中石化地下儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

曾大乾 張俊法 張廣權(quán) 糜利棟

中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院

0 引言

預(yù)計(jì)到“十三五”末，天然氣在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比將提升至10%左右，天然氣年消費(fèi)量將達(dá)到3 380h108m3[1]。由于受季節(jié)性等因素的影響，在天然氣供應(yīng)與消費(fèi)之間一直都存在著可靠、安全、平穩(wěn)、連續(xù)供氣與消費(fèi)需求不均衡性的固有矛盾。為了解決上述矛盾、保持供應(yīng)量與消費(fèi)量之間的均衡關(guān)系，世界范圍內(nèi)目前都廣泛采用地下儲(chǔ)氣庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱儲(chǔ)氣庫(kù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)天然氣的調(diào)峰、保供功能[2-3]。

較之于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)明顯落后。根據(jù)國(guó)際天然氣聯(lián)盟（IGU）的經(jīng)驗(yàn)，一旦天然氣對(duì)外依存度超過(guò)30%，則儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量需超過(guò)消費(fèi)量的12%[4-5]。而目前我國(guó)天然氣對(duì)外依存度已超過(guò)40%；截至 2018年底，我國(guó)已建成26座儲(chǔ)氣庫(kù)（群），總調(diào)峰工作氣量約為117h108m3，僅占我國(guó)天然氣年消費(fèi)量的4.1%；根據(jù)我國(guó)《天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理辦法》的規(guī)定，2020年天然氣儲(chǔ)備量將不低于消費(fèi)量的10%，以滿足和應(yīng)對(duì)供應(yīng)市場(chǎng)的季節(jié)調(diào)峰及天然氣供應(yīng)中斷等應(yīng)急狀況。

2017—2018年冬春之際，我國(guó)多個(gè)省區(qū)在用氣量高峰期出現(xiàn)了天然氣供應(yīng)緊張狀況，也暴露出我國(guó)儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施建設(shè)滯后等不足。因此，隨著我國(guó)天然氣消費(fèi)量的增加和天然氣對(duì)外依存度的升高，中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中石化）作為中國(guó)最大的能源生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)之一，為了滿足人民對(duì)美好生活的追求、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，有責(zé)任加快儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，以支撐中石化儲(chǔ)氣庫(kù)發(fā)展，助力中石化天然氣業(yè)務(wù)快速有效發(fā)展，保障我國(guó)的天然氣供應(yīng)安全。

1 中石化儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀

近幾年，隨著“西氣東輸”“川氣東送”“北氣南下”管網(wǎng)的建設(shè)以及中亞天然氣的引進(jìn)，為了保證管網(wǎng)沿線和下游長(zhǎng)江三角洲地區(qū)用戶的正常用氣，我國(guó)加大了儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)力度。截至2018年底，我國(guó)已建26座地下儲(chǔ)氣庫(kù)(群)，有效工作氣量總計(jì)為117h108m3，其中中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中石油）儲(chǔ)氣庫(kù)23座。

與中石油相比，中石化地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚。中石化在“十一五”期間開始儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)布局，“十二五”期間實(shí)現(xiàn)突破。目前已建成儲(chǔ)氣庫(kù)2座，即文96、文23枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)，在建2座，為金壇、黃場(chǎng)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)（表1）。

文96儲(chǔ)氣庫(kù)位于河南濮陽(yáng)中原油田境內(nèi)，是中石化首座儲(chǔ)氣庫(kù)，擔(dān)負(fù)著榆濟(jì)管道天然氣季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急保障任務(wù)。設(shè)計(jì)庫(kù)容為5.88h108m3，有效工作氣量為2.95h108m3。該儲(chǔ)氣庫(kù)于2012年8月正式注氣運(yùn)行，截至2019年5月底，已進(jìn)入第七注采周期，儲(chǔ)氣庫(kù)累計(jì)注氣11.02h108m3，累計(jì)采氣6.91h108m3。

