摘要：到2020年，中國地下儲氣庫的工作氣需求量將超過500×108m3，其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭型氣藏改建地下儲氣庫而獲得。為此，分析指出枯竭氣藏型地下儲氣庫的建設(shè)與氣藏開發(fā)本身具有較大的差異性，兩者在建庫與開發(fā)條件、開采方式、設(shè)計準(zhǔn)則、運行過程、工程要求、儲層改造及監(jiān)測7個方面都存在著較大差異。因此，在地下儲氣庫的建設(shè)和運行管理過程中，不能照搬氣藏開發(fā)的模式，必須關(guān)注地下儲氣庫建設(shè)的5個關(guān)鍵問題：庫容參數(shù)設(shè)計、井網(wǎng)部署、氣庫安全、氣庫監(jiān)測和氣庫運行優(yōu)化。做好以上5個方面的工作，將會大大縮短建庫周期，提高枯竭氣藏改建儲氣庫的運行效率。
關(guān)鍵詞：枯竭氣藏；地下儲氣庫建設(shè)；氣藏開發(fā)；差異性；庫容參數(shù)；井網(wǎng)部署；安全；監(jiān)測；庫群優(yōu)化
地下儲氣庫是天然氣產(chǎn)業(yè)中上下游不可分割的重要組成部分，隨著中國天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，對地下儲氣庫的需求將越來越迫切。目前中國正在建設(shè)的地下儲氣庫絕大部分是由枯竭氣藏改建而成的，根據(jù)預(yù)測，到2020年，全國地下儲氣庫的工作氣需求量將超過500×108m3[1]，而其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭氣藏改建而獲得，因此，抓住枯竭氣藏改建地下儲氣庫建設(shè)的關(guān)鍵，做好枯竭氣藏改建地下儲氣庫的建設(shè)和運行管理工作，對我國地下儲氣庫的建設(shè)具有重要意義。
1 氣藏開發(fā)與儲氣庫建設(shè)的差異性
氣田開發(fā)與地下儲氣庫建設(shè)存在較大的差異性，這種差異性主要表現(xiàn)在以下7個方面：
1) 建庫與開采條件的差異：氣藏開發(fā)需要把各種復(fù)雜條件下的天然氣通過各種方式開采出來；地下儲氣庫則需要利用條件最好的氣藏建設(shè)而成。
2) 開采方式的差異：氣藏開發(fā)需要最大限度地提高采收率，開采周期長達(或超過)10年；地下儲氣庫則需要在很短的時間(一般是1個注采周期，即3～4月)內(nèi)把氣庫中的有效工作氣全部開采出來，并且還需要在1個注采周期內(nèi)將地下儲氣庫注滿達到滿庫容。
3) 設(shè)計準(zhǔn)則的差異：氣藏開采盡量保持穩(wěn)產(chǎn)；地下儲氣庫產(chǎn)能設(shè)計則以滿足地區(qū)月(日)最大調(diào)峰需求為原則。
4) 運行過程的差異：氣藏開發(fā)一般產(chǎn)量遞減；地下儲氣庫的產(chǎn)量則逐年遞增。
5) 工程要求的差異：氣藏開發(fā)采氣井壽命為10～20年，且開采過程單向從高壓到低壓；地下儲氣庫井壽命要求30～50年，且井筒內(nèi)壓力頻繁變化。
6) 對儲層改造的差異：氣藏開發(fā)可通過大規(guī)模壓力酸化來提高單井產(chǎn)能；而地下儲氣庫生產(chǎn)壽命長，如果儲層改造不具備相當(dāng)長的有效期(8～10年或更長)，則一般不進行儲層改造，氣庫儲層改造的目的主要是改善井底污染。
