下形成較大溶腔，鹽穴的溶腔時(shí)間約需三年。金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的先河，在選址選區(qū)、評(píng)價(jià)區(qū)塊、設(shè)計(jì)溶腔、造腔控制、穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)注采方案、鉆井工藝等方面獲得了一系列的研究成果和技術(shù)手段，為中國(guó)建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)積累了大量技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)鹽層區(qū)域面積達(dá)11.2km²，庫(kù)深約1000m，是中國(guó)鹽穴第一庫(kù)，也是亞洲規(guī)模最大的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。

金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)分西區(qū)與東區(qū)兩大塊。經(jīng)過(guò)近6年建設(shè)，西區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)于2006年3月29日全面竣工，庫(kù)容為1.21×10⁸m³。西區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)利用采鹵老腔6口西區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)利用采鹵老腔6口，儲(chǔ)氣庫(kù)工程主要包括地下溶腔和輸氣干線兩部分，工程總造價(jià)約40×10⁸元。儲(chǔ)氣工藝采用注氣、采氣轉(zhuǎn)換方式，冬季或應(yīng)急狀態(tài)下采氣外供，其他時(shí)間注氣。輸氣干線從西氣東輸鎮(zhèn)江分輸站至儲(chǔ)氣庫(kù)工藝站場(chǎng)，管道長(zhǎng)34.8km，管道外徑1016mm，運(yùn)行壓力10.0MPa，與西氣東輸管道參數(shù)一致，且該段管道設(shè)截?cái)嚅y室1座。西區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)壓力14.5MPa，運(yùn)行壓力7.0～14.5MPa，儲(chǔ)氣規(guī)模25×10⁸m³。西區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)有4臺(tái)進(jìn)口燃?xì)饧訅簷C(jī)，出口壓力為14.5MPa，設(shè)計(jì)流量60×10³m³/d，每臺(tái)加壓機(jī)自身消耗量天然氣8000m³/d。此外，有1套240×10³m³/d注氣裝置，2套150×10³m³/d調(diào)峰采氣裝置，2套400×10³m³/d應(yīng)急采氣裝置，總應(yīng)急采氣能力達(dá)1100×10³m³/d。預(yù)測(cè)單位儲(chǔ)氣費(fèi)約為0.60元/m³。

東區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)未完成，規(guī)劃建造新腔17口，庫(kù)容7.22×10⁸m³。