文23儲(chǔ)氣庫(kù)位于河南濮陽(yáng)中原油田境內(nèi)，是目前中國(guó)第二大儲(chǔ)氣庫(kù)，擔(dān)負(fù)著新粵浙天然氣季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急保障任務(wù)。設(shè)計(jì)總庫(kù)容為104.21h108m3，有效工作氣量為40.54h108m3，分兩期建設(shè)。其中一期庫(kù)容為84.30h108m3，有效工作氣量為32.67h108m3。該儲(chǔ)氣庫(kù)已于2017年5月正式開工建設(shè)，2019年3月正式投注運(yùn)行，截至2019年5月，已有22口新井投注，累計(jì)注氣10.06h108m3。

中石化金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)位于江蘇常州市境內(nèi)，是中石化第一座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，擔(dān)負(fù)著川氣東送天然氣季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急保障任務(wù)。設(shè)計(jì)庫(kù)容為11.80h108m3，有效工作氣量為7.20h108m3，分三期建設(shè)。目前正在開展一期溶腔工程和二期鉆井工程，已形成有效工作氣量0.60h108m3。

黃場(chǎng)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)位于湖北潛江境內(nèi)，是全國(guó)最深的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，擔(dān)負(fù)著川氣東送天然氣季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急保障任務(wù)。設(shè)計(jì)庫(kù)容為48.90h108m3，有效工作氣量為28.04h108m3。已批復(fù)設(shè)計(jì)庫(kù)容2.37h108m3，有效工作氣量1.40h108m3。目前已完鉆4口井，形成溶腔體積為57.0h104m3，其中有效溶腔體積為39.9h104m3。

表1 中石化儲(chǔ)氣庫(kù)統(tǒng)計(jì)表

2 面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

經(jīng)過(guò)文96、文23、金壇儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與運(yùn)行，中石化在儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)方面取得了較大的進(jìn)展，但受建庫(kù)資源、地質(zhì)條件、經(jīng)營(yíng)模式等諸多因素影響，儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)面臨著一系的挑戰(zhàn)。

2.1 建庫(kù)起步晚，但發(fā)展?jié)摿Υ?/h3>

中石化儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚，“十一五”期間開始儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)布局[6]。截至2018年底，中石化儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰能力僅為3.5h108m3，僅占中石化年銷售量的1.3%，同國(guó)外12%的平均水平相比存有很大的差距，但中石化發(fā)展?jié)摿Υ?。根?jù)勝利、中原、江漢等油氣田企業(yè)初步篩選評(píng)價(jià)，中石化礦權(quán)范圍內(nèi)備選庫(kù)址24座，最大可建庫(kù)潛力超過(guò)440h108m3，有效調(diào)峰氣量可超過(guò)200h108m3，建庫(kù)資源潛力大。中石化建庫(kù)資源分布如表2所示。

表2 中石化建庫(kù)資源分布表 單位：108 m3

根據(jù)規(guī)劃，“十三五”期間，中石化將對(duì)金壇、菜24、趙莊北、廣華、黃場(chǎng)等10座儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)論證和實(shí)施。預(yù)計(jì)到2020年末，中石化儲(chǔ)氣庫(kù)有效工作氣量將達(dá)到41.6h108m3，基本滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的調(diào)峰需要。預(yù)計(jì)到2025年建成有效工作氣量80h108m3，儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)應(yīng)用前景廣闊。

2.2 地質(zhì)條件復(fù)雜，但庫(kù)址資源靠近消費(fèi)區(qū)

整體來(lái)講，中石化建庫(kù)地質(zhì)條件相對(duì)較差。氣藏建庫(kù)以中低滲氣藏為主，埋深普遍大于2 500 m；構(gòu)造復(fù)雜、斷層發(fā)育；陸相沉積相相變快、儲(chǔ)層物性較差、非均質(zhì)較強(qiáng)，氣水關(guān)系復(fù)雜。文23儲(chǔ)氣庫(kù)埋深平均2 880 m，發(fā)育大小斷層37條，孔隙度10.6%～13.6%，滲透率介于3.0～5.9 mD。鹽穴建庫(kù)以陸相鹽湖沉積鹽層為主，夾層多、品位低、部分埋深超過(guò)2 000 m。黃場(chǎng)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)埋深達(dá)2 200 m，夾層3～7個(gè)，夾層厚度5～7 m，夾層垮塌控制難、形態(tài)控制難，造腔難度大。

