鄭雅麗 完顏祺琪 邱小松 垢艷俠 冉莉娜 賴 欣 吳 雙

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.中國石油天然氣集團(tuán)有限公司油氣地下儲(chǔ)庫工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3. 中國石油川渝頁巖氣前線指揮部生產(chǎn)運(yùn)行部

0 前言

2018年度世界天然氣聯(lián)盟（IGU）地下儲(chǔ)氣庫（以下簡(jiǎn)稱儲(chǔ)氣庫）工作組年度報(bào)告[1]顯示，世界上運(yùn)行的4種類型儲(chǔ)氣庫合計(jì)689座，總工作氣量為4 165×108m3，高峰日采氣量為71.6×108m3，其中鹽穴儲(chǔ)氣庫107座，工作氣量為355×108m3，占儲(chǔ)氣庫總工作氣量的9%。雖然鹽穴儲(chǔ)氣庫工作氣量占比低于氣藏型儲(chǔ)氣庫（74%）和含水層儲(chǔ)氣庫的工作氣量占比（11%），但是從單位高峰采氣速度來看，鹽穴儲(chǔ)氣庫為510×1012m3/d，是其他3種類型儲(chǔ)氣庫的3倍左右。由此說明鹽穴儲(chǔ)氣庫的采氣速度最快，供氣能力最高，調(diào)峰靈活性最強(qiáng)。

我國已建的儲(chǔ)氣庫主要分布在環(huán)渤海灣、東北、西北、西南和中西部地區(qū)[2]，而作為天然氣主要消費(fèi)區(qū)的長三角、中南和東南沿海地區(qū)為非油氣產(chǎn)區(qū)，由于氣藏和油藏儲(chǔ)氣庫的庫址資源匱乏，含水層儲(chǔ)氣庫受水層構(gòu)造地質(zhì)勘探程度低的限制，鹽穴儲(chǔ)氣庫成為這些地區(qū)建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫的首選。

我國唯一的一座鹽穴儲(chǔ)氣庫是目前正在建設(shè)的、位于長三角地區(qū)的金壇儲(chǔ)氣庫，開展了相關(guān)先導(dǎo)性試驗(yàn)的有云應(yīng)和淮安兩座鹽礦的造腔井，開展了前期評(píng)價(jià)工作有平頂山、楚州等鹽礦。針對(duì)金壇儲(chǔ)氣庫層狀鹽巖的地質(zhì)特點(diǎn)，自2003年以來的研究成果集中在水溶機(jī)理研究[3-5]、造腔控制[6-8]、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[9-10]和運(yùn)行設(shè)計(jì)[11-12]等方面；針對(duì)云應(yīng)多夾層、淮安厚夾層、平頂山埋藏深等地質(zhì)問題開展了雙井[13]、厚夾層[14]造腔的先導(dǎo)性試驗(yàn)，以及大尺寸造腔方案的研究[15]，但專門針對(duì)地質(zhì)評(píng)價(jià)的成果[16-17]相對(duì)較少。在氣荒引發(fā)地下儲(chǔ)氣庫調(diào)峰需求迫切，供氣企業(yè)、地方政府與燃?xì)夤炯毙鑼ふ矣欣◣炷繕?biāo)的背景下，以國外鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫地質(zhì)條件為參考，結(jié)合我國鹽礦的地質(zhì)條件，提出了我國鹽穴儲(chǔ)氣庫選址的基本原則，創(chuàng)建了鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫條件評(píng)價(jià)技術(shù)，并進(jìn)行實(shí)例分析，為滿足我國南方非油氣主產(chǎn)區(qū)和天然氣主要消費(fèi)市場(chǎng)尋找有利鹽礦建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫的需求提供支持。

