全球地下儲氣庫的發(fā)展趨勢與驅動力

丁國生

中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

全球地下儲氣庫的發(fā)展趨勢與驅動力

丁國生

中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

丁國生.全球地下儲氣庫的發(fā)展趨勢與驅動力.天然氣工業(yè),2010,30(8):59-61.

建設地下儲氣庫是保障安全平穩(wěn)供氣的主要手段之一。隨著全球天然氣需求的增長,地下儲氣庫的需求也將不斷增長,預計到2030年全球地下儲氣庫工作氣量將達到5430×108m3。為此,分析了全球地下儲氣庫的現(xiàn)狀,揭示了地下儲氣庫需求增長的5個驅動力:①各國對天然氣戰(zhàn)略儲備的重視;②天然氣供給方式的轉變;③短期天然氣貿易的需要;④管網(wǎng)系統(tǒng)進一步平衡的需要;⑤油田伴生氣的儲存需求。結論指出:地下儲氣庫的需求增長主要分布在北美和歐洲,亞洲地區(qū)受天然氣需求和建庫地質條件的限制,在世界地下儲氣庫總工作氣量中僅占很小的份額;地下儲氣庫的發(fā)展趨勢是加大氣庫調峰的靈活性以滿足低碳經(jīng)濟的需要;未來地下儲氣庫技術主要向延長地下儲氣庫使用壽命、減少地下儲氣庫對環(huán)境的影響和增強地下儲氣庫運行靈活性的方向發(fā)展。該研究成果將為中國地下儲氣庫的建設發(fā)展提供借鑒經(jīng)驗和發(fā)展啟示。

全球 地下儲氣庫 發(fā)展 需求 趨勢 驅動力 技術 啟示

2009年10月5～9日,第24屆世界天然氣大會在阿根廷首都布宜諾斯艾利斯舉行。

世界天然氣大會是國際天然氣聯(lián)盟組織(IGU)最重要的活動,每3年舉行1次,在每屆IGU主席所在國舉辦,是全球最高級別的天然氣行業(yè)盛會。

地下儲氣庫專業(yè)委員會是世界天然氣聯(lián)盟下設的5個技術委員會之一,該委員會主要著眼于地下儲氣庫的建設、運行管理、主要發(fā)展方向、新技術應用等方面的研究和調查。筆者參加了本次大會的地下儲氣庫工作組會議,以下是參加本次大會所獲得的一些信息和認識。文中所應用的數(shù)據(jù)均來自第24屆世界天然氣大會儲氣庫工作組的報告。

1 全球地下儲氣庫的現(xiàn)狀

IGU所掌握的統(tǒng)計資料表明,目前世界上共有36個國家和地區(qū)建設有630座地下儲氣庫,地下儲氣庫總的工作氣量為3530×108m3,約占全球天然氣消費量3×1012m3的11.7%。與2005年3330×108m3的工作氣量相比,5年間全球地下儲氣庫工作氣量增加了200×108m3[1]。

全球地下儲氣庫總的工作氣量中,北美地區(qū)占36%,歐洲占24%,獨聯(lián)體國家占39%,西亞和亞太地區(qū)占0.8%,拉丁美洲和加勒比地區(qū)占0.03%。

全球地下儲氣庫總工作氣量的78%分布于氣藏型氣庫,5%分布于油藏型儲氣庫,12%分布于含水層儲氣庫,5%分布于鹽穴儲氣庫,另有約0.1%分布于廢棄礦坑和巖洞型氣庫中。在歐洲地下儲氣庫總工作氣量中,65%分布于氣藏型氣庫,1%分布于油藏型氣庫,18%分布于水層儲氣庫,12%分布于鹽穴氣庫。

除目前已經(jīng)建成的3530×108m3的工作氣量外,全球尚有90座地下儲氣庫納入新建計劃,并有45座地下儲氣庫將進一步擴容,預計90座新建地下儲氣庫加上630座已建成的地下儲氣庫部分擴容,總的地下儲氣庫工作氣量將達4460×108m3。

美國、俄羅斯、烏克蘭、德國、意大利、加拿大、法國是儲氣庫大國,其地下儲氣庫工作氣量約占全球地下儲氣庫總工作氣量的85%。

2 未來需求與增長的主要驅動力

隨著天然氣消費需求的增長,地下儲氣庫需求將隨之增長。根據(jù)IGU預測,到2020年,全球天然氣需求量將從2005年的3×1012m3增加到3.7×1012m3,2030年將增加到4.5×1012m3。與此同時,預計全球地下儲氣庫工作氣量將會從2005年的3300×108m3增長到2030年的5430×108m3。

