鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用研究

劉潔瑩LIU Jie-ying；畢智高BI Zhi-gao

（榆林學(xué)院，榆林 719000）

0 引言

隨著環(huán)境保護(hù)和治理的迫切需求，加上碳減排市場(chǎng)的建立，我國(guó)對(duì)天然氣的需求量增加。近年來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化速度加快，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)，人們對(duì)天然氣的需求越來(lái)越迫切，使得天然氣存儲(chǔ)和天然氣調(diào)峰之間的矛盾越來(lái)越突出。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，目前我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)面臨諸多困境，其中亟需解決的問(wèn)題是如何推進(jìn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)業(yè)務(wù)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。因此，現(xiàn)階段要加強(qiáng)地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，建立安全的天然氣輸送環(huán)境，使得地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)處于鼎盛時(shí)期。

根據(jù)建庫(kù)條件的不同，我們將地下儲(chǔ)氣庫(kù)分為鹽穴型、含水層型、枯竭油氣藏型、廢棄礦穴型等四種儲(chǔ)氣庫(kù)型。其中，鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)可以更好地儲(chǔ)存碳?xì)浠衔?，并具有非滲透性良好的優(yōu)點(diǎn)；儲(chǔ)氣庫(kù)力學(xué)性能穩(wěn)定同時(shí)適應(yīng)儲(chǔ)存壓力的不斷變化。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 儲(chǔ)氣庫(kù)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

從地下儲(chǔ)氣庫(kù)的發(fā)展歷程來(lái)看，其最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)初期。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料記載，世界上第一座地下儲(chǔ)氣庫(kù)建成于1915年，到1925年僅有4座地下儲(chǔ)氣庫(kù)，1933年發(fā)展到15座。30年代后期和40年代初期儲(chǔ)氣庫(kù)有了一定的發(fā)展，到1946年達(dá)到75座。

上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始，地下儲(chǔ)氣庫(kù)有了質(zhì)的飛躍。上個(gè)世紀(jì)90年代，美國(guó)建成投產(chǎn)37座，其中枯竭氣田型儲(chǔ)氣庫(kù)17座，鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)16座。儲(chǔ)氣庫(kù)于2000年陸續(xù)建成并主要分布在美國(guó)、加拿大等西方國(guó)家。（表1）

表1 世界地下儲(chǔ)氣庫(kù)分布

1.2 儲(chǔ)氣庫(kù)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方國(guó)家，我國(guó)第一座儲(chǔ)氣庫(kù)建造于1967年，共使用了十八年。二十世紀(jì)六十年代末，我國(guó)首次利用廢藏改建技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)氣庫(kù)的設(shè)計(jì)和建設(shè)。伴隨西氣東輸工程的發(fā)展，地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)列入我國(guó)重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

據(jù)了解，2000年起，中石油在科技部和財(cái)政部等部門(mén)的支持下，組織相關(guān)科研人員進(jìn)行研究，在研究人員的不斷努力下形成以我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件為背景的選址技術(shù)等4項(xiàng)研究成果。同時(shí)這四項(xiàng)創(chuàng)新性成果將應(yīng)用于北京、新疆、重慶等地儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)，這一舉動(dòng)刷新了注氣井深等世界紀(jì)錄，是我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)發(fā)展的標(biāo)志性實(shí)踐。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，到2011年下半年，金壇儲(chǔ)氣庫(kù)的總儲(chǔ)氣量已經(jīng)達(dá)到了6.7×108m3。此外，湖北云應(yīng)市以及江蘇淮安市的鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)初步完成前期調(diào)研工作，并且已經(jīng)著手建設(shè)；河南平頂山計(jì)劃將之前的鹽礦改建成為鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)，目前相關(guān)部門(mén)正在進(jìn)行地質(zhì)勘察工作，并且對(duì)天然氣輸送環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。除此之外，云南安寧的鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)正處于勘查測(cè)試時(shí)期，而且目前已經(jīng)取得一定的考察成果。

2 鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)

為全面認(rèn)知、預(yù)測(cè)和調(diào)控我國(guó)鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)失效可能引起的災(zāi)害事故，并重視注采氣過(guò)程對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)穩(wěn)定性的重要影響，我們要借助圖書(shū)館、知網(wǎng)等搜集國(guó)外關(guān)于鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的相關(guān)資料信息，并且進(jìn)行系統(tǒng)化的梳理和歸納，總結(jié)出國(guó)外在鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)方面的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在學(xué)習(xí)借鑒的基礎(chǔ)上，與我國(guó)鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)際研究有機(jī)結(jié)合起來(lái)，對(duì)鹽穴型地下儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行全面的分析與評(píng)價(jià)，并且建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，促進(jìn)我國(guó)鹽巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采系統(tǒng)相關(guān)體系的豐富和完善，為我國(guó)戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備提供強(qiáng)有力的支撐，保證鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，進(jìn)一步滿(mǎn)足人們對(duì)天然氣的需求。