7) 監(jiān)測差異：氣藏開發(fā)一般不單獨鉆監(jiān)測井；地下儲氣庫建設(shè)運行過程中有時會大量部署監(jiān)測井，以控制監(jiān)測庫區(qū)及周邊的各種異常情況。
2 枯竭氣藏改建儲氣庫應(yīng)關(guān)注的重要問題
正是由于氣藏開發(fā)與地下儲氣庫建設(shè)存在著較大的差異，因此在地下儲氣庫的建設(shè)和運行管理過程中，不能照搬氣藏開發(fā)的模式，必須關(guān)注地下儲氣庫建設(shè)的以下關(guān)鍵問題。
2.1 應(yīng)注重庫容參數(shù)和單井注采氣能力設(shè)計的科學(xué)合理性
對于庫容量來說，枯竭氣藏型地下儲氣庫的庫容量不能等同于氣藏的儲量，需考慮多方面因素來確定。地質(zhì)儲量指氣藏原始含氣孔隙體積的含氣量，動態(tài)儲量是在氣藏較低速開采條件下對應(yīng)的可動用儲量。庫容量則是地下儲氣庫在高速注采過程中壓力波及的地層可動含氣孔隙體積對應(yīng)的氣量。由于受氣藏多年開采、壓力下降和水侵等多種因素的影響，枯竭氣藏改建地下儲氣庫后的氣體占據(jù)就的孔隙體積往往小于原始孔隙體積[2]。
對于儲氣庫工作氣量的設(shè)計來說，不應(yīng)過高追求枯竭氣藏型地下儲氣庫的工作氣比例，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)、地面和經(jīng)濟等各方面因素，合理加以確定。理論上儲氣庫的工作氣量是氣庫上下限壓力范圍內(nèi)的最大采氣量，在實際運行過程中是1個注采周期內(nèi)儲氣庫所有井在上下限壓力范圍內(nèi)注(采)氣量之和。工作氣量的確定與儲氣庫下限壓力關(guān)系密切，但一定要考慮在1個注采周期內(nèi)整個儲氣庫的運行壓力能否均勻有效控制在上下限運行壓力范圍以內(nèi)。過低的下限壓力可能導(dǎo)致氣藏邊底水侵入，反而降低儲氣庫的達容速度和工作氣規(guī)模。對于滲透性較差的地下儲氣庫，過高的工作氣比例需要有大量的注采井才能實現(xiàn)，這將帶來較大的成本壓力。因此，對地下儲氣庫工作氣量的設(shè)計而言，不僅要考慮地質(zhì)條件的可行性，還應(yīng)對地面設(shè)施和管道等各種條件加以綜合考慮。
對于單井產(chǎn)能的設(shè)計來說，地下儲氣庫氣井單井注采氣能力的確定一定要考慮調(diào)峰高峰期或短期應(yīng)急大排量采氣的需要。氣藏開發(fā)氣井產(chǎn)量主要是根據(jù)氣井產(chǎn)能并結(jié)合方案設(shè)計的采氣速度進行配產(chǎn)確定。地下儲氣庫氣井注采能力的設(shè)計主要由儲層滲流能力和井筒性質(zhì)決定，應(yīng)最大限度地發(fā)揮氣井的采氣能力[3]，滿足儲氣庫大流量調(diào)峰和應(yīng)急的需要，相同條件下，儲氣庫氣井配產(chǎn)量通常可達到氣藏開發(fā)井配產(chǎn)量的2～3倍。
2.2 儲氣庫的井網(wǎng)部署應(yīng)以最大限度控制庫容、滿足工作氣注采需要為目的，不應(yīng)過分強調(diào)“稀井高產(chǎn)”
儲氣庫注采井網(wǎng)部署與氣藏開發(fā)井網(wǎng)部署存在較大的區(qū)別，這主要是由于儲氣庫采用大流量雙向循環(huán)注采所致。井網(wǎng)部署是否合理直接關(guān)系到儲氣庫運行效率的高低。氣藏開發(fā)井網(wǎng)部署一般是在構(gòu)造高部位或儲層發(fā)育區(qū)集中布井，“稀井高產(chǎn)”以獲取較長的穩(wěn)產(chǎn)年限和較高的采收率。儲氣庫井網(wǎng)部署則要滿足強采強注的要求，需要一定的井網(wǎng)密度，且布井要兼顧儲層發(fā)育區(qū)、不發(fā)育區(qū)及水淹區(qū)，以擴大氣體波及效果和提高庫容動用程度。
