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带你了解储气库
  新闻来源:石油商报 2017-11-10 14:37  

  我国天然气消费呈两位数快速增长,季节性、区域性差异更加明显,储气库用于应急调峰和战略储备的意义也愈加凸显。今冬明春,我国天然气供应尤其紧张,储气库目前也处于随时待命由注转采的阶段。储气库究竟是什么样子?让我们——带你了解储气库

  储气库类型

  通常谈到储气库,一般而言都是指地下储气库,地下储气库就是在供气淡季将集输管线的多余天然气注入到地下储存起来,在用气高峰时将天然气采出来,用以补充管线供气的不足,满足用户需求。地下储气库可以随时(季节性、每天、每小时)平衡气体消费和供气。 此外,地下储气库还可以在气源中断或管网出现技术故障时,保证不间断供气。目前世界上典型的天然气储气库主要有四种类型:

  1. 枯竭(废弃)油气藏储气库

  枯竭油气藏储气库是利用已经开采枯竭废弃的气藏或开采到一定程度的退役气藏而建造的储气库。这种类型的储气库具有许多优点:人们对其地质情况,如油(气)藏面积、储层厚度、盖层气密封、原始地层压力和温度、储气层孔隙度、渗透率、均质性以及气井运行制度等已准确掌握,不用进行地质勘探,因而可节省投资。

  油气田开发用的部分气井和地面设施可重复用于地下储气库,需要补充注入的垫层气量不多,节约投资。建库周期短,投资和运行费用低,其单位有效库容量的投资约为含水层储气库的1/2~3/4,为盐穴储气库的1/3;其运行费用约为含水层储气库的3/5~3/4,约为盐穴储气库的1/5。从经济观点看,枯竭油气田型地下储气库是目前最常用、最经济的一种地下储气形式。枯竭油气田目前规模都不大,其原始储量一般为10亿立方米~50亿立方米。

  2. 含水层储气库

  含水层型地下储气库,是人为将天然气注入地下合适的含水层而形成的人工气藏。天然气储气库由含水砂层和不透气覆盖层组成。储存气包括工作气和垫层气。工作气是指在储存周期内储进和重新排出的气体,垫层气是指在储库内持续保留或作为工作气和水之间的缓冲垫层的气体。含水砂层要有一定的渗透性,这种渗透性对于用天然气置换水的速度起决定作用,渗透性越好,天然气置换的速度就越快,工作气和垫层气的比例也就越大。含水层储气库的工作原理简单,即通过高压将气体注入含水层的孔隙中,用气体将水驱到边缘形成一个人工气田。

  含水层储气库具有结构完整、储量大、钻井可以一步到位等优点。但由于含水层中原来没有气田,所需的垫层气用量较大,而这部分气体是不能采出来的,气水界面难以控制,因此,建设成本比枯竭气田型储气库要高,建设周期长,从勘探到投产一般需要10~15年。

  3. 盐穴储气库

  在地下盐层或盐丘中,利用水溶解盐的开采方式形成地下空穴用来储存天然气。这种储气库有许多优点是其他类型的储气库不可比拟的。在建造方面,可以按照调峰或储备的实际需要量进行建造,一个盐穴储气库可按不同时期用气需求量的增加分几期扩建。在操作性能方面,机动性强,储气无泄漏,调峰能力强,生产效率高,能快速完成抽气—注气循环,一年中注气—抽气循环可达4~6次;注气时间短,垫层气用量少,最适合日调峰用。

  对于周围缺乏多孔地下岩层的城市,特别是在具有巨大岩盐矿床地质构造的地区,建造盐穴型地下储气库已是目前各国普遍采用的方法。但是盐穴型储气库从可行性研究到投产时间较长。

  从形态上来讲,该类型储气库设计的主要形态近似椭球体。金坛储气库是目前中国国内最大的盐穴储气库,且初次采用氮气阻溶造腔获成功。

  4. 废弃矿坑及岩洞储气库

  废弃矿坑及岩洞储气库是一种利用废弃的符合储气条件的矿坑或者洞穴或在山体中开凿的岩洞改建的地下储气库。1963年在美国克罗拉多DENVER附近首次建成废弃矿坑储气库。由于符合储存天然气地质条件的矿坑很少,人工开凿也受地质条件的限制,因此,限制了这种储气库的发展。目前世界上只有3座矿坑储气库,其中美国2座,德国1座。