但中石化建庫(kù)庫(kù)址資源靠近天然氣消費(fèi)熱度高值區(qū)，勝利、中原、江漢、江蘇、三水等備選庫(kù)址地處華北、長(zhǎng)三角、東南沿海，天然氣調(diào)峰需求大，管網(wǎng)設(shè)施配套，區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出，預(yù)計(jì)2020年，華北、長(zhǎng)江沿線天然氣消費(fèi)規(guī)模占全國(guó)的2/3左右，占全國(guó)冬季調(diào)峰80%以上。

2.3 建庫(kù)技術(shù)不夠成熟，有待進(jìn)一步攻關(guān)

國(guó)外儲(chǔ)氣庫(kù)歷經(jīng)上百年的發(fā)展，建庫(kù)、運(yùn)行已形成了成熟的配套技術(shù)和較完善的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)。與國(guó)外相比，中石化儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)處于起步階段，雖然在地質(zhì)重構(gòu)、產(chǎn)能評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行管理等方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，但在儲(chǔ)氣庫(kù)多周期強(qiáng)注強(qiáng)采下動(dòng)態(tài)密封性評(píng)價(jià)、配產(chǎn)配注優(yōu)化、交變載荷下完井管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)、大變量地面柔性處理、全生命周期完整性評(píng)價(jià)等建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)方面還處于探索階段[7-11]；韌性水泥漿體系、承壓堵漏技術(shù)、交變應(yīng)力下套管設(shè)計(jì)技術(shù)等有待完善；建庫(kù)和運(yùn)行管理體系標(biāo)準(zhǔn)還處于逐步建立健全與完善階段。經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)不配套、基礎(chǔ)理論薄弱、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善等諸多因素給儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)與運(yùn)行帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)。

2.4 管理模式不盡完善，不利于儲(chǔ)氣庫(kù)高效運(yùn)行

由于目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)冬夏氣價(jià)峰谷差和調(diào)峰氣價(jià)，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)營(yíng)模式和調(diào)峰氣價(jià)尚未確立，儲(chǔ)氣庫(kù)成本如何回收、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益如何評(píng)價(jià)缺乏相關(guān)政策與制度?，F(xiàn)有政策將儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣納入管道氣氣價(jià)管理，沒(méi)有單獨(dú)進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)核算，難以體現(xiàn)儲(chǔ)氣庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益。目前在儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)營(yíng)與管理方面，仍采用西方早期的運(yùn)營(yíng)與管理模式，由中石化投資建庫(kù)，儲(chǔ)氣庫(kù)的調(diào)度、運(yùn)行和使用由中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣分公司負(fù)責(zé)，礦權(quán)屬于油田企業(yè)并由中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣分公司委托油田負(fù)責(zé)管理。這種投資、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)模式給儲(chǔ)氣庫(kù)投資、調(diào)度運(yùn)行、效益考核、利益分配帶來(lái)極大的障礙，使儲(chǔ)氣庫(kù)資源難以發(fā)揮最大的效用，不利于儲(chǔ)氣庫(kù)高效運(yùn)行。

3 儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

中石化在枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方面，經(jīng)過(guò)文96、文23儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與運(yùn)行，初步形成了儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址優(yōu)選、交變載荷動(dòng)態(tài)密封性評(píng)價(jià)、庫(kù)容參數(shù)評(píng)價(jià)與優(yōu)化、建庫(kù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆完井技術(shù)以及地面工程智能化管理和大功率注氣壓縮機(jī)研發(fā)等建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)；在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方面，通過(guò)金壇、黃場(chǎng)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，厚夾層垮塌技術(shù)等方面取得突破性進(jìn)展，形成了厚夾層腔體優(yōu)化設(shè)計(jì)、夾層垮塌預(yù)測(cè)與控制、造溶腔、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)；同時(shí)，以濟(jì)陽(yáng)坳陷為研究對(duì)象，探索了含水層儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)初步形成

整體來(lái)講，中石化氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)地質(zhì)條件較差，埋深普遍大于2 500 m；構(gòu)造復(fù)雜、斷層發(fā)育[12]；陸相沉積相變快、儲(chǔ)層物性較差、非均質(zhì)較強(qiáng)，且有邊底水，不同程度地發(fā)生水侵。針對(duì)此類復(fù)雜地質(zhì)條件，系統(tǒng)開展儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址優(yōu)選、交變載荷動(dòng)態(tài)密封性評(píng)、庫(kù)容參數(shù)評(píng)價(jià)與優(yōu)化、建庫(kù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，初步形成了復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)。