2.3 高度重視地下儲氣庫的安全
作為調(diào)峰和保障安全供氣的主要設(shè)施，地下儲氣庫一般建設(shè)在天然氣管道下游用戶區(qū)附近，而儲氣庫的服役年限又都較長(一般超過50年)，因此儲氣庫的安全要求相比氣藏開發(fā)更加嚴格，氣井及儲氣庫本身的安全必須引起高度的重視。
一般來講，儲氣庫的安全風(fēng)險主要來源于儲氣庫注采井的安全與否?？偨Y(jié)歸納儲氣庫各類井存在的安全風(fēng)險主要包括以下9項：①地震或地質(zhì)災(zāi)害造成的套管變形、套管錯斷和固井質(zhì)量下降；②注采交變應(yīng)力造成的井下設(shè)備損壞和固井質(zhì)量下降；③設(shè)計缺陷、設(shè)備缺陷及疲勞損傷；④油套管等井下設(shè)備的腐蝕；⑤井下作業(yè)事故；⑥第三方破壞或機械損壞；⑦洪水等自然災(zāi)害造成的井口破壞；⑧周邊環(huán)境影響；⑨違章指揮與違章作業(yè)。為保證儲氣庫注采井的安全，應(yīng)保證建井質(zhì)量，加強注采井的監(jiān)測和安全評估，根據(jù)安全評估及時制訂風(fēng)險井的處理方法。
除了井的安全外，儲氣庫本身的地質(zhì)風(fēng)險也必須高度重視。地質(zhì)風(fēng)險主要表現(xiàn)在4個方面：①地震或地質(zhì)災(zāi)害引起斷層開啟活動而導(dǎo)致天然氣泄漏；②注采交變應(yīng)力誘導(dǎo)斷層開啟而導(dǎo)致天然氣泄漏；③超壓注氣導(dǎo)致蓋層破裂或突破蓋層封堵而導(dǎo)致天然氣泄漏；④高速注氣導(dǎo)致天然氣沿著高滲透帶從溢出點泄漏。為了應(yīng)對儲氣庫的地質(zhì)風(fēng)險，應(yīng)加強儲氣庫的地質(zhì)評價和監(jiān)測，對超原始地層條件注采進行充分試驗和論證。
2.4 應(yīng)高度關(guān)注儲氣庫的動態(tài)監(jiān)測，包括對儲氣庫的全方位動態(tài)監(jiān)測和氣井的安全檢測
由于儲氣庫采取高速注采且注采頻繁交替，不同的注采周期內(nèi)注采速度和注采量會有差異，加上儲層非均質(zhì)性的影響，每個注采周期內(nèi)，地下油氣水分布都不可能完全相同，因此加強儲氣庫監(jiān)測是及時了解儲氣庫動態(tài)與安全狀況、做好儲氣庫運行管理必不可少的環(huán)節(jié)。
儲氣庫監(jiān)測體系一般有6大項，主要包括儲氣庫蓋層密封性監(jiān)測、儲氣庫斷裂系統(tǒng)密封性監(jiān)測、上覆淺層水監(jiān)測、儲氣庫內(nèi)部溫度壓力及流體組分監(jiān)測、儲氣庫氣液界面及流體運移監(jiān)測、儲氣庫周邊及溢出點監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要是常規(guī)壓力、溫度、地層水烴類含量、地層流體組成和氣液界面，有時根據(jù)需要采用示蹤劑或氣體同位素等進行監(jiān)測。
對于氣井的檢測，一般包括固井質(zhì)量檢測、井下設(shè)備腐蝕與損壞監(jiān)測和套管外氣體聚集檢測。固井質(zhì)量檢測主要通過測井方法實現(xiàn)，井下設(shè)備的腐蝕與損壞情況主要通過磁脈沖探傷測井儀檢測，管外氣體聚集情況主要通過高靈敏溫度測井儀檢測。