今后地下儲氣庫的需求主要增長區(qū)還是歐洲、北美和獨聯(lián)體國家等天然氣市場較為成熟的國家和地區(qū)。根據(jù)預測,歐洲地下儲氣庫工作氣量將從2005年的790×108m3增加到2030年的1350×108m3,北美地區(qū)的地下儲氣庫工作氣量將從2005年的1160×108m3增加到2030年的1870×108m3,獨聯(lián)體國家則將從2005年的1360×108m3增加到2030年的1770×108m3,傳統(tǒng)的3大地下儲氣庫集中地區(qū)仍將是地下儲氣庫未來的需求增長點。亞太地區(qū)由于受到天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的限制和地下儲氣庫建庫地質條件的限制,且日本、韓國等傳統(tǒng)天然氣市場以LNG為主,該地區(qū)地下儲氣庫增長幅度將不會很大,在全球地下儲氣庫總體工作氣量比例中仍然將小于1%。

根據(jù)IGU的分析,未來地下儲氣庫需求增長的主要驅動力來自以下方面:

1)各國對天然氣戰(zhàn)略儲備的重視。以俄羅斯為代表的國家已經(jīng)開始有計劃地增加天然氣戰(zhàn)略儲備。

2)天然氣供給方式的轉變。LNG貿易對傳統(tǒng)管道天然氣市場帶來較大影響,將刺激地下儲氣庫的需求。

3)短期天然氣貿易的需要。短期貿易需要利用地下儲氣庫進行有效周轉。

4)管網(wǎng)系統(tǒng)的進一步平衡需要,包括輸送量的平衡和壓力的平衡。

5)油田開采導致大量伴生氣排放造成大氣污染,伴生氣的儲存將同樣需要建設地下儲氣庫來滿足需求。

具體到不同地區(qū),地下儲氣庫的主要需求驅動力也各不相同。西歐地區(qū)不斷增加的地下儲氣庫需求將主要來自該地區(qū)各國對進口天然氣依賴程度的增加。天然氣對外依存度高的國家,必須建立地下儲氣庫系統(tǒng)以滿足對天然氣儲備的需要。以歐洲為例,根據(jù)IGU的經(jīng)驗,一旦天然氣對外依存度達到和超過30%,則地下儲氣庫工作氣量就需要超過天然氣消費量的12%;如果天然氣對外依存度超過50%,絕大部分國家的地下儲氣庫工作氣量將超過天然氣消費量的20%,法國、奧地利等國更是達到30%左右。西歐地區(qū)隨著未來本地天然氣產量的下降和天然氣對外依存度的增長,對地下儲氣庫的需求將越來越迫切。

北美地區(qū)對地下儲氣庫的需求增長模式與其主要依賴非常規(guī)天然氣開發(fā)有關。尤其是在美國,由于新的大規(guī)模的非常規(guī)天然氣的開發(fā),不僅改變了區(qū)域天然氣供需平衡,而且也改變了局部地區(qū)的天然氣供給流向,新的地下儲氣庫建設需求更多的是滿足非常規(guī)天然氣開發(fā)利用的需要,以及適應和保證非常規(guī)天然氣供給后區(qū)域市場調峰和供給保障的需要。

獨聯(lián)體國家由于地緣政治的影響和本國經(jīng)濟發(fā)展到的需要,為保障本地區(qū)的供氣安全也將加大地下儲氣庫建設的力度和投入。

3 未來發(fā)展的主要趨勢和方向

保障平穩(wěn)安全供氣,在未來一段時間內仍將是地下儲氣庫的主要作用,但是,隨著天然氣貿易量的增加和貿易方式的改變、區(qū)域市場供求關系的變化、非常規(guī)天然氣利用等多種因素的改變,地下儲氣庫的未來發(fā)展也產生了新的需求[2]:

1)地下儲氣庫需要適應更加變化多端的天然氣市場發(fā)展需要,除了更好地發(fā)揮調峰作用外,將在調節(jié)區(qū)域天然氣市場價格方面發(fā)揮更加靈活的調節(jié)和保障作用。

2)地下儲氣庫應該作為區(qū)域天然氣共同市場的工具之一,而不是僅僅滿足管道運營上調峰的需要。

3)地下儲氣庫的商業(yè)盈利模式將會是地下儲氣庫發(fā)展的一個重要方面,利用天然氣的季節(jié)價格差異尋求地下儲氣庫的商業(yè)利潤在未來地下儲氣庫發(fā)展過程中將會逐步得到體現(xiàn)。