1 鹽穴儲(chǔ)氣庫選址的基本原則

國外的鹽穴儲(chǔ)氣庫多數(shù)選擇建在分布穩(wěn)定的鹽丘或厚度大的含鹽地層中，而我國可供選擇建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫的鹽礦多數(shù)為陸源湖泊相沉積，含鹽面積和含鹽地層厚度有限，具有鹽層層數(shù)和夾層層數(shù)均較多，單鹽層厚度小、相變大、共生組分多、氯化鈉含量低、水不溶物含量高等特點(diǎn)。建庫地質(zhì)條件的差異，需要在對(duì)國外鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國鹽礦的地質(zhì)特點(diǎn)，提出適應(yīng)我國層狀含鹽地層建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫的選址原則。

1.1 國內(nèi)外鹽穴儲(chǔ)氣庫基本情況

我國在建的金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫距離輸氣干線分輸站35 km，地表有水塘和部分民居，建庫層位為古近系阜寧組四段，鹽頂埋藏深度介于800～1 200 m，地層厚度為90～290 m，其間穩(wěn)定分布夾層10個(gè)左右，單夾層厚度均小于5 m，一般為1～2 m，含鹽率在80%左右，綜合氯化鈉含量介于82%～94%，造腔淡水來源和鹵水出路均有保障。

金壇儲(chǔ)氣庫由中國石油天然氣股份有限公司、中國石油化工股份有限公司及港華燃?xì)庥邢薰救覇挝唤ㄔO(shè)，分別為中石油金壇、中石化金壇、港華金壇儲(chǔ)氣庫，其設(shè)計(jì)的工作氣量依次為17.0×108m3、6.8×108m3和 1.8×108m3。

世界上運(yùn)營的鹽穴儲(chǔ)氣庫[1]單座工作氣量最小為0.05×108m3（美國Lacey Field），最大為20×108m3（德國Etzel ESE），平均為3.6×108m3，其中小于5×108m3的占了71.0%，大于10×108m3的僅占16.8%，說明鹽穴儲(chǔ)氣庫以小于10×108m3的中小型儲(chǔ)氣庫為主；埋藏深度最淺的480 m（美國Bethel），最深的2 000 m（英國Aldbrough），埋藏深度介于500～1 500 m的占84.0%，埋藏深度小于500 m及介于1 500～2 000 m的分別為9.9%和6.2%，合計(jì)16.0%，說明鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)以中淺層為主；夾層厚度最薄的為40 m（美國Lacey Field），厚度大于200 m的占68.4%，大于300 m的占52.6%，小于100 m與介于100～200 m的比例均為15.8%，說明夾層厚度以大于200 m為主；由1個(gè)井腔作為一座儲(chǔ)氣庫的有10個(gè)，井腔為1～5個(gè)的占63.3%，井腔為6～10個(gè)的占21.1%，說明一座鹽穴儲(chǔ)氣庫可以有1個(gè)或多個(gè)井腔構(gòu)成，并以不多于10個(gè)井腔為主，占84.4%。

IGU年度報(bào)告數(shù)據(jù)表中[1]含鹽率與氯化鈉含量?jī)身?xiàng)參數(shù)基本為空缺，但從以往國外考察與交流的情況來看，國外的鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔層段的含鹽率至少大于80%、綜合氯化鈉含量至少大于70%。

1.2 我國鹽穴儲(chǔ)氣庫選址基本原則

在國外鹽穴儲(chǔ)氣庫資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國鹽礦含鹽地層層狀分布的特點(diǎn)、金壇儲(chǔ)氣庫建庫過程遇到鉆井征地和鹵水接收等的問題，以及儲(chǔ)氣庫建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性等，建議我國鹽穴儲(chǔ)氣庫選址的基本原則從地質(zhì)與地表兩方面的條件綜合考慮：

1.2.1 地質(zhì)條件

1）構(gòu)造：構(gòu)造落實(shí)且較簡(jiǎn)單，斷層不發(fā)育。如果發(fā)育斷層，建庫區(qū)應(yīng)選擇在至少遠(yuǎn)離斷層200 m的區(qū)域。

