李銳敏,齊 磊,姜海濤,陳 飛,林 敏,巴金紅,杜玉潔
(中國(guó)石油天然氣股份有限公司鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究中心,江蘇鎮(zhèn)江 212004)
地下儲(chǔ)氣庫(kù)有油氣藏型、鹽穴型、水層型、礦坑型等多種儲(chǔ)氣庫(kù)類(lèi)型,其中油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)和鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)是最主要的兩種類(lèi)型,并已在各國(guó)大量建設(shè)[1,2]。這兩種類(lèi)型的儲(chǔ)氣庫(kù)相比,鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)具有建設(shè)周期較長(zhǎng)(老腔改建儲(chǔ)氣庫(kù)[3]除外),吞吐量大、注采轉(zhuǎn)換靈活等特點(diǎn)[4]。正是由于鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的以上特點(diǎn),使得鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)成為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的主要類(lèi)型之一,同時(shí)也使鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。
經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐,目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成了三種成熟的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù):大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)、雙井單腔建庫(kù)技術(shù)[5]。
大井眼建庫(kù)技術(shù)一般采用762 mm(導(dǎo)管)+508 mm(表層套管)+339.7 mm(生產(chǎn)套管)的井身結(jié)構(gòu),井身結(jié)構(gòu)及注采管柱(見(jiàn)圖1(a))。由于井眼直徑較大,可以滿(mǎn)足大排量快速造腔及大排量注采氣的需要,造腔階段注水排量可達(dá)300 m3/h,造腔速度快、周期短,一般造腔周期一年左右。注采氣管柱外徑為244.5 mm,日注采氣量可達(dá)500×104m3。國(guó)外造腔鹵水一般采取直排入?;蚺湃臌}湖的方式,不受鹵水消化能力的限制,因此,大井眼建庫(kù)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。
常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)一般采用的井身結(jié)構(gòu)為508 mm(導(dǎo)管)+339.7 mm(表層套管)+244.5 mm(生產(chǎn)套管),井身結(jié)構(gòu)及注采管柱(見(jiàn)圖1(b))。由于井眼直徑較小,造腔階段注水排量為100 m3/h 左右,造腔速度慢、周期長(zhǎng),一般造腔周期三年左右。注采氣管柱外徑為177.8 mm,日注采氣量可達(dá)150×104m3。國(guó)內(nèi)為了保護(hù)鹽業(yè)資源,鹵水不能直接排入海洋,只能由制鹽工廠(chǎng)接收,排量受到限制。因而國(guó)內(nèi)鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)一般采用常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)。
雙井單腔建庫(kù)技術(shù)實(shí)際上是兩口常規(guī)井眼對(duì)應(yīng)一口腔,井身結(jié)構(gòu)與常規(guī)井眼建庫(kù)方案相同,井身結(jié)構(gòu)及注采管柱(見(jiàn)圖1(c))。造腔時(shí)一注一采,也可以實(shí)現(xiàn)大排量(300 m3/h 左右)快速造腔。注采氣時(shí)一口井注(采)氣、一口井排(注)鹵水,也可以實(shí)現(xiàn)大排量注采氣,日注采氣量可達(dá)150×104m3,且注采氣量較穩(wěn)定。英國(guó)Portland 地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目即采用了該項(xiàng)技術(shù)方案,并且取得較好效果。近幾年,為了加快鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)、節(jié)約投資、提高效益,國(guó)內(nèi)鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)成功進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。
圖1 三種方案井身結(jié)構(gòu)及注采管柱示意圖
對(duì)于不同的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù),由于鹽層條件(鹽層深度、厚度、鹽礦品位等)、鉆井(固井、測(cè)井、錄井)、造腔及注采完井工藝復(fù)雜程度、地面工程施工難度各不相同,在方案設(shè)計(jì)階段如何對(duì)不同的建庫(kù)技術(shù)進(jìn)行投資成本對(duì)比分析,從而選擇投資最省、效益最好的技術(shù)方案,就成為鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)最重要的工作,需要鉆井、造腔、注采完井、地面建設(shè)等各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員共同完成。
從鉆、完井工藝復(fù)雜程度、造腔速度、腔體體積、地面工程施工工藝復(fù)雜程度、運(yùn)行管理等方面對(duì)三種建庫(kù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比(以常規(guī)井眼作為參考),具體(見(jiàn)表1)。