2.1 工程實(shí)例

本文以江蘇金壇儲(chǔ)氣庫(kù)為例，該儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)在地下鹽礦，此處具有相對(duì)較高的地勢(shì)。該鹽礦長(zhǎng)4200m，寬2100m，預(yù)計(jì)儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)面積大概為8900m2。按照既定計(jì)劃，金壇儲(chǔ)氣庫(kù)需要對(duì)五座老井進(jìn)行改造，在此基礎(chǔ)上建設(shè)五十七座溶腔，其中已完成5口已有溶腔的改造，投產(chǎn)使用約為1.21×108m的儲(chǔ)氣量，預(yù)計(jì)新建設(shè)的溶腔儲(chǔ)氣量可達(dá)7.22×108m3。該儲(chǔ)氣庫(kù)在突發(fā)情況下，或冬季采用采氣外供，正常情況下采用注氣這一轉(zhuǎn)換工藝流程，主要由西氣東輸工程的鎮(zhèn)江分站將天然氣輸送到地上設(shè)施。其中輸氣管道的外部直徑是1016mm，運(yùn)行壓力控制在10.0MPa。同時(shí)，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行壓力可達(dá)7.0～14.5MPa。

2.2 儲(chǔ)氣設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估

該地下儲(chǔ)氣設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元包括注采管柱單元、井口裝置單元、儲(chǔ)氣腔體單元?；跇?gòu)建的鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)事故致因模型結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，對(duì)地下儲(chǔ)氣設(shè)施的各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)，見(jiàn)表2。

表2 鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的地下儲(chǔ)氣設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)因素

可見(jiàn)，各風(fēng)險(xiǎn)因素是導(dǎo)致各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元失效的表層直接原因、中間間接原因以及深層根本原因。其中，導(dǎo)致各評(píng)估單元失效的深層根本因素均為管理漏洞（安全監(jiān)管欠缺、規(guī)章制度不合理、安全培訓(xùn)不到位、應(yīng)急保障缺乏）、連續(xù)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及從業(yè)時(shí)間較短。表層直接因素均為直接導(dǎo)致失效的直接風(fēng)險(xiǎn)因素，如在管道單元中表層直接影響因素為內(nèi)防腐涂層失效、超壓和局部應(yīng)力集中；在計(jì)量調(diào)壓?jiǎn)卧斜韺又苯佑绊懸蛩貫樾盘?hào)處理單元失效、密封系統(tǒng)失效、超聲波探頭失效、零流量測(cè)量定期檢測(cè)效果欠佳等。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的可行性分析

金壇鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)特點(diǎn)如下：

①鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展預(yù)測(cè)是一個(gè)隨著時(shí)間變化發(fā)展的問(wèn)題，且該系統(tǒng)中各風(fēng)險(xiǎn)因素間存在復(fù)雜的非線(xiàn)性耦合關(guān)系，而這難以用常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法描述；

②鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)包括了人員風(fēng)險(xiǎn)、工藝設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)，各風(fēng)險(xiǎn)子系統(tǒng)中又包括多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，且風(fēng)險(xiǎn)因素間存在包含正（負(fù)）反饋關(guān)系的多重反饋鏈；

③鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，不僅要站在宏觀視角對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行嚴(yán)格的把控，也需要從微觀角度對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行研究，把握關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，找到導(dǎo)致事故發(fā)生的薄弱環(huán)節(jié)；

④鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)問(wèn)題是一個(gè)長(zhǎng)期性的問(wèn)題，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的走向進(jìn)行長(zhǎng)期性的研宄，把握風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，從而采取有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展初期，由于鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)選址的固有風(fēng)險(xiǎn)（鹽層強(qiáng)度、鹽巖覆蓋層厚度、鹽巖體積收斂率等）難以改變，且管理模式尚未成熟，工作人員的作業(yè)環(huán)境和設(shè)備的運(yùn)維環(huán)境仍待改善，此外由于作業(yè)環(huán)境和運(yùn)維環(huán)境受到當(dāng)時(shí)天氣因素的影響，故風(fēng)險(xiǎn)水平呈一定的波動(dòng)狀態(tài)，但基本保持穩(wěn)定。在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展后期，由于形成了較為成熟的管理機(jī)制，運(yùn)維環(huán)境、作業(yè)環(huán)境得到改善，但初期選址風(fēng)險(xiǎn)難以改變，仍影響著環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平有一定程度下降，但總體下降幅度不大。

3 結(jié)論

按照國(guó)家戰(zhàn)略部署要求，從我國(guó)現(xiàn)有天然氣資源的實(shí)際情況以及市場(chǎng)對(duì)天然氣的需求，我國(guó)將會(huì)形成四大儲(chǔ)氣庫(kù)群。2019年，中石油在地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)規(guī)劃部署會(huì)議上明確，至2030年，將會(huì)建成二十三座儲(chǔ)氣庫(kù)，在此基礎(chǔ)上再對(duì)十座儲(chǔ)氣庫(kù)擴(kuò)容，更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。按照規(guī)劃部署，中國(guó)石油公司將建立東北、華北、中西部、西北、西南、中東部六個(gè)區(qū)域儲(chǔ)氣中心。

鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，主要是對(duì)影響儲(chǔ)氣庫(kù)安全因素進(jìn)行的系統(tǒng)化評(píng)價(jià)，對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。借助客觀合理的評(píng)價(jià)結(jié)果，相關(guān)人員可以運(yùn)用切實(shí)可行的預(yù)防措施，避免儲(chǔ)氣庫(kù)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，最大可能地減少儲(chǔ)氣庫(kù)事故的發(fā)生，有效延長(zhǎng)儲(chǔ)氣庫(kù)以及相關(guān)設(shè)施的使用壽命，保障鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，且所研究的成果具有良好的通用性：壓力波動(dòng)導(dǎo)致的管段疲勞損傷可用于天然氣計(jì)量站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，其管段失效后果間連鎖反應(yīng)研究結(jié)果也可在加氣站等天然氣站場(chǎng)失效后果定量計(jì)算時(shí)提供參考。