2）埋藏深度：推薦埋藏深度介于500～1 500 m，最佳為1 000 m左右，既有一定的壓力，又可以節(jié)約投資，最深不宜超過2 000 m。雖然埋深增加可以增加儲(chǔ)氣量，但一般來說，埋深超過1 500 m后，鹽巖蠕變速率加快會(huì)導(dǎo)致腔體的年收縮率增加，為了控制腔體的年收縮率，勢(shì)必要提高下限壓力，這樣運(yùn)行壓力區(qū)間變小，工作氣量減少，不僅增加了單位建設(shè)投資，也會(huì)帶來地面沉降等安全隱患。

3）含鹽地層厚度：推薦地層厚度大于100 m、含鹽率大于70%（含鹽率為含鹽地層中鹽層累計(jì)厚度與地層厚度之比）；單鹽層較厚且分布穩(wěn)定，夾層層數(shù)少且厚度小。

4）氯化鈉含量：以含鹽地層中鹽層與夾層的氯化鈉含量厚度加權(quán)平均得到的綜合氯化鈉含量為篩選指標(biāo)，推薦綜合氯化鈉含量大于60%。

5）頂板：厚度應(yīng)大于30 m且分布穩(wěn)定，無含水層和滲水層，采礦過程中無重大地面塌陷或冒鹵現(xiàn)象。

6）儲(chǔ)量：含鹽地層面積較大、具有一定的規(guī)模，保證有一定的儲(chǔ)氣量，最好有擴(kuò)建的區(qū)域。

1.2.2 地表及其他條件

1）地表?xiàng)l件：避讓工廠、大型建筑物、生活居民區(qū)及環(huán)保或軍事管制的特殊區(qū)域。

2）水源與鹵水：造腔用水有充足的水源保障，采出鹵水有長期可接受或處理的渠道。

3）與管網(wǎng)距離等：應(yīng)考慮距離輸氣管線或主要用戶的距離，且要有調(diào)峰需求與氣源保障。

儲(chǔ)氣庫選址的關(guān)鍵取決于調(diào)峰需求、庫址資源及允許的投資。如果某地區(qū)的調(diào)峰需求必須保障，且資金有保障，但資源緊缺，那么可以適當(dāng)放寬選址原則中的某項(xiàng)指標(biāo)。從國外的儲(chǔ)氣庫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)亦可以看出，埋藏深度與地層厚度不太理想的鹽礦也有成功建成鹽穴儲(chǔ)氣庫的，其中埋藏深度小于500 m及介于1 500～2 000 m的分別為9.9%和6.2%；地層厚度最小的只有40 m，地層厚度小于100 m的占了15.8%。

2 鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫條件評(píng)價(jià)技術(shù)

根據(jù)選址原則篩選出擬建儲(chǔ)氣庫的鹽礦需要進(jìn)行建庫條件的逐項(xiàng)評(píng)價(jià)。鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫條件評(píng)價(jià)技術(shù)是在區(qū)域地質(zhì)背景基礎(chǔ)上，開展構(gòu)造、含鹽地層特征、密封性與穩(wěn)固性、可溶性、儲(chǔ)氣規(guī)模及地表等條件的綜合評(píng)價(jià)。

2.1 構(gòu)造評(píng)價(jià)

構(gòu)造評(píng)價(jià)的目的是為了落實(shí)含鹽構(gòu)造形態(tài)與斷裂分布，精細(xì)刻畫含鹽地層的空間展布與斷裂分布特征，推薦有利的建庫區(qū)域，為建庫區(qū)的選擇和造腔注采井的部署提供科學(xué)依據(jù)。通常是對(duì)地震資料進(jìn)行重新處理與解釋，如果達(dá)不到精度要求，需重新采集，重點(diǎn)關(guān)注微小斷裂，盡量識(shí)別斷距為5～10 m的小斷層和微幅構(gòu)造。

2.2 含鹽地層特征評(píng)價(jià)

