國內(nèi)鹽穴儲氣庫老腔利用現(xiàn)狀及展望

巴金紅 ，康延鵬，姜海濤，周冬林，焦雨佳，李銳敏，任眾鑫，齊得山，井 崗，閆鳳林

（1.中國石油天然氣股份有限公司鹽穴儲氣庫技術(shù)研究中心，江蘇鎮(zhèn)江 212002；2.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇南京 210000）

與其他類型的儲氣庫相比，鹽穴儲氣庫具有以下特點：（1）單個的鹽腔即可實現(xiàn)注采氣功能，因此氣庫可以邊建設(shè)邊投產(chǎn)，單個鹽腔在完成注氣排鹵后即可發(fā)揮注采氣作用；（2）鹽穴儲氣庫墊底氣占庫容的比例較低，為庫容的三分之一左右，最高時為油氣藏型儲氣庫墊底氣占比的一半左右，墊底氣投資相對較低并且在必要時鹽穴儲氣庫墊底氣可以完全回收；（3）鹽穴儲氣庫可以實現(xiàn)一年多周期注采，平衡期非常短甚至可以說不存在平衡期，金壇儲氣庫從注氣切換到采氣狀態(tài)最快只需要3 h，年度內(nèi)的注采氣量遠遠超過設(shè)計的工作氣量；（4）鹽穴儲氣庫的存儲空間均為獨立的單個鹽腔，能夠成為單個鹽腔的前提是腔體的密封性能完好，包括鹽層和夾層。因此，鹽穴儲氣庫鹽腔幾乎不存在傳統(tǒng)意義上的天然氣損耗，天然氣的損耗僅僅發(fā)生在地面管線輸送過程中并且很低；（5）與油氣藏等儲氣庫相比，鹽穴儲氣庫注采氣通道更為連續(xù)通暢，從鹽腔到井下管柱構(gòu)成一個有機的整體，單個鹽腔注采氣能力大并且采氣能力不存在采氣末期逐步衰減的現(xiàn)象[1]。

雖然鹽穴儲氣庫具有其他地下儲氣庫不具備的眾多優(yōu)點，但是鹽穴儲氣庫無論是在國外還是國內(nèi)具備的規(guī)模都非常小、占比都非常低。鹽穴儲氣庫的建設(shè)構(gòu)想最早是由德國人在1916 年提出的，1959 年蘇聯(lián)建成了世界第一個鹽穴地下儲氣庫。隨后，歐美等國家相繼開啟了鹽穴儲氣庫的建設(shè)征程，在20 世紀(jì)70～80 年代達到建設(shè)高峰期。截至目前，全世界共有100 多座鹽穴地下儲氣庫，工作氣量達到360×108m3左右，只占到全世界地下儲氣庫工作氣量的9 %左右[1]。

中國的鹽穴儲氣庫建設(shè)從2000 年左右開始，也是從中石油的江蘇金壇鹽穴儲氣庫的建設(shè)開始的，到現(xiàn)在將近有20 年的發(fā)展歷程。截至目前，有且僅有江蘇金壇地區(qū)開展了鹽穴地下儲氣庫工程建設(shè)并且形成一定的庫容和工作氣量，包括中石油金壇儲氣庫、中石化金壇儲氣庫、港華金壇儲氣庫。中石油金壇儲氣庫設(shè)計庫容26×108m3、工作氣量17×108m3，形成庫容10×108m3、工作氣量7×108m3；中石化金壇儲氣庫設(shè)計庫容11.79×108m3、工作氣量7.23×108m3，形成庫容1×108m3、工作氣量0.6×108m3；港華金壇儲氣庫設(shè)計庫容10×108m3、工作氣量6×108m3，形成庫容1.5×108m3、工作氣量0.88×108m3。國內(nèi)三座鹽穴地下儲氣庫設(shè)計總庫容47.8×108m3、總工作氣量30.23×108m3，形成總庫容12.5×108m3、總工作氣量8.48×108m3，僅占全國地下儲氣庫工作氣量的7 %左右。