  储气库造价

  储气库的建设和运营需要增加投资和成本。储气库的成本都要通过价格向下游传递,由用户承担,只是储气库定价机制和价格收取方式有所不同。虽然美国有市场化价格机制,欧洲有协商定价机制,但储气库价格主要还是取决于储气库的成本,成本的高低直接影响储气库价格水平。

  储气库成本包括投资成本、操作维护成本、垫底气与工作气的资金成本等。投资成本有土地成本、勘探成本、钻井成本、地面设施和垫底气成本等。因储气库的开发建设期较长、垫底气气量大,故投资成本较高并在成本构成中占绝对多数。储气库的类型是影响储气库投资成本和操作维护成本的最重要因素。

  盐穴储气库的单位投资成本和操作维护成本均大大高于其他类型储气库。不同国家或同一国家不同地区的储气库成本也有区别。最新数据表明,对于枯竭油气藏储气库,美国的单位投资成本为每立方米0.36欧元,英国为每立方米0.52欧元;盐穴储气库,美国的单位投资成本为每立方米0.50欧元,英国为每立方米0.56~1.00欧元。

  已有资料表明,我国枯竭油气藏储气库单位工作气量的投资是每立方米3.5~4.0元。随着境外天然气大量进入国内市场和我国天然气出厂价格水平逐步调整,储气库建设成本还会上升。

  储气库作用

  1. 解决调峰问题

  地下储气库具有容积大、经济、不受气候影响、安全可靠、能够合理调节用气不平衡等特点,可缓解因各类用户对天然气需求量的不同和负荷变化而带来的供气不均衡性,其特点在时间上表现为季节(夏、冬季)、月、昼夜和小时的不均衡性。地下储气库在解决这一问题时发挥了重要作用。

  当前市场需求低于天然气供气量时,可以利用地下储气库把多余的天然气资源储存起来,当市场需求量大于天然气供气量时,之前被储存在储气库中的天然气就可以补足管道供气量。这样就能很好地满足市场需求,不浪费天然气。

  2. 应急安全供气

  在现实情况中,一些用户根据生产和生活的需要会临时增加随天然气的需求量,这时候就可以利用地下储气库提供应急供气服务。

  另外,长期使用的天然气管道,出现突发事故或遇到自然灾害是不可避免的,并且也要按计划对供气管道进行检修,出现这些情况的时候地下储气库就派上大用场,可以继续向用户供气,保障生产和用户的生活。

  3. 优化管道运行

  以往无论是管道系统的运行,还是天然气的生产系统,很容易受到市场对天然气需求量季节性变化的影响,利用地下储气库可以减少两者受市场的影响,有助于实现均衡生产和作业。同时因为有了地下储气库,天然气生产和管道运输之间也可以实现一定程度的均衡,最大限度地利用输气管道的能力。因为运行效率和输气效率都得到很大提高,输气成本也会明显下降。

  4. 用于战略储备

  地下储气库也是国家的一种战略储备。当今世界并不太平,恐怖主义,霸权主义,颜色革命,影响了世界的和平与发展。一些国家发生动乱,破坏了世界的能源运输通道;叛乱武装破坏了能源设施,包括天然气管道等;国家遭遇战争,受到别国的能源封锁。一旦出现上述情况,国家将面临严重的能源危机。因为能源是经济社会发展的根本动力,没有能源国家经济面临危机。地下储气库,也是一种能源战略储备,在关键时刻,能够为国家提供必要的能源,维护国家的正常运转。

  5. 提高经济效益

  地下储气库直接影响着天然气的价格。在市场经济下,天然气的价格会出现波动,价格波动的过程中地下储气库发挥了一定作用,一般天然气需求呈季节性变化,在用气高峰时,供不应求天然气价格最高。此时用地下储气库,一方面供气方可以获得很高的利润,另一方面因为供需矛盾得到一定程度的缓解,天然气价格会下降,用气方也从中获取客观的利润。

