李銳敏，齊 磊，姜海濤，陳 飛，林 敏，巴金紅，杜玉潔

（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 212004）

地下儲氣庫有油氣藏型、鹽穴型、水層型、礦坑型等多種儲氣庫類型，其中油氣藏儲氣庫和鹽穴型儲氣庫是最主要的兩種類型，并已在各國大量建設(shè)[1，2]。這兩種類型的儲氣庫相比，鹽穴型儲氣庫具有建設(shè)周期較長（老腔改建儲氣庫[3]除外），吞吐量大、注采轉(zhuǎn)換靈活等特點[4]。正是由于鹽穴型儲氣庫的以上特點，使得鹽穴型儲氣庫成為儲氣庫建設(shè)的主要類型之一，同時也使鹽穴型儲氣庫建庫技術(shù)得到長足發(fā)展。

1 建庫技術(shù)方案

經(jīng)過多年的研究與實踐，目前國內(nèi)外已經(jīng)形成了三種成熟的鹽穴型儲氣庫建庫技術(shù)：大井眼建庫技術(shù)、常規(guī)井眼建庫技術(shù)、雙井單腔建庫技術(shù)[5]。

1.1 大井眼建庫技術(shù)[6，7]

大井眼建庫技術(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（見圖1（a））。由于井眼直徑較大，可以滿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，大井眼建庫技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。

1.2 常規(guī)井眼建庫技術(shù)

常規(guī)井眼建庫技術(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，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，只能由制鹽工廠接收，排量受到限制。因而國內(nèi)鹽穴型儲氣庫一般采用常規(guī)井眼建庫技術(shù)。

1.3 雙井單腔建庫技術(shù)[8-10]

雙井單腔建庫技術(shù)實際上是兩口常規(guī)井眼對應(yīng)一口腔，井身結(jié)構(gòu)與常規(guī)井眼建庫方案相同，井身結(jié)構(gòu)及注采管柱（見圖1（c））。造腔時一注一采，也可以實現(xiàn)大排量（300 m3/h 左右）快速造腔。注采氣時一口井注（采）氣、一口井排（注）鹵水，也可以實現(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Portland 地下鹽穴型儲氣庫項目即采用了該項技術(shù)方案，并且取得較好效果。近幾年，為了加快鹽穴型儲氣庫建設(shè)、節(jié)約投資、提高效益，國內(nèi)鹽穴型儲氣庫已經(jīng)在現(xiàn)場成功進(jìn)行了工藝試驗。

圖1 三種方案井身結(jié)構(gòu)及注采管柱示意圖

2 工程投資成本對比

對于不同的鹽穴型儲氣庫，由于鹽層條件（鹽層深度、厚度、鹽礦品位等）、鉆井（固井、測井、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)計階段如何對不同的建庫技術(shù)進(jìn)行投資成本對比分析，從而選擇投資最省、效益最好的技術(shù)方案，就成為鹽穴型儲氣庫工程經(jīng)濟(jì)評價最重要的工作，需要鉆井、造腔、注采完井、地面建設(shè)等各專業(yè)技術(shù)人員共同完成。

2.1 三種建庫技術(shù)優(yōu)缺點對比

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、運行管理等方面對三種建庫技術(shù)優(yōu)缺點進(jìn)行對比（以常規(guī)井眼作為參考），具體（見表1）。

從表1 可以看出，相對于常規(guī)井眼建庫技術(shù)方案，大井眼建庫技術(shù)方案的優(yōu)點是造腔速度快、注采氣量大；雙井單腔建庫技術(shù)方案的優(yōu)點是造腔速度快、注采氣量大、理論上可實現(xiàn)無墊底氣[11-13]。

表1 三種建庫技術(shù)優(yōu)缺點對比（技術(shù)方面）

2.2 鹽穴型儲氣庫建庫工程投資計算方法[14，15]

鹽穴型儲氣庫建庫工程投資采用下式計算：

式中：IN－鹽穴型儲氣庫建庫工程總投資；A－前期評價費用；B－地下工程費用；C－地面工程費用；D－墊氣費；E－其他費用。

（1）前期評價費用包括施工費（二維和三維地震采集勘探、資料井鉆探、VSP 測井、巖心掃描、監(jiān)理費）、施工方案設(shè)計費、現(xiàn)場跟蹤與技術(shù)服務(wù)費、科研費、建管費等。

（2）地下鹽穴型儲氣庫地下工程費用（包括鉆井工程費用、造腔工程費用、注氣排鹵費用）；對于特定鹽穴型儲氣庫，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)生的費用測算地下工程單價，進(jìn)而測算地下工程的總費用[16]。

地下工程的總費用采用下式計算：

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 段井深的孔深取費系數(shù)；CΦi－第i 段井深的孔徑取費系數(shù)；Pdi－第i 段井深鉆井費用，元/小時；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用，元/立方米；Phk－第k 段埋深的注氣排鹵費用，元/小時。

（3）地下鹽穴型儲氣庫地面工程包括輸氣干線、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，費用可根據(jù)行業(yè)定額結(jié)合地區(qū)實際進(jìn)行測算。