通過剖面與平面特征、隔夾層展布、巖石化學(xué)特征等的研究，對(duì)含鹽地層的埋藏深度、地層厚度、含鹽率和氯化鈉含量等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 含鹽地層剖面特征

在含鹽地層形成的氣候、古地貌、物源等研究基礎(chǔ)上，利用層序劃分的方法，進(jìn)行含鹽韻律分析，對(duì)研究區(qū)內(nèi)分屬不同鹽業(yè)公司的單井采用統(tǒng)一的分層標(biāo)準(zhǔn)完成小層劃分，編制連井剖面圖，統(tǒng)計(jì)分析不同層段組合的含鹽率和綜合氯化鈉含量，預(yù)測(cè)鹽巖發(fā)育的主力層，推薦有利的建庫層段。

2.2.2 含鹽地層平面分布規(guī)律

利用地震解釋與反演成果，結(jié)合單井分層資料精細(xì)描述含鹽地層頂面構(gòu)造埋藏深度、地層厚度、鹽層累計(jì)厚度等分布特征，并對(duì)鹽巖發(fā)育的主力層頂面構(gòu)造埋藏深度、地層厚度、鹽層累計(jì)厚度分布特征進(jìn)行重點(diǎn)描述，評(píng)價(jià)其對(duì)建庫的影響。

2.2.3 隔夾層分布預(yù)測(cè)

利用單井與地震反演資料精細(xì)描述分布穩(wěn)定、厚度較大隔層的巖性與厚度變化規(guī)律等，并按單井統(tǒng)計(jì)夾層的厚度、數(shù)量、比例等，結(jié)合隔夾層的巖石類型和化學(xué)組分含量分析其水溶性及其對(duì)造腔的影響。

2.2.4 巖石的化學(xué)特征

1）巖石類型：通過巖心觀察、薄片鑒定等方法描述含鹽地層包含的巖石類型及其特征，編制不同巖石類型的剖面與平面分布圖，預(yù)測(cè)可溶巖（鹽巖NaCl）與部分可溶巖（鈣芒硝Na2SO4·CaSO4）的分布范圍，分析對(duì)造腔的影響，指導(dǎo)建庫層段和區(qū)域的選擇。

2）礦物組分：通過化學(xué)組成分析的方法獲得礦物成分及其含量，為建庫層段選擇和單腔有效體積的預(yù)測(cè)提供依據(jù)。為了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性通常采用連續(xù)取樣的方式，即沿巖心軸向方向切割厚度1～2 cm的片狀巖樣，將巖石類型相同一段歸為一個(gè)樣品，粉碎后進(jìn)行組分測(cè)試。如果取心段巖性變化不是很頻繁，也可以采用點(diǎn)樣的方式進(jìn)行組成分析，采樣密度一般1塊/m，樣品長度2～5 cm。對(duì)于沒有取心的井，可以利用測(cè)井解釋技術(shù)，根據(jù)取心井建立的巖電關(guān)系等，給出不同井段的巖石類型以及礦物組分含量。

2.3 密封性與穩(wěn)固性評(píng)價(jià)

2.3.1 頂板的密封性

頂板為建庫層段的直接上覆地層。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、分析化驗(yàn)及地應(yīng)力測(cè)試等方法，從埋藏深度、巖石類型、厚度與分布的穩(wěn)定性、含鹽率與可溶性、滲透性、承壓能力等方面分析頂板的密封性。同時(shí)還要結(jié)合構(gòu)造解釋成果與巖心觀察等分析斷裂與裂縫是否會(huì)造成與上覆含水層串通。

2.3.2 圍巖與含鹽地層的穩(wěn)固性

圍巖是指含鹽地層的頂板與底板，其穩(wěn)固性評(píng)價(jià)通過試驗(yàn)測(cè)定、臨界深度、環(huán)境地質(zhì)分析等方法綜合判斷。