  我国已建储气库25座

  调峰量占年消费量的1.7%,远低于世界平均水平10%

  随着陕京管道的建设,1999年我国修建了国内第一座调峰储气库——大张坨储气库,保障京津冀地区冬季调峰及安全平稳供气。2005年,西气东输第一座盐穴储气库——金坛储气库开工建设,为长三角地区调峰保供发挥了重要作用。

  2011年,第一批商业储气库开工建设,并于2013~2014年陆续投入运行,部分储气库已发挥调峰作用。“十一五”以来,随着国内骨干管网的建成投产,为满足全国八大地区不断增长的天然气市场需求,中国政府积极推进地下储气库建设,并取得了阶段性进展。

  目前,全国已建成地下储气库25座,2014年调峰量30亿立方米,占天然气年消费量的1.7%,距世界平均水平10%有较大差距。目前国内储气库运营商只有中国石油和中国石化两家,其中中国石油已建成23座(油气藏型22座,盐穴型1座),现已全部投运;中国石化建成油气藏型和盐穴型储气库各1座。

  除了大型石油公司建设地下储气库以外,城市燃气企业和地方燃气企业也在积极自行筹建,如港华金坛储气库、云南能投等地下储气库。

  目前,国内已投运的储气库在环渤海、长三角、西南、中西部、西北、东北和中南地区均有分布,其中24座分布在长江以北地区。

  运营模式:由天然气供应商承建和管理

  现阶段中国天然气产业特点决定地下储气库业务发展只能沿袭欧美国家的早期模式,主要由天然气供应商承建和管理,作为长输管道配套工程。

  中国石油目前建设 10座地下储气库,其中辽河双 6等6座地下储气库(群)主要是作为西气东输二线、陕京线等管网季节性调峰、管线事故应急供气和国家战略储备气源,发挥相关区域调峰供气、稳定供应作用,由国家财政资金支持建设;大港板桥、江苏金坛等 4座地下储气库(群)主要作为西气东输、陕京线等管网季节性调峰、应急供气气源,由石油公司出资建设。

  中国石化建成的 2座地下储气库,主要由石油公司出资建设,相应管道公司管理。

  技术特点:气藏改建技术趋于成熟

  自1992年就已经开始进行储气库库址选取的研究与评价工作,如今气藏改建天然气地下出气孔的技术已通过实践证明基本成熟。多种工程技术在储气库建设中得到了研发与应用,并形成储气库自身特有的技术。可以说我国气藏改建天然气地下储气库在技术方面已基本成熟,但在运行中的监测、安全运行管理等方面还需要在实践中摸索和改进。

  近几年,随着盐穴储气库的快速发展,我国在盐穴储气库的溶腔及造腔、注采方案设计、钻完井工艺、稳定性分析、密封性能分析以及地下储气库运行管理等方面都取得了长足的进展,对于我国盐穴储气库的建库技术,已经有专著进行了系统的总结。

  含水层构造储气库国内尚未建成,主要分布在欧美发达国家,并且含水层构造储气库由于其优势明显,已经有了大型化的发展趋势,主要表现在定向井、丛式定向井等钻完井工程技术运用于地下储气库的建设中;采用数值模拟方法指导地下储气库的建设和整个注采气工艺过程。

  地下储气库的通用技术主要有以下几种:垫底气设计得到了国内外技术的官方支持。同时,在提高地下储气库有效储量与生产能力方面,大井眼完井技术、水平钻井技术以及岩石酸化处理技术等均已经成型。