（4）墊氣費：地下儲氣庫在正常運行情況下，為保證腔體穩(wěn)定，允許下降到的最低壓力，稱下限壓力，此時地下儲氣庫腔體內(nèi)庫存的天然氣即為墊底氣。

目前，國內(nèi)儲氣庫建設(shè)過程中均將墊底氣費用列入工程投資[17]。

據(jù)統(tǒng)計，地下鹽穴型儲氣庫墊底氣量占最大庫容的35%～48%，墊底氣投資占總投資的26%～43%。墊底氣投資國內(nèi)做過相關(guān)研究，其中，王元剛等進(jìn)行了鹽穴型儲氣庫墊底氣回收價值及資金時間價值的計算方法研究[18]，羅天寶等進(jìn)行了地下儲氣庫墊底氣經(jīng)濟(jì)評價方法研究[19]。

（5）地下鹽穴型儲氣庫其他費用包括前期工作咨詢費、現(xiàn)場井位踏勘費、設(shè)計費、施工服務(wù)費、科研費、預(yù)備費、資源利用綜合費、國外合作費等。

從上面的費用構(gòu)成可以看出，對于地質(zhì)條件相同的鹽層儲氣庫，針對不同的建庫方案，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的投資分析，選擇投資省、效益好的建庫方案。

2.3 鹽穴型儲氣庫建庫工程投資對比方法

經(jīng)過調(diào)研和現(xiàn)場實踐，可供選擇的鹽穴型儲氣庫建庫工程投資對比方法有兩種[20，21]：

方法一：以鹽穴型儲氣庫最大庫容為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對比，即以形成一立方米天然氣庫容需要的投資額為參照進(jìn)行對比。

方法二：以鹽穴型儲氣庫工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對比，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)行對比。

最大庫容（vg）：地下鹽穴型儲氣庫在正常運行情況下，允許上升到的最高壓力，稱上限壓力，此時地下儲氣庫腔體內(nèi)庫存的天然氣量即為最大庫容。

最大工作氣量（vt）：最大庫容與墊底氣量的差值。

目前，廣泛采用方法二進(jìn)行鹽穴型儲氣庫工程投資對比，即以鹽穴型儲氣庫工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對比。

3 應(yīng)用實例

某鹽穴型儲氣庫，鹽頂埋深1 800 m 左右，鹽層厚度300 m，綜合含礦率80%左右，擬建儲氣庫工作氣量20×108m3，現(xiàn)以大井眼建庫技術(shù)、常規(guī)井眼建庫技術(shù)、雙井單腔建庫技術(shù)三種鹽穴型儲氣庫建庫技術(shù)進(jìn)行投資對比。

3.1 腔體主要參數(shù)

腔體主要參數(shù)（見表2）。

表2 鹽穴型儲氣庫腔體主要參數(shù)

由以上主要參數(shù)可以計算出單腔最大庫容6 636×104m3。

如采用大井眼建庫技術(shù)、常規(guī)井眼建庫技術(shù)建庫，則單腔工作氣3 687×104m3，墊底氣2 949×104m3。

如采用雙井單腔建庫技術(shù)[22]，則最大庫容與工作氣量均為6 636×104m3。

3.2 主要工程量

根據(jù)工作氣量20×108m3的要求，結(jié)合該儲氣庫實際，列出了三種方案的工程量，具體（見表3）。

表3 三種建庫技術(shù)工程量對比表

雖然三種技術(shù)方案對應(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。

具體來說，雙井單腔建庫技術(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；雙井單腔建庫技術(shù)要求的造腔工程量少，造腔體積為775×104m3；在風(fēng)險較大的不壓井作業(yè)方面，雙井單腔建庫技術(shù)則沒有這方面的工程量，降低了安全風(fēng)險。

3.3 三種方案投資對比

根據(jù)行業(yè)有關(guān)定額及相關(guān)規(guī)定，結(jié)合上述三種方案對應(yīng)的工程量，計算了某鹽穴型儲氣庫的工程投資，具體（見表4 和圖2）。

表4 三種建庫技術(shù)工程投資對比 單位：萬元

圖2 三種建庫技術(shù)工程投資對比（億元）

由此可知，常規(guī)井眼建庫技術(shù)單方工作氣成本約4.93 元。大井眼建庫技術(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。常規(guī)雙井單腔造腔技術(shù)由于理論上可實現(xiàn)無墊底氣技術(shù)，成本最低僅3.55 元/立方米。

4 結(jié)論

通過這些對比，可以得出以下結(jié)論：

（1）相對于常規(guī)井眼建庫技術(shù)方案，大井眼建庫技術(shù)方案的優(yōu)點是造腔速度快、注采氣量大，雙井單腔建庫技術(shù)方案的優(yōu)點是造腔速度快、注采氣量大、無墊底氣。

（2）通過實例分別對三種建庫技術(shù)方案投資成本進(jìn)行計算，從計算結(jié)果可以看出，鹽穴型儲氣庫大井眼建庫技術(shù)與常規(guī)井眼建庫技術(shù)工程投資差別不大，基本處于同一水平。

（3）以實例中鹽穴型儲氣庫建庫成本分析可以得出，實例中鹽穴型儲氣庫采用雙井單腔建庫技術(shù)方案投資最省，投資成本相對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)建庫技術(shù)方案。

除了上述對比，還做了一些其他地質(zhì)條件、儲氣規(guī)模的不同建庫技術(shù)方案的對比，發(fā)現(xiàn)在單腔庫容小于5 000×104m3的情況下，雙井單腔建庫技術(shù)方案沒有成本優(yōu)勢，而大井眼建庫技術(shù)與常規(guī)井眼建庫技術(shù)則投資較低。