1）試驗(yàn)測(cè)定法：利用巖石水理性質(zhì)與物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)獲得含水率、耐崩解指數(shù)、抗壓強(qiáng)度、巖石軟化系數(shù)、堅(jiān)固系數(shù)等分析巖石的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性。

2）臨界深度法：當(dāng)頂板埋藏深度（H）小于臨界深度（Ho）時(shí)，頂板不穩(wěn)定；當(dāng)Ho＜ H＜1.5 Ho時(shí)，頂板穩(wěn)定差；當(dāng)H＞1.5 Ho時(shí)，頂板穩(wěn)定[18]。即

式中Ho表示臨界深度，m；B表示采空區(qū)跨度，m；表示巖石內(nèi)摩擦角，(°)。

3）環(huán)境地質(zhì)分析法：對(duì)研究區(qū)的含水層與隔水層的水文地質(zhì)特征進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)上覆含水層對(duì)鹽礦穩(wěn)定性的影響。同時(shí)對(duì)鹽礦開采過程中的地面塌陷與冒鹵等進(jìn)行調(diào)查分析，評(píng)價(jià)其對(duì)儲(chǔ)氣庫水溶造腔的影響。

2.4 可溶性分析

通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)、分析化驗(yàn)與測(cè)井解釋、機(jī)理研究、生產(chǎn)測(cè)試4種方法綜合分析，為建庫層段的選擇提供依據(jù)。

1）地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法：利用含鹽地層特征評(píng)價(jià)的成果，統(tǒng)計(jì)隔夾層的巖石類型、厚度及其分布，定性分析可溶性。

2）分析化驗(yàn)與測(cè)井解釋法：利用分析化驗(yàn)或測(cè)井解釋的礦物組分含量計(jì)算不同層段綜合氯化鈉含量或不溶物含量，定量分析可溶性。

3）機(jī)理研究：利用水溶實(shí)驗(yàn)研究不同巖石類型的溶蝕速率及其特征、通過水浸實(shí)驗(yàn)測(cè)定夾層浸泡后的力學(xué)參數(shù)分析夾層的溶蝕或垮塌機(jī)理[15]，為造腔速度的預(yù)測(cè)和造腔過程夾層垮塌控制提供依據(jù)。

4）生產(chǎn)測(cè)試法：利用鹽礦開采的靜動(dòng)態(tài)資料，從采鹽層位、開采方式、年產(chǎn)鹽量與累計(jì)采鹽量預(yù)測(cè)已形成的地下空間，結(jié)合測(cè)腔資料中鹽腔的位置和大小分析測(cè)腔段中夾層的可溶性，計(jì)算堆積系數(shù)，指導(dǎo)研究區(qū)單腔有效體積的估算。

2.5 儲(chǔ)氣規(guī)模預(yù)測(cè)

儲(chǔ)氣規(guī)模預(yù)測(cè)是在單腔有效體積估算的基礎(chǔ)上，結(jié)合建庫內(nèi)部署的井腔數(shù)量獲得的。

2.5.1 單腔有效體積估算

根據(jù)金壇儲(chǔ)氣庫的造腔經(jīng)驗(yàn)，我國層狀鹽巖地層單腔的形態(tài)設(shè)計(jì)為梨形，分為底槽、主體及頂部3部分[14]，體積計(jì)算時(shí)可簡(jiǎn)化為上下圓錐、中圓臺(tái)。有效體積與單腔體積、造腔段的不溶物含量相關(guān)，其計(jì)算公式如下：

式中Ve表示單腔有效體積，m3；Vt表示單腔體積，m3；γin表示不溶物含量；cin表示不溶物堆積系數(shù)。其中γin取造腔段不溶物含量厚度加權(quán)值；cin取水溶實(shí)驗(yàn)測(cè)定值或造腔數(shù)據(jù)反算值。