3.1.1 儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址優(yōu)選技術(shù)

優(yōu)選圈閉密封性、圈閉構(gòu)造、埋藏深度、儲(chǔ)層物性、儲(chǔ)量等關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)，同時(shí)考慮市場(chǎng)、地面和老井狀況等因素[13]，將30余項(xiàng)參數(shù)納入篩選評(píng)價(jià)體系?？傊笜?biāo)體系包括5個(gè)一類指標(biāo)，9個(gè)二類指標(biāo)，59個(gè)三類指標(biāo)，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法進(jìn)行優(yōu)選。運(yùn)用該方法對(duì)中石化的23個(gè)氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)備選庫(kù)址進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)選衛(wèi)11、文24、玉皇廟、永21、朱家墩和孤家子氣田作為中石化首選建庫(kù)目標(biāo)。預(yù)計(jì)可建成總庫(kù)容量48.59h108m3，有效工作氣量24.05h108m3。

3.1.2 交變載荷動(dòng)態(tài)密封性評(píng)價(jià)技術(shù)

文23儲(chǔ)氣庫(kù)上覆一套巨厚的文23鹽層為儲(chǔ)氣庫(kù)蓋層，斷層發(fā)育，為研究其在交變載荷下的動(dòng)態(tài)密封性，開展了三軸應(yīng)力、剪切等巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，校正地應(yīng)力測(cè)井解釋模型，計(jì)算單井的地應(yīng)力，結(jié)合三維地質(zhì)模型，建立了基于地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和巖石力學(xué)參數(shù)非均質(zhì)性的圈閉三維地質(zhì)力學(xué)模型，與滲流模擬模型聯(lián)動(dòng)計(jì)算，建立了圈閉地應(yīng)力—損傷—滲流耦合模型，模擬計(jì)算在儲(chǔ)氣庫(kù)強(qiáng)注強(qiáng)采下的三維地應(yīng)力場(chǎng)和蓋層、斷層面受力變化，以經(jīng)典的摩爾—庫(kù)侖準(zhǔn)則為依據(jù)，采用剪切安全指數(shù)評(píng)價(jià)蓋層的剪切破壞風(fēng)險(xiǎn)，采用斷層滑移指數(shù)評(píng)價(jià)斷層的穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)了儲(chǔ)氣庫(kù)的動(dòng)態(tài)密封性，保障了儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行。

3.1.3 庫(kù)容參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

由于儲(chǔ)氣庫(kù)短期高速注采，宏觀上，由于儲(chǔ)集層物性的差異，氣體短期高速注采將導(dǎo)致儲(chǔ)集層平面和縱向部分低滲區(qū)無(wú)法得到有效動(dòng)用；微觀上，受毛細(xì)管力滯后、孔喉非均質(zhì)性和氣水流動(dòng)能力差異等影響，多相流體高速互驅(qū)過(guò)程將發(fā)生氣水捕集、互鎖和繞流等現(xiàn)象[14-15]。因此，在儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容評(píng)價(jià)時(shí)，首先評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣庫(kù)水侵狀況、儲(chǔ)層非均質(zhì)性，結(jié)合多周期水氣互驅(qū)實(shí)驗(yàn)，分區(qū)分帶評(píng)價(jià)儲(chǔ)氣庫(kù)可動(dòng)用有效庫(kù)容。

在有效庫(kù)容評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以圏閉動(dòng)態(tài)密封性評(píng)價(jià)結(jié)果為主要依據(jù)，以不破壞儲(chǔ)氣庫(kù)封閉性的原則下，同時(shí)兼顧工作氣量、氣井產(chǎn)能和注入設(shè)備注入能力等因素，優(yōu)化了上限壓力；以儲(chǔ)氣庫(kù)采氣末期有較高產(chǎn)能、減少邊底水侵入、滿足采出氣進(jìn)站處理和外輸?shù)膲毫σ蟆⒕哂幸欢ㄒ?guī)模工作氣量、避免結(jié)鹽等為約束條件，優(yōu)化了兼顧調(diào)峰能力和工作氣量的下限壓力。在有效庫(kù)容評(píng)價(jià)和上、下限壓力優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工作氣量、墊氣量等庫(kù)容參數(shù)。確定文23儲(chǔ)氣庫(kù)有效庫(kù)容為104.21h108m3，上限壓力38.6 MPa，下限壓力20.92 MPa，氣庫(kù)有效工作氣量40.54h108m3。