究其原因，主要存在以下幾個方面的問題：（1）國外鹽穴儲氣庫的建庫地質(zhì)條件雖然總體上相對國內(nèi)較好，很多都是在鹽丘中建設(shè)的并且有些鹽穴儲氣庫臨近海邊、具有得天獨厚的鹵水排放渠道可以大大加快鹽穴儲氣庫的建設(shè)速度、縮短建設(shè)周期，但是鹽穴儲氣庫的建設(shè)成本還是相對較高。據(jù)一些統(tǒng)計資料顯示，國外鹽穴地下儲氣庫單方工作氣投資能夠達到油氣藏型地下儲氣庫的3～8 倍；（2）國內(nèi)雖然鹽礦資源豐富，但是適合建設(shè)鹽穴地下儲氣庫的并不多。通過對中國地下鹽礦特征及鹽穴建庫地質(zhì)評價研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)含鹽系地層基本為陸相沉積，鹽類物質(zhì)由地表水或地下水?dāng)y帶進入內(nèi)陸盆地蒸發(fā)沉積形成礦床，普遍存在礦層層數(shù)多、單層厚度薄、累積厚度薄以及夾層多等特征，以層狀巖鹽為主。另外，還有些巖鹽埋深較深，有的埋深能夠達到數(shù)千米。不利的地質(zhì)條件導(dǎo)致很多地方不具備建設(shè)鹽穴儲氣庫的條件，即使具備建設(shè)條件也會大大增加投資，經(jīng)濟效益較差；（3）儲氣庫投資效益回收通道尚未建立、市場機制暫未形成是儲氣庫建設(shè)速度緩慢的又一重要影響因素，油氣藏型儲氣庫大都歸屬于中石油、中石化，在未形成價格機制以前可以通過與管道綁定、在管輸費中體現(xiàn)的方式實現(xiàn)一定儲氣費價值，而鹽穴儲氣庫的建設(shè)由于礦權(quán)歸屬地方鹽礦的原因，今后將主要依賴地方政府、鹽礦、燃氣公司承擔(dān)建設(shè)，投資回收渠道不明、價格市場機制未形成對地方政府、鹽礦以及燃氣公司的投資積極性產(chǎn)生極大影響，大大延緩了鹽穴儲氣庫的建設(shè)步伐，也降低了鹽穴儲氣庫在國內(nèi)儲氣庫中的占比，隨著近期國家關(guān)于調(diào)峰儲氣設(shè)施建設(shè)各項配套政策的推進與落地，這種情況將很快得到改善。

為此，不斷優(yōu)化鹽穴儲氣庫建設(shè)工藝設(shè)計、創(chuàng)新鹽穴儲氣庫建設(shè)思路、探索鹽穴儲氣庫建設(shè)新工藝新技術(shù)以及研究與儲氣庫商業(yè)化運營配套的各項政策與機制，從而加快鹽穴建設(shè)周期、降低鹽穴儲氣庫建設(shè)投資、提高各方建設(shè)鹽穴地下儲氣庫的積極性，是推動國內(nèi)鹽穴儲氣庫建設(shè)邁向新臺階的重要舉措。國內(nèi)井礦鹽開采歷史悠久，在采鹵制鹽的過程中形成了大量的老腔閑置，老腔利用即是一個既能加快鹽穴儲氣庫建設(shè)周期，又能降低鹽穴儲氣庫建設(shè)成本的最有效的途徑。

1 老腔利用現(xiàn)狀

圖1 金壇鹽礦采鹵制鹽形成的老腔分布圖（2005 年）

1.1 單井單腔老腔

單井單腔類型老腔改造利用是伴隨著原中石油金壇儲氣庫的建設(shè)開始的，原中石油金壇儲氣庫位于江蘇省常州市金壇區(qū)直溪鎮(zhèn)金壇鹽礦，金壇鹽礦礦區(qū)面積60.5 km2，礦石儲量162.42×108t，氯化鈉儲量125.38×108t，鹽盆有茅興礦、茅溪礦、趙家棚礦、新金冠礦、崗龍礦5 個鹽業(yè)開采礦區(qū)，礦權(quán)均歸屬于中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，年生產(chǎn)規(guī)模約為300×104t。1988 年第一口鹽井-茅1 井開始采鹽，到現(xiàn)在積累了大量的老腔。2005 年，中石油在對金壇鹽礦老腔全面調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定了一整套老腔篩選評價利用的程序?qū)饓}礦43 口老腔進行了逐一篩選（見圖1），最終選擇6 口老腔進行了改造利用（其中5 口投入注采氣生產(chǎn)、1 口作為觀察井使用），形成腔體凈體積共計72×104m3左右，庫容大約8 900×104m3，工作氣約5 000×104m3。2012 年，金壇港華燃氣公司再次利用中鹽老腔三個，形成腔體體積50×104m3，庫容7 000×104m3，工作氣4 000×104m3。目前，中鹽正在對其他老腔進行篩選評價，計劃繼續(xù)改造利用老腔。