2.5.2 單腔庫容量與工作氣量估算

單腔的庫容量與工作氣量可以通過氣體狀態(tài)方程[19]計(jì)算獲得，關(guān)鍵是上限與下限壓力（運(yùn)行壓力）的取值。上限壓力和下限壓力分別為鹽腔注采運(yùn)行過程中允許的最大壓力和最小壓力。

2.5.2.1 上限壓力的確定

國外運(yùn)行的鹽穴儲(chǔ)氣庫的上限壓力梯度均大于1 MPa/100 m，一般為1.5～1.7 MPa/100 m，上限壓力梯度最大的是英國的Stublach儲(chǔ)氣庫，其值為2.3 MPa/100 m[20]。

加拿大Z341.2-10標(biāo)準(zhǔn)[21]規(guī)定了鹽穴儲(chǔ)氣庫的最大內(nèi)壓應(yīng)不超過上覆地層破裂壓力的80%，若無破裂壓力數(shù)據(jù)，則壓力梯度不得超過1.81 MPa/100 m。但由于破裂壓力隨測(cè)定時(shí)采用的介質(zhì)與控制的流速的變化而變化，非定值，目前國外大多國家規(guī)定鹽穴儲(chǔ)氣庫80%以上的井要測(cè)地應(yīng)力，建立地應(yīng)力剖面進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)或取值最小主應(yīng)力的80%來確定上限壓力。

金壇儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)與建設(shè)之初，國內(nèi)并未掌握地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)，其上限壓力是根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)、承壓試驗(yàn)與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式來確定。

目前在金壇與楚州等地成功完成了小型壓裂地應(yīng)力測(cè)試，因此今后鹽穴儲(chǔ)氣庫上限壓力的設(shè)計(jì)應(yīng)以最小主應(yīng)力為主要依據(jù)，結(jié)合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)來確定。

2.5.2.2 下限壓力的確定

下限壓力的確定主要是考慮接入輸氣管網(wǎng)的壓力，并結(jié)合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)來確定。

2.5.3 儲(chǔ)氣庫庫容量與工作氣量

根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)確定腔體之間的安全距離來設(shè)計(jì)井距、部署建庫內(nèi)的井?dāng)?shù)，結(jié)合單腔庫容量和工作氣量即可得到儲(chǔ)氣庫的庫容量與工作氣量。

2.6 地表等條件分析

前述的主要是地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)，也是建庫條件評(píng)價(jià)的主體內(nèi)容，但全面的評(píng)價(jià)還需要考慮除地質(zhì)因素之外鹽礦的位置、地表建筑、水源與鹵水銷售及礦權(quán)歸屬等。

1）鹽礦的位置：通過踏勘和收集相關(guān)資料分析鹽礦與周邊天然氣用戶以及輸氣管網(wǎng)之間的相對(duì)距離。從經(jīng)濟(jì)上考慮，推薦鹽礦的位置距主要用戶以及可接入輸氣管網(wǎng)的距離一般不超過100 km。

2）地表建筑：踏勘調(diào)查地表是否有大型工廠、學(xué)校等人口密集區(qū)，以及軍管和環(huán)保等特殊區(qū)域，分析其對(duì)建庫的影響。鹽穴儲(chǔ)氣庫高低壓交替注采運(yùn)行引起的交變應(yīng)力可能導(dǎo)致井筒或頂板泄露、井周地面沉降等安全問題，為了規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，注采氣井必須與地面各種設(shè)施預(yù)留安全區(qū)域，如地表存在需要拆遷的建筑或公共設(shè)施必將增加投資。

3）水源與鹵水銷售：根據(jù)金壇的造腔經(jīng)驗(yàn)，造腔過程中需要的淡水量為造腔體積的7～10倍，產(chǎn)生的鹵水量為造腔體積的10倍左右，故為了保證造腔的進(jìn)度、控制投資，不僅要落實(shí)造腔的水源，更要與周邊鹽化企業(yè)協(xié)商鹵水的接受事宜，或?qū)ふ移渌柠u水銷售或處理途徑。