專家共識(shí)推薦:膀胱穿孔預(yù)防措施包括：①防止膀胱過(guò)度充盈；②有序切除腫瘤，仔細(xì)止血，保持視野清晰；③切除側(cè)壁腫瘤時(shí)，采取適當(dāng)措施注意預(yù)防閉孔神經(jīng)反射；④對(duì)于體積較大或有肌層侵犯可能的腫瘤可甚至考慮采用分期手術(shù)。

3.1.4 建庫(kù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

針對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)短期高速注采和不均衡調(diào)峰采氣特殊性，采用考慮多因素的儲(chǔ)氣庫(kù)有限時(shí)率的合理井網(wǎng)密度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)氣井產(chǎn)能方程和管流方程，以臨界攜液、沖蝕流量、結(jié)鹽以及井口外輸壓力為約束條件[16-18]，通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析法，確定合理產(chǎn)量，依據(jù)設(shè)計(jì)工作氣量計(jì)算所需最低井?dāng)?shù)；根據(jù)高速不穩(wěn)定滲流井控理論，預(yù)測(cè)高速注采的有效井控半徑，確定實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)有效庫(kù)容控制的最低井?dāng)?shù)；根據(jù)用氣不均衡系數(shù)，確定調(diào)峰用氣高月和采氣末期兩個(gè)極端情況下所需井?dāng)?shù)，儲(chǔ)氣庫(kù)合理注采井?dāng)?shù)取3種計(jì)算結(jié)果的最大值。在井型優(yōu)選時(shí)，綜合考慮構(gòu)造特點(diǎn)、儲(chǔ)層厚度、物性、隔夾層發(fā)育等因素，評(píng)價(jià)不同井型產(chǎn)能和庫(kù)容控制程度，確定優(yōu)化井型。通過(guò)優(yōu)化，文23儲(chǔ)氣庫(kù)二期井型優(yōu)化為大斜度井，井?dāng)?shù)由37口優(yōu)化為15口（圖1）。

圖1 文23儲(chǔ)氣庫(kù)井位優(yōu)化部署圖

3.1.5 全生命周期完整性評(píng)價(jià)技術(shù)

儲(chǔ)氣庫(kù)大規(guī)模多周期強(qiáng)注強(qiáng)采，壓力循環(huán)波動(dòng)大，易造成儲(chǔ)氣庫(kù)圈閉地質(zhì)構(gòu)造失穩(wěn)、井筒完整性失效和地面設(shè)備故障，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。為了保障儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行，加強(qiáng)了儲(chǔ)氣庫(kù)地下—井筒—地面“三位一體”全生命周期安全管控技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)將儲(chǔ)氣庫(kù)常規(guī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、井網(wǎng)監(jiān)測(cè)與微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)協(xié)同配套，形成儲(chǔ)氣庫(kù)地層漏失風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)；在注采井完整性評(píng)價(jià)方面，建立套管、油管剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)和剩余壽命預(yù)測(cè)模型，分析套管腐蝕、設(shè)備密封性失效、固井質(zhì)量等多種因素的影響，建立基于故障樹的注采井泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和泄漏概率計(jì)算模型，對(duì)注采井完整性進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；對(duì)于地面設(shè)施，通過(guò)宏觀檢查、工藝分析、管系應(yīng)力分析等，確定地面設(shè)施的易腐蝕或損傷位置，采用無(wú)損檢測(cè)、超聲導(dǎo)波、外壁漏磁檢測(cè)等技術(shù)對(duì)管道易損失的地方重點(diǎn)檢測(cè)。全生命周期完整性評(píng)價(jià)技術(shù)的形成，為儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行提供了技術(shù)支持與保障。

3.2 探索了含水層儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)