單井單腔類型老腔改造利用的關(guān)鍵技術(shù)路線是：（1）篩選。從地質(zhì)條件來看，需具備良好的蓋層、鄰近斷層及裂縫發(fā)育少、規(guī)模小等；從腔體條件來看，需具備一定的腔體體積以滿足經(jīng)濟性要求、與鄰近腔體之間滿足安全礦柱要求、腔體之間無串通、具備一定厚度頂板；從地面條件來看，井口與周圍建筑物等滿足安全距離要求。（2）評價。包括密封性評價和穩(wěn)定性評價。（3）改造。對老腔原有井筒進行套銑，按照儲氣庫標(biāo)準(zhǔn)重新下入完井管柱。

1.2 對接連通老腔

國內(nèi)鹽礦資源豐富，塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地、江漢盆地等地方都有儲量豐富的鹽礦資源。但是，采取金壇鹽礦單井單腔的方式進行采鹵制鹽的鹽礦非常少，有些鹽礦早期有些零散的單井單腔，現(xiàn)在都普遍采用對井連通方式進行開采，并且以定向水平對接連通井的開采方式為主（見圖2）。對井連通開采主要有以下幾個優(yōu)點：（1）經(jīng)過較短建槽期就可以返出高濃度鹵水；（2）產(chǎn)能大幅提高，一組水平對接井產(chǎn)能是一對直井產(chǎn)能的2～4 倍；（3）井下事故極少，鹵水井生產(chǎn)修井處理費用大幅降低；（4）自下而上逐層開采，服務(wù)年限較長；（5）最大限度利用礦區(qū)巖鹽資源，采收率較高，經(jīng)濟效益較好[2，3]。

2017 年，原中石油金壇儲氣庫在江蘇淮安開展了對接連通老腔改造利用工程試驗研究。首先通過對鹽礦歷史采鹵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析初步篩選出體積較大并且頂板未被溶蝕的對接連通老腔，然后通過修井和測井進一步篩選出井筒條件較好、便于后續(xù)聲吶儀器下入進行聲吶檢測的對接連通老腔，最后進行聲吶檢測確定腔體的體積與形狀[4]。由于定向水平對接連通井井距較大，當(dāng)從其中一口井注水、另一口井采鹵時，鹵水在流經(jīng)定向水平通道前或者一部分后就達到飽和。因此，在開采初期，溶蝕只發(fā)生在兩口井周圍40 m～50 m 范圍，水平連接通道幾乎無法被溶蝕，在后續(xù)的開采過程中也一直如此，而兩口井分別由于不溶物沉渣導(dǎo)致腔體底部逐步抬升。因此，對接連通的兩口井的聲吶檢測結(jié)果是只檢測出直井和定向井井眼周圍、距離鉆井初始井底200 m 處的腔體的體積與形狀（見圖3、圖4），也再次驗證了對接連通井井距較大時，兩口井之間的連通通道幾乎不被溶蝕，鹽礦企業(yè)最初設(shè)想通過水平對接連通實現(xiàn)自下而上分層開采、最大程度利用礦區(qū)巖鹽資源的想法無法實現(xiàn)，需要找到井距的臨界值從而優(yōu)化鉆井實施。

對接連通老腔的改造利用暫時還沒有完整的工程實踐案例，但是改造利用的思路已經(jīng)基本清晰，除應(yīng)用單井單腔老腔篩選評價及改造利用技術(shù)之外，需要重點考慮的是注氣排鹵工藝。目前大致上有這么幾種方案：在兩口對接連通老腔之間再鉆一口新井與水平連通通道相連，如果鉆井過程中井眼與水平通道有一定的偏差，可以對新井溶蝕一段時間使之與水平通道相連，然后從兩口老腔同時注氣，重新鉆井排鹵[1]；對原有的兩口對接連通老腔直接進行套銑，分別進行注氣排鹵；封堵原有兩口老腔，分別鉆兩口新井與兩口老腔連通，進行注氣排鹵[5-9]。方案可以根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟對比取舍。