4）礦權(quán)歸屬：調(diào)查建庫區(qū)內(nèi)礦權(quán)登記情況，與礦權(quán)所屬企業(yè)協(xié)商解決礦權(quán)使用或合作的方式。

最后總結(jié)鹽礦的地質(zhì)、地表等條件，概括評(píng)價(jià)目標(biāo)建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫條件的優(yōu)缺點(diǎn)，給出結(jié)論與下一步工作建議。

3 鹽穴儲(chǔ)氣庫篩選與評(píng)價(jià)

中國鹽礦資源豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國有200余個(gè)鹽礦，但從建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫的角度考慮，只有位于輸氣管線附近、靠近天然氣用戶區(qū)有調(diào)峰需求地區(qū)的鹽礦才有可能成為建庫目標(biāo)。我國中南地區(qū)、長江三角洲、東南沿海三大天然氣消費(fèi)市場(chǎng)受地質(zhì)背景的限制，利用鹽礦建設(shè)儲(chǔ)氣庫成為了這些地區(qū)的首選。通過對(duì)這三個(gè)地區(qū)的鹽礦資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)，利用鹽穴儲(chǔ)氣庫選址的基本原則初步分析認(rèn)為，長三角與中南地區(qū)鹽穴儲(chǔ)氣庫建庫資源較多，該地區(qū)的淮安鹽礦、楚州鹽礦、平頂山鹽礦建庫地質(zhì)條件相對(duì)較好，東南沿海地區(qū)的龍歸鹽礦含鹽率低，現(xiàn)有技術(shù)水平用來建設(shè)儲(chǔ)氣庫投資較高，經(jīng)濟(jì)性差（表1）。通過對(duì)三大地區(qū)鹽礦的排序認(rèn)為，淮安鹽礦最優(yōu)，其次為平頂山、楚州鹽礦等。

淮安鹽礦位于江蘇省楚州市淮陰區(qū)，距西氣東輸與陜京二線的聯(lián)絡(luò)線冀寧線楚州分輸站30 km左右，靠近天然氣消費(fèi)市場(chǎng)，與輸氣管網(wǎng)距離較近。地表主要分布著一些村鎮(zhèn)、制鹽廠等廠礦企業(yè)，附近的蘇北灌溉總渠、京杭運(yùn)河可以保障造腔用水來源。已登記礦權(quán)采礦企業(yè)8家，經(jīng)協(xié)商與部分企業(yè)達(dá)成了用鹵水換取礦區(qū)使用權(quán)的合作意向，采出鹵水有出路，造腔進(jìn)度有保障。

淮安鹽礦含鹽地層為古近系阜寧組四段，含鹽面積81.96 km2（陸地部分），石鹽儲(chǔ)量138.85×108t。

為了滿足建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫條件評(píng)價(jià)的要求，淮安鹽礦已完成2口資料井3 400 m的鉆探，取心300 m，各類樣品試驗(yàn)1 200余塊。完成34 km2寬方位小面元高精度地震采集與精細(xì)處理解釋，落實(shí)該鹽礦構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單，為一向東南傾沒的單斜，地層傾角5°～10°，斷層不發(fā)育，密封性較好。

利用地震解釋成果與單井資料分析發(fā)現(xiàn)，含鹽地層平面分布穩(wěn)定，埋深比較適中，鹽巖頂面埋深1 000～2 500 m，含鹽地層厚度介于40～170 m、平均厚度大于100 m，含鹽率為55.4%～86.8%。鹽巖呈層狀發(fā)育，縱向上發(fā)育7套鹽層，其中第1、3、6鹽層較發(fā)育，4與6鹽層之間局部區(qū)域發(fā)育10～12 m的厚夾層（5鹽層相變?yōu)槟鄮r），對(duì)造腔會(huì)有一定的影響（圖1）。