從表1 可以看出,相對(duì)于常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)方案,大井眼建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大;雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大、理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)墊底氣[11-13]。
表1 三種建庫(kù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比(技術(shù)方面)
鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資采用下式計(jì)算:
式中:IN-鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程總投資;A-前期評(píng)價(jià)費(fèi)用;B-地下工程費(fèi)用;C-地面工程費(fèi)用;D-墊氣費(fèi);E-其他費(fèi)用。
(1)前期評(píng)價(jià)費(fèi)用包括施工費(fèi)(二維和三維地震采集勘探、資料井鉆探、VSP 測(cè)井、巖心掃描、監(jiān)理費(fèi))、施工方案設(shè)計(jì)費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤與技術(shù)服務(wù)費(fèi)、科研費(fèi)、建管費(fèi)等。
(2)地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)地下工程費(fèi)用(包括鉆井工程費(fèi)用、造腔工程費(fèi)用、注氣排鹵費(fèi)用);對(duì)于特定鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù),可結(jié)合行業(yè)定額、該區(qū)塊前期鉆井、采鹽、造腔、注氣排鹵發(fā)生的費(fèi)用測(cè)算地下工程單價(jià),進(jìn)而測(cè)算地下工程的總費(fèi)用[16]。
地下工程的總費(fèi)用采用下式計(jì)算:
式中:hi-h(huán)i-1-第i 段鉆井進(jìn)尺(h0=0,hl=h),m;h-總鉆井進(jìn)尺,m;Chi-第i 段井深的孔深取費(fèi)系數(shù);CΦi-第i 段井深的孔徑取費(fèi)系數(shù);Pdi-第i 段井深鉆井費(fèi)用,元/小時(shí);Vj-Vj-1-第j 段腔體體積(V0=0,Vm=V),m3;V-腔體體積,m3;Pcj-第j 段體積范圍的造腔費(fèi)用,元/立方米;Phk-第k 段埋深的注氣排鹵費(fèi)用,元/小時(shí)。
(3)地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)地面工程包括輸氣干線(xiàn)、注采氣站、集輸系統(tǒng)(集輸管道、集氣區(qū))、生活輔助設(shè)施、通訊自控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)工程等,費(fèi)用可根據(jù)行業(yè)定額結(jié)合地區(qū)實(shí)際進(jìn)行測(cè)算。
(4)墊氣費(fèi):地下儲(chǔ)氣庫(kù)在正常運(yùn)行情況下,為保證腔體穩(wěn)定,允許下降到的最低壓力,稱(chēng)下限壓力,此時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)腔體內(nèi)庫(kù)存的天然氣即為墊底氣。
目前,國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)過(guò)程中均將墊底氣費(fèi)用列入工程投資[17]。
據(jù)統(tǒng)計(jì),地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣量占最大庫(kù)容的35%~48%,墊底氣投資占總投資的26%~43%。墊底氣投資國(guó)內(nèi)做過(guò)相關(guān)研究,其中,王元?jiǎng)偟冗M(jìn)行了鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣回收價(jià)值及資金時(shí)間價(jià)值的計(jì)算方法研究[18],羅天寶等進(jìn)行了地下儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法研究[19]。
(5)地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)其他費(fèi)用包括前期工作咨詢(xún)費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)井位踏勘費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、施工服務(wù)費(fèi)、科研費(fèi)、預(yù)備費(fèi)、資源利用綜合費(fèi)、國(guó)外合作費(fèi)等。
從上面的費(fèi)用構(gòu)成可以看出,對(duì)于地質(zhì)條件相同的鹽層儲(chǔ)氣庫(kù),針對(duì)不同的建庫(kù)方案,應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的投資分析,選擇投資省、效益好的建庫(kù)方案。
經(jīng)過(guò)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,可供選擇的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資對(duì)比方法有兩種[20,21]:
方法一:以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)最大庫(kù)容為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比,即以形成一立方米天然氣庫(kù)容需要的投資額為參照進(jìn)行對(duì)比。
方法二:以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比,即以形成一立方米天然氣工作氣量需要的投資額為參照進(jìn)行對(duì)比。