2 老腔利用發(fā)展方向

圖2 鹽礦對接連通開采方式示意圖

圖3 鹽礦對接連通井組三維形態(tài)示意圖（正視圖）

圖4 鹽礦對接連通井組三維形態(tài)示意圖（俯視圖）

國內(nèi)鹽礦資源豐富，巖鹽開采歷史悠久，分布有大量的井礦鹽開采企業(yè)，經(jīng)過幾十年的開采已經(jīng)形成大量的老腔。經(jīng)過初步統(tǒng)計，僅江蘇淮安、江蘇楚州、江蘇定遠、江蘇泰安、江蘇豐縣、湖北應(yīng)城、湖北云夢、平頂山葉縣、平頂山舞陽、云南安寧、江西樟樹等地就有500 口以上老腔。老腔是加快鹽穴儲氣庫建設(shè)步伐、降低鹽穴儲氣庫建設(shè)投資、提高鹽穴儲氣庫經(jīng)濟效益的最直接最有效的途徑，如果國內(nèi)鹽礦采鹽形成的老腔能夠得到充分利用，按照1 口井保守10×104m3計算，就可以在很短的時間內(nèi)形成5 000×104m3腔體體積，原中石油金壇儲氣庫全部建成形成腔體體積1 340×104m3，已有老腔的體積將近5 個金壇儲氣庫。但是，國內(nèi)老腔改造利用成功的只有金壇的10 口老腔，主要原因是國內(nèi)很多老腔由于開采時間較長、鹽礦企業(yè)追求資源的最大化利用等原因，很多老腔之間都已經(jīng)串通，甚至連成一片（見圖5），有的是幾個單井單腔連通、有的是壓裂連通、有的是水平對接連通后開采過程中再與其他井相連通，無法像金壇鹽礦的單井單腔那樣改造利用。但是，類比于油氣藏或者水層儲氣庫，他們有個共同點：在既定的某個區(qū)域范圍內(nèi)，整體上是圈閉的。不同的是：油氣藏儲氣庫是由油氣藏改建而來，在改建前已經(jīng)知道具備良好的密封性，不需要進一步探索；而連通的腔群雖然在剛開始還是獨立的單井或者對接井時是密封性能良好的，但是在后續(xù)的溶蝕過程中發(fā)生了變化，需要進一步研究，只要區(qū)域范圍內(nèi)不存在大的斷層或者發(fā)育的裂縫等就有極大的可利用性。因此，國內(nèi)老腔利用需要進一步向著腔群整體利用的方向發(fā)展，開展相關(guān)理論研究及現(xiàn)場工程試驗研究。

圖5 鹽礦腔群連通示意圖

3 結(jié)論

（1）鹽穴儲氣庫具有注采切換靈活、可實現(xiàn)多周期注采、單井吞吐量大、墊底氣可完全回收以及可邊建設(shè)邊投產(chǎn)等優(yōu)點，應(yīng)該加快鹽穴儲氣庫的建設(shè)步伐，尤其是配套機制及政策的落地，對于鹽穴儲氣庫在地方政府、鹽礦以及燃氣公司發(fā)揮季度調(diào)峰、月度調(diào)峰甚至日調(diào)峰有重要意義。

（2）國內(nèi)鹽礦資源豐富、鹽礦企業(yè)眾多、鹽礦資源開采歷史悠久，形成了大量的老腔，國內(nèi)已經(jīng)成功改造利用單井單腔老腔近10 余口，同時也對對接連通老腔開展了部分工程試驗研究，為國內(nèi)老腔改建鹽穴地下儲氣庫奠定了堅實基礎(chǔ)。

（3）國內(nèi)老腔改造利用還處于起步階段，要想利用老腔加快鹽穴儲氣庫建設(shè)步伐、提高鹽穴儲氣庫在國內(nèi)儲氣庫中的占比，腔群改造利用是老腔改造利用的下步發(fā)展方向，需要深入開展相關(guān)理論研究及工程試驗研究。