表1 三大天然氣消費(fèi)市場(chǎng)部分鹽礦基本信息表

圖1 淮安鹽礦南西—北東連井對(duì)比剖面

鹽層內(nèi)夾層發(fā)育數(shù)目較少，單夾層厚度一般小于2 m，占全井夾層數(shù)的70.37%，夾層對(duì)鹽腔形態(tài)及有效體積影響較小。礦物以鹽巖為主，其次為硬石膏、鈣芒硝和無水芒硝。鹽巖中氯化鈉含量較高，一般大于75%，個(gè)別超過90%，Na2SO4含量較低，一般小于4%，而不溶物含量小于20%，有利于水溶造腔。

該地區(qū)鹽巖直接頂板為阜寧組四段頂部的上硬石膏亞段，頂界埋深介于1 354～2 000 m，頂板平均厚度大于50 m，巖性以硬石膏巖、泥質(zhì)硬石膏巖、石膏質(zhì)泥巖和泥巖為主，全區(qū)橫向分布穩(wěn)定，裂隙不發(fā)育，抗壓、抗剪強(qiáng)度大。實(shí)測(cè)巖石水理性質(zhì)表明，頂板各類巖石巖性致密堅(jiān)硬，孔隙率和吸水率較低，遇水不膨脹，耐崩解，為良好的不透水層，具有良好的密封性。

1989年12月鹽礦投入開發(fā)，采鹵生產(chǎn)井80余口，采鹽深度一般大于1 300 m。從生產(chǎn)情況來看，未發(fā)現(xiàn)鹽腔垮塌現(xiàn)象，說明含鹽地層穩(wěn)固性好。

根據(jù)鹽層與夾層的分布規(guī)律，建庫層段選擇1～4層，預(yù)計(jì)單腔平均有效體積為12.5×104m3，淮安兩口資料井4段承壓試驗(yàn)與穩(wěn)定評(píng)價(jià)推薦的運(yùn)行壓力為12～26 MPa，根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)給出的安全礦柱、避讓地表建筑等可部署38口注采井，總工作氣量為6.02×108m3。

總體來看，淮安鹽礦從構(gòu)造與埋藏深度、鹽層與夾層的展布、密封性與穩(wěn)固性、儲(chǔ)氣規(guī)模、地表等條件來看，具備了建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫的條件，但由于含鹽地層厚度較薄，導(dǎo)致建腔高度較小，單腔的工作氣量受限，因此在建庫條件評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，提出了利用1～7鹽層造腔，開展厚夾層利用的先導(dǎo)性試驗(yàn)建議，該建議被采納，實(shí)施效果顯示厚夾層可垮塌，堆積系數(shù)為1.3，小于金壇的1.6，并增加了15%的有效體積，增加建庫區(qū)的工作氣量0.8×108m3[15]，以淮安儲(chǔ)氣庫可行性研究投資估算為依據(jù)，預(yù)計(jì)可節(jié)約投資1.5億元左右。

4 結(jié)束語

我國南方主要天然氣消費(fèi)市場(chǎng)油氣資源匱乏，水層地質(zhì)勘探程度低，利用鹽礦建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫成為目前乃至相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)氣庫選址與建設(shè)的主要方向。鹽穴儲(chǔ)氣庫選址原則為優(yōu)選建庫評(píng)價(jià)目標(biāo)提供了快速便捷的方法，建庫條件評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范了研究的內(nèi)容、目的、方法，解決了鹽穴儲(chǔ)氣選址條件不清、庫址評(píng)價(jià)研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)深度不一的問題，為鹽穴儲(chǔ)氣庫的選址與評(píng)價(jià)，以及鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)提供了技術(shù)支持。該項(xiàng)技術(shù)適用性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)論可靠，可有效指導(dǎo)鹽穴儲(chǔ)氣庫的選址與評(píng)價(jià)，為建庫方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，將繼續(xù)為同類儲(chǔ)氣庫的選址與評(píng)價(jià)提供技術(shù)保障。