最大庫(kù)容(vg):地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)在正常運(yùn)行情況下,允許上升到的最高壓力,稱(chēng)上限壓力,此時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)腔體內(nèi)庫(kù)存的天然氣量即為最大庫(kù)容。
最大工作氣量(vt):最大庫(kù)容與墊底氣量的差值。
目前,廣泛采用方法二進(jìn)行鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工程投資對(duì)比,即以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比。
某鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù),鹽頂埋深1 800 m 左右,鹽層厚度300 m,綜合含礦率80%左右,擬建儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量20×108m3,現(xiàn)以大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)、雙井單腔建庫(kù)技術(shù)三種鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)進(jìn)行投資對(duì)比。
腔體主要參數(shù)(見(jiàn)表2)。
表2 鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)腔體主要參數(shù)
由以上主要參數(shù)可以計(jì)算出單腔最大庫(kù)容6 636×104m3。
如采用大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)建庫(kù),則單腔工作氣3 687×104m3,墊底氣2 949×104m3。
如采用雙井單腔建庫(kù)技術(shù)[22],則最大庫(kù)容與工作氣量均為6 636×104m3。
根據(jù)工作氣量20×108m3的要求,結(jié)合該儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際,列出了三種方案的工程量,具體(見(jiàn)表3)。
表3 三種建庫(kù)技術(shù)工程量對(duì)比表
雖然三種技術(shù)方案對(duì)應(yīng)的單腔體積相同,但是三種方案的主要工程量是不相同的。
具體來(lái)說(shuō),雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求的鹽腔數(shù)量少,為31 口,另兩種方案為55 口;雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求鉆井?dāng)?shù)量多,為62 口,因而其鉆井、注采完井工程量多;雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求的造腔工程量少,造腔體積為775×104m3;在風(fēng)險(xiǎn)較大的不壓井作業(yè)方面,雙井單腔建庫(kù)技術(shù)則沒(méi)有這方面的工程量,降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)行業(yè)有關(guān)定額及相關(guān)規(guī)定,結(jié)合上述三種方案對(duì)應(yīng)的工程量,計(jì)算了某鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的工程投資,具體(見(jiàn)表4 和圖2)。
表4 三種建庫(kù)技術(shù)工程投資對(duì)比 單位:萬(wàn)元
圖2 三種建庫(kù)技術(shù)工程投資對(duì)比(億元)
由此可知,常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)單方工作氣成本約4.93 元。大井眼建庫(kù)技術(shù)單方工作氣成本較常規(guī)的偏高,為5.04 元,但其具有注采氣速率較快的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)雙井單腔造腔技術(shù)由于理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)墊底氣技術(shù),成本最低僅3.55 元/立方米。
通過(guò)這些對(duì)比,可以得出以下結(jié)論:
(1)相對(duì)于常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)方案,大井眼建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大,雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大、無(wú)墊底氣。
(2)通過(guò)實(shí)例分別對(duì)三種建庫(kù)技術(shù)方案投資成本進(jìn)行計(jì)算,從計(jì)算結(jié)果可以看出,鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)大井眼建庫(kù)技術(shù)與常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)工程投資差別不大,基本處于同一水平。
(3)以實(shí)例中鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)成本分析可以得出,實(shí)例中鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)采用雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案投資最省,投資成本相對(duì)其他兩種方案降低約29%。形成一立方米工作氣成本約為3.55 元,低于大井眼及常規(guī)建庫(kù)技術(shù)方案。
除了上述對(duì)比,還做了一些其他地質(zhì)條件、儲(chǔ)氣規(guī)模的不同建庫(kù)技術(shù)方案的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在單腔庫(kù)容小于5 000×104m3的情況下,雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì),而大井眼建庫(kù)技術(shù)與常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)則投資較低。