為了探索含水層儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)，以中石化濟(jì)陽(yáng)坳陷含水圈閉為研究對(duì)象，開展了含水圈閉資源篩選、含水圈閉改建儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)評(píng)價(jià)、有效氣頂形成機(jī)理、關(guān)鍵庫(kù)容參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)研究，探索了含水層儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 有利含水圈閉篩選與評(píng)價(jià)技術(shù)

根據(jù)在輸氣管網(wǎng)和中大城市附近、遠(yuǎn)離人口稠密區(qū)與保護(hù)區(qū)、地質(zhì)資料較豐富、以背斜構(gòu)造為主等普查條件，利用地震、錄井、測(cè)井資料，研究了圈閉構(gòu)造、蓋層巖性和厚度分布、儲(chǔ)層特性，形成了適用于濟(jì)陽(yáng)坳陷含水層地質(zhì)評(píng)價(jià)要素（表3），評(píng)價(jià)了惠民凹陷和東營(yíng)凹陷61個(gè)水層圈閉，初步篩選出22個(gè)含水層圈閉。

表3 濟(jì)陽(yáng)坳陷含水層地質(zhì)評(píng)價(jià)要素

3.2.2 含水層儲(chǔ)氣庫(kù)氣頂形成機(jī)理模擬技術(shù)

為了研究含水層氣頂形成機(jī)理，設(shè)計(jì)、搭建了大尺寸含水層儲(chǔ)氣庫(kù)物理模型，模擬了多周期注采過(guò)程，明確了氣頂形成過(guò)程和相關(guān)機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同輪次同凈上覆壓力，孔隙度和滲透率的減少隨注采輪次增多，當(dāng)注采達(dá)到8個(gè)周期時(shí)，滲透率和孔隙度動(dòng)態(tài)變化趨于穩(wěn)定。在氣驅(qū)水過(guò)程中，隨著輪次增加，氣驅(qū)水時(shí)束縛水飽和度逐漸增加，束縛水條件下的氣測(cè)滲透率逐漸降低，氣驅(qū)水效率在55.13%～59.87%之間；在水驅(qū)氣過(guò)程中，隨著輪次增加，殘余氣飽和度逐漸增加。

3.3 厚夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)取得突破性進(jìn)展

中石化目前在建的江漢鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)具有埋藏深、夾層多、夾層厚的特征，深度大于2 000 m，夾層 3～7個(gè)，夾層厚度介于5～7 m，造成夾層垮塌控制難、形態(tài)控制難，造腔難度大。針對(duì)些地質(zhì)特點(diǎn)和建設(shè)過(guò)程中的問(wèn)題與難點(diǎn)，開展技術(shù)攻關(guān)，初步形成了一套針對(duì)深層、多夾層的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)系列。

3.3.1 腔體設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)

由于儲(chǔ)氣庫(kù)受多場(chǎng)應(yīng)力和周期注采交變荷載作用，若腔體形態(tài)不良及運(yùn)行壓力和運(yùn)行方式設(shè)計(jì)不合理等，將導(dǎo)致鹽腔大幅度收縮、失穩(wěn)、地表沉降等導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)密封失效。為此，針對(duì)深層、厚多夾層的特點(diǎn)，開展了鹽腔形態(tài)論證、腔體形態(tài)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)行壓力優(yōu)化以及腔體變形程度、蠕變率、穩(wěn)定性等研究攻關(guān)，初步形成了深層、厚多夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)腔體設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)。

根據(jù)王58井區(qū)地質(zhì)特征，篩選了造腔有利區(qū)（圖2）。在室內(nèi)鹽巖和泥巖的力學(xué)試驗(yàn)及蠕變?cè)囼?yàn)研究的基礎(chǔ)上（表4），結(jié)合國(guó)內(nèi)外鹽巖的力學(xué)特性參數(shù)，確定計(jì)算參數(shù)，建立了單腔力學(xué)模型。根據(jù)腔體短期腔周破損和長(zhǎng)期蠕變數(shù)值模擬結(jié)果，確定儲(chǔ)氣庫(kù)短期運(yùn)行最小壓力不能低于13 MPa，長(zhǎng)期運(yùn)行最小壓力為17 MPa。綜合考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、壓縮機(jī)組的安全性及壓力預(yù)測(cè)結(jié)果，確定最高運(yùn)行壓力32 MPa。并根據(jù)腔體的變形量、塑性區(qū)、體積收縮率、等效應(yīng)變分析，優(yōu)化了鹽穴腔體。