4)地下儲氣庫服務更加透明和全面,平等對待各種類型的天然氣用戶,包括可中斷用戶和不可中斷用戶。

5)地下儲氣庫技術將會更多地應用于非天然氣儲存領域,如壓氣蓄能、氫氣儲存等各種類型的氣體存儲領域,還有天然氣水合物存儲、儲氣庫與LNG的協(xié)調運行等方面。

6)在節(jié)能減排方面,將儲氣庫技術與CO2地下儲存結合并共同發(fā)展,以實現(xiàn)減少CO2排放的目標。

4 主要的技術發(fā)展方向

歐美地區(qū)很多地下儲氣庫已經(jīng)運行多年,現(xiàn)在其地下儲氣庫技術主要向延長地下儲氣庫使用壽命、減少地下儲氣庫對環(huán)境的影響和增強地下儲氣庫運行的靈活性方向發(fā)展。主要包括以下內容:

1)氣庫的靈活適應性。氣庫不再僅僅滿足冬采夏注的季節(jié)性調峰,而是更多用于注采調節(jié)。

2)優(yōu)化已有儲氣庫的運行,提高儲氣庫靈活性,適應天然氣市場自由化的發(fā)展需要。

3)超大鹽穴和水平鹽穴地下儲氣庫的建造,尤其是水平溶洞地下儲氣庫的建造和運行。

4)焊接管柱的大規(guī)模應用。

5)發(fā)展水平井和多分支井提高氣庫產能。

6)建立地面地下一體化運行管理模型,完善運行優(yōu)化預測及完整性管理。

7)加強地下部分的管理優(yōu)化,包括加大運行壓力區(qū)間、提高注采氣能力、氣井套管內外檢測、固井質量評估與優(yōu)化、智能采氣井筒等。

8)新型地面脫水技術、新型壓縮機的應用。

9)單井和地面設施的遠程監(jiān)控、檢測和環(huán)境檢測等。

5 對中國發(fā)展地下儲氣庫的啟示

5.1 高度重視地下儲氣庫在天然氣工業(yè)發(fā)展中的作用和地位

天然氣行業(yè)的發(fā)展需要整個產業(yè)鏈的上游勘探開發(fā)、中游輸送與儲存、下游市場與利用各環(huán)節(jié)協(xié)調發(fā)展,歐美國家地下儲氣庫發(fā)展經(jīng)驗教訓已經(jīng)揭示了地下儲氣庫在天然氣產業(yè)中的重要作用和地位,也給中國的天然氣發(fā)展給予了重要啟示:必須重視地下儲氣庫的建設。

5.2 制訂明確的地下儲氣庫發(fā)展戰(zhàn)略

中國地下儲氣庫已經(jīng)有了一定的發(fā)展,但是對地下儲氣庫在整個天然氣行業(yè)發(fā)展中的總體目標規(guī)劃尚不明確。建議重點規(guī)劃和研究中國未來天然氣儲存業(yè)務的總體發(fā)展方向和規(guī)模,制訂調峰樞紐和區(qū)域調峰中心建設規(guī)劃[3],以明確今后中國天然氣地下儲氣庫業(yè)務發(fā)展的總體方向。

5.3 提前開展地下儲氣庫建庫資源儲備

能否建成與中國天然氣產業(yè)相匹配的地下儲氣庫,重點在于是否具備建設地下儲氣庫的地質條件和建庫資源,尤其是在天然氣消費區(qū),建設相當規(guī)模的地下儲氣庫意義更加重大。因此需要積極加大勘探力度,尋找有利的建庫資源,尤其應該對環(huán)渤海、長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)等我國天然氣消費的重點地區(qū),加大地下儲氣庫勘探評價工作量,儲備一批地下儲氣庫建設目標。

5.4 加大地下儲氣庫建設力度,縮短建設周期,迎接即將到來的調峰需求高峰

地下儲氣庫調峰需求是隨著天然氣消費量的增長而增長的,但調峰的需求增長速度要略微滯后于天然氣消費增長速度。以北美地區(qū)的美國為例,在20世紀70年代,美國的天然氣消費量達到高峰期的時候,地下儲氣庫工作氣量僅占天然氣年消費量的8%左右,主要原因是地下儲氣庫建庫進度和調峰需求都要滯后于天然氣消費的需求。但隨著天然氣市場的成熟,調峰需求增大,大量的地下儲氣庫投入建設和運行以滿足調峰和應急的需要,地下儲氣庫工作氣量也隨之大幅度增加,并且呈穩(wěn)步上升趨勢[4]。中國目前正處于天然氣消費快速發(fā)展的時期,天然氣消費和調峰需求的高峰期均尚未到來,根據(jù)預測,中國到2020年天然氣消費量將達到3000×108m3左右,以調峰最大需求滯后3～5a計算,調峰需求高峰將在2025年前后出現(xiàn),而地下儲氣庫的建庫周期需要5～8a。因此目前這個階段正是大規(guī)模進行地下儲氣庫選址評價和建設的大好時機。