  此外,在地下储气库运用的优化方面,还有一些常用技术,如永久传感技术、地下储气库设备维修与操作技术、多种流体以及沙粒探测技术。

  全球已建储气库715座

  总工作气量3930亿立方米

  从1915年加拿大首次在Wellland气田开展储气试验至今,全球已建成715座地下储气库,共23007口采气井,总工作气量为3930亿立方米,平均每小时产气2.35亿立方米。全球66%的地下储气库工作气量主要分布在北美、欧盟等地区的发达国家,各国的地下储气库工作气量与管网完善程度、用户消费结构、进口依存度密切相关,一般占年消费量的13%~27%。由于发达国家管网比较完善,用气结构以发电、燃气为主,对外依存度达到和超过30%的国家,工作气量一般达到消费量的12%以上,如法国、德国等。

  美国: 419座储气库

  美国是世界第一大天然气生产国及消费国。其地下储气库类型较全,且地理分布与天然气生产和消费区相呼应,地下储气库对天然气消费的调峰作用也很明显。目前,美国在运营的地下储气库共419座,工作气量约1200亿立方米,分别占全球的66%和33%,可满足全国居民近20年的燃气需求。

  美国地下储气库类型较多,以枯竭油气田型储气库为主,共339座,其中306座是枯竭气田型,9座为枯竭油田型,24座为枯竭油气田型,这些地下储气库的工作气量为904亿立方米,占美国地下储气库工作气总量的76%;含水层型地下储气库48座,工作气量为120亿立方米,占其总量的10%;盐穴型储气库28座,工作气量为119亿立方米,占比接近10%;另外还有4座岩洞型地下储气库,工作气量约1亿立方米。

  英国: 6座储气库

  英国主要依靠地下储气库以及部分LNG 储备库来进行天然气的储备。统计至2013 年7 月,英国地下储气库共有6 座,其中包括枯竭气藏储气库1座、海上枯竭油气藏储气库1 座、枯竭油藏储气库1 座以及盐穴储气库3 座。工作气量分别为33.09亿立方米、2.54亿立方米、1.17亿立方米和7.43亿立方米,总工作气量达44.23亿立方米;1 个LNG 调峰站,工作气量为0.81亿立方米。英国的地下储气库由相关公司进行运营和管理。

  俄罗斯: 46座储气库

  俄罗斯的天然气生产量和消费量在全球均居第二,在天然气领域占据着重要位置。俄罗斯地下储气库建设工作始于20世纪50年代。1958年,俄罗斯在萨玛拉地区的枯竭气田中建成首批地下储气库。1960年有4座投产,1980年为29座,1990年已达46 座,其中枯竭油气藏储气库32 座,含水层储气库13座,盐穴储气库1座。俄罗斯极其重视地下储气库的建设和发展,专门设立了储气库管理部门,以规范储气库的建设发展。俄罗斯储气库设施的主管部门是俄罗斯天然气工业股份公司,主导着俄罗斯的天然气行业,其生产的天然气产量占俄罗斯的90%以上。

  法国: 15座储气库

  1956年法国开始建设第1 座储气库,并于1965年投产。法国天然气储备的主要方式是地下储气库,其中以含水层储气库为主。截至2008年,法国共有12座地下储气库,是当时欧洲地下储气库最多的国家。2013年,法国地下储气库达到15座,储备量超过100亿立方米。其中,含水层储气库12座,盐穴储气库3座。

  法国的天然气储备采取公司经营的模式,目前,法国地下储气库的经营商主要是法国天然气公司和道达尔公司。

  德国: 50座储气库

  德国是全球第二大天然气进口国和第四大天然气消费国,是欧洲大陆天然气运输的关键中转国。经过几十年的发展,德国天然气管网的长度达到40万千米,同时建设了储气库等设施。德国的管道网络系统初具规模,并逐渐进入自由化市场阶段。德国一直注重地下储气库的发展。截至2012年,德国拥有近50座储气库,工作气量达到200亿立方米。

  德国涉及储气库工作的公司主要分3类,分别为负责建造运营的公司、管理公司以及负责城市供气调峰的公司。其中E.ON鲁尔气、Wingas、VNG和 RWE及其子公司负责储气库建造和运营;E.ONGas Storage等公司对部分储气库进行专门管理;柏林的GASAG Berliner Gaswerke公司和汉诺威的GHG-Gasspeicher Hannover公司等主要负责城市供气调峰。

 
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