3.3.2 高強(qiáng)度注采膏鹽地層鉆完井技術(shù)

結(jié)合江漢高溫高壓、埋深大的地層特點(diǎn)，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、鉆完井液體系，形成適應(yīng)高強(qiáng)度注采膏鹽地層鉆完井工藝技術(shù)。井身結(jié)構(gòu)采用直井井型，表層套管+生產(chǎn)套管、先期裸眼完井方式。針對(duì)不同開次的地層特征，分別采用不同類型鉆井液體系，采用塑性飽和鹽水水泥漿體系，提高水泥環(huán)的韌性和承受交變載荷能力。應(yīng)用該技術(shù)，江漢鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)成功完鉆4口儲(chǔ)氣井。

3.3.3 多夾層垮塌控制與腔體形態(tài)控制技術(shù)

通過(guò)夾層垮塌模式實(shí)驗(yàn)，確定了在溶漓夾層初期，垮塌模式為分層剝離后的局部冒落垮塌；在溶漓夾層后期，垮塌模式為整體失穩(wěn)?；诳逅Ｊ胶蛫A層垮塌力學(xué)分析以及夾層垮塌試驗(yàn)數(shù)據(jù)校正，建立多夾層垮塌控制流程方法。

圖2 王58井區(qū)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)有利區(qū)規(guī)劃圖

表4 彈塑性和蠕變計(jì)算參數(shù)表

同時(shí)，研發(fā)了一套耐高溫高壓的井下油水界面監(jiān)測(cè)儀器，滿足了深層鹽穴要求。采用高精密電子元器件，計(jì)算油水界面深度；采用光纖代替電纜，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油水界面位置，形成深層鹽穴頂板控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)聲吶測(cè)試儀器、施工工藝、測(cè)試解釋研究，形成一套聲吶測(cè)腔施工和解釋處理技術(shù)。通過(guò)開展現(xiàn)場(chǎng)聲吶測(cè)試作業(yè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腔體形態(tài)，為腔體控制提供技術(shù)依據(jù)。

利用多夾層垮塌控制與腔體形態(tài)控制技術(shù)，王儲(chǔ)3井建腔層段內(nèi)的14夾、13夾、12夾層實(shí)現(xiàn)全部安全垮塌，成腔率大于70%，腔體型態(tài)安全可控。累計(jì)測(cè)試40余井次，腔體體積測(cè)量精度超過(guò)95%。

4 結(jié)論

1）與中石油相比，中石化的儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)起步較晚，建庫(kù)技術(shù)力量相對(duì)薄弱，加之地質(zhì)條件復(fù)雜，庫(kù)址篩選和建庫(kù)難度大。受建庫(kù)資源、地質(zhì)條件、經(jīng)營(yíng)模式等諸多因素影響，儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)面臨著一系的挑戰(zhàn)。

2）在氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方面，經(jīng)過(guò)文96、文23儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)與運(yùn)行，攻關(guān)了儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址優(yōu)選、交變載荷動(dòng)態(tài)密封性評(píng)、地質(zhì)重構(gòu)、有效庫(kù)容評(píng)價(jià)、庫(kù)容參數(shù)評(píng)價(jià)與優(yōu)化、建庫(kù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)等建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了復(fù)雜地質(zhì)條件氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)，下步應(yīng)加強(qiáng)達(dá)容達(dá)產(chǎn)研究。

3）在含水層型儲(chǔ)氣庫(kù)方面，以濟(jì)陽(yáng)坳陷為研究對(duì)象，開展了含水圈閉資源篩選、含水圈閉改建儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)評(píng)價(jià)、有效氣頂形成機(jī)理、關(guān)鍵庫(kù)容參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)研究，探索了含水層儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)，下步應(yīng)加強(qiáng)建庫(kù)技術(shù)政策研究。

4）在鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)方面，通過(guò)金壇、黃場(chǎng)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)，攻關(guān)了鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)腔體設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、多夾層垮塌與腔體形態(tài)控制等關(guān)鍵技術(shù)，厚夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，下步應(yīng)加強(qiáng)鹽腔穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)。