5.5 針對不同類型地下儲氣庫特點開展技術研究

我國地下儲氣庫的建庫地質條件與國外相比,總體來說相對較差。油氣藏和含水層的建庫條件表現(xiàn)為深度大、儲層物性條件差。因此針對這類地下儲氣庫,主要需要在提高建庫效率、大幅度提高注采井單井產能以及有效延長氣庫井安全壽命方面加強研究,形成配套技術。對鹽穴儲氣庫來講,其建庫條件主要表現(xiàn)為鹽層薄、夾層厚度大。對此,需要在鹽穴造腔的控制和預測、薄鹽層水平造腔及安全穩(wěn)定性方面加強研究和攻關。

5.6 未雨綢繆,儲備保障儲氣庫安全運行的檢測與監(jiān)測技術手段

地下儲氣庫是保障安全穩(wěn)定供氣的主要手段,但氣庫本身的安全也需要高度重視。歐美國家儲氣庫井和地面設施的運行已經(jīng)超過40a。因而針對地下儲氣庫本身的安全已經(jīng)形成了一整套安全評價標準和保障措施。而隨著越來越多的氣庫投入運行以及氣庫服務時間的增長,我國地下儲氣庫本身的安全性可靠性問題將會不斷顯現(xiàn)。因此針對地下儲氣庫安全評價的監(jiān)測手段和技術措施等需盡快進行研究和儲備。

[1]IGU.2006-2009triennium work report:study group2.1: UGS database[C]∥24th World Gas Conference2009.Buenos Aires:IGU,2009.

[2]IGU.2006-2009triennium work report:committee2storage[C]∥24th World Gas Conference.Buenos Aires:IGU,2009.

[3]丁國生,梁婧,任永勝,等.建設中國天然氣調峰儲備與應急系統(tǒng)的建議[J].天然氣工業(yè),2009,29(5):98-100.

[4]丁國生,李曉波,姜鳳光,等.“西氣東輸”二線調峰應急問題探討[J].天然氣工業(yè),2008,28(12):92-94.

(修改回稿日期 2010-06-20 編輯 何 明)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.08.016

Ding Guosheng,senior engineer,born in1966,holds a Ph.D degree and is now deputy director at the Underground Gas Storage Tank Center of Langfang Brach of Research Institute of Petroleum Exploration&Development,PetroChina.He has been long engaged in planning,research and design of underground gas storage.

Add:Mail Box44,Wanzhuang,Langfang,Hebei065007,P.R.China

Tel:+86-10-69213415 Mobile:+86-13803162543 E-mail:dgs69@petrochina.com.cn

Developing trend and motives for global underground gas storage

Ding Guosheng
(L angf ang B rach,Research Institute ofPetroleum Ex ploration &Development,PetroChina,L angf ang, Hebei065007,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE8,pp.59-61,8/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

Underground gas storage is one of the major means for ensuring the safe and stable gas supply in each country.With the rapid growth in global natural gas demand,the requirement for the underground gas storage is keeping increasing.It is expected that the working gas capacity of global underground gas storage will reach543bcm in2030.Therefore,this paper analyzes the status of the global underground gas storage and reveals the motives for the increasing demand of global underground storage in five aspects. First,each country attaches importance to the strategic reserves of natural gas.Second,the natural gas supply mode changes. Third,short-term natural gas trade needs more underground gas storage.Fourth,a better balanced pipeline system needs more underground gas storage.Last,it is required by the storage of associated gas in oil and gas fields.Moreover,this paper points out that the growth of demand for underground gas storage is mainly distributed in North America and Europe,whereas Asia only accounts for a small proportion of the working gas capacity because of its gas demand and geological conditions.The developing trend of underground gas storage is to increase its flexibility in peak-shaving so as to meet the requirement of low-carbon economy.The technical trend will mainly lie in extending the service life of underground gas storage,reducing the environmental impact,and enhancing its operational flexibility.Hopefully,this paper will provide experiences and valuable references for the underground gas storage construction in China.

underground gas storage,development,demand,trend,driving factor,technology,reference

book=59,ebook=629

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.08.016

丁國生,1966年生,高級工程師,博士;現(xiàn)為中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院地下儲氣庫中心副主任,長期從事地下儲氣庫規(guī)劃、研究與設計工作。地址:(065007)河北省廊坊市萬莊44號信箱地下儲氣庫中心。電話:(010)69213415,13803162543。E-mail:dgs69@petrochina.com.cn