2.5 應(yīng)注重單個儲氣庫及整個庫群的注采優(yōu)化，在最大限度發(fā)揮調(diào)峰作用的同時，提高整個儲氣庫群運行效率
庫群整體優(yōu)化是將多座儲氣庫作為既相互獨立又相互聯(lián)系的統(tǒng)一體，以采氣計劃、氣庫產(chǎn)能、管網(wǎng)壓力節(jié)點、壓縮機功率等為約束條件，協(xié)調(diào)好各儲氣庫之間的注采氣運行，實現(xiàn)整個儲氣庫群的優(yōu)化配產(chǎn)配注?？傮w優(yōu)化基本模式為：首先進行單一氣庫注采氣能力分析，然后確立庫群優(yōu)化配置的基本原則及約束條件，在此基礎(chǔ)上建立庫群整體優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，最后利用建立的模型進行儲氣庫群的配產(chǎn)方案優(yōu)化。
國內(nèi)已經(jīng)開始進行儲氣庫群優(yōu)化配產(chǎn)的嘗試，中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院根據(jù)中國石油大港油田板橋儲氣庫群的不同特點和北京地區(qū)天然氣調(diào)峰需求變化，制訂了6座儲氣庫最佳的調(diào)峰保供方案。
歐洲一些儲氣庫運營公司已經(jīng)在儲氣庫智能運行優(yōu)化方面進行了大量研究，目前已經(jīng)開發(fā)出可以同時模擬12座儲氣庫、400口注采井的儲氣庫智能管理系統(tǒng)，將SCADA系統(tǒng)、油藏數(shù)值模擬和專家系統(tǒng)等有機結(jié)合起來，優(yōu)化儲氣庫調(diào)峰注采方案。
3 建議
中國正在加快地下儲氣庫的建設(shè)步伐，2011-2012年，不少枯竭氣藏將會建設(shè)為地下儲氣庫，對這些即將投入建設(shè)的儲氣庫進行分析，認為主要有以下4個共同點：①埋深大，基本上都超過了2500m；②都是水侵或水淹的氣藏；③儲層非均質(zhì)性或裂縫系統(tǒng)比較復(fù)雜；④儲層的孔滲條件均不太理想，屬于中低滲儲層。對此，提出如下建議：
1) 針對水淹或水侵的枯竭氣藏：①主要進行細致的儲氣庫建庫前期地質(zhì)研究，分析水侵范圍和侵入量，研究高速注采條件下氣水互驅(qū)效率，進而確定合理的庫容和工作氣量；②同時研究注采擴容過程中驅(qū)水或排水的可行性，從而布置合理的注采井網(wǎng)。
2) 針對非均質(zhì)性較強和裂縫系統(tǒng)較復(fù)雜的氣藏：①加強儲氣庫非均質(zhì)性和裂縫系統(tǒng)分布規(guī)律的研究，分析高速注采氣條件下不同孔滲帶的氣驅(qū)效率；②分析研究不同注采井網(wǎng)對庫容和工作氣量的控制效果；③注氣過程中應(yīng)及時有效地監(jiān)測和控制不同相帶、不同儲氣層位或裂縫系統(tǒng)以及斷層附近的氣水運移狀況，及時調(diào)整注采井位和注采速度；④應(yīng)盡量避免高滲透帶或高產(chǎn)井超負荷調(diào)峰采氣而引起水錐或水侵，進而導(dǎo)致已經(jīng)建立起來的庫容和[作氣量損失。
3) 針對中低滲氣藏：①應(yīng)適當(dāng)提高儲氣庫的下限壓力，降低儲氣庫工作氣比例，避免為提高工作氣比例而增加過多的井?dāng)?shù)，導(dǎo)致鉆井投資的增加；②應(yīng)嚴格控制注采井帶水生產(chǎn)，避免因氣井出水導(dǎo)致注采能力大幅度降低；③應(yīng)慎重評價和分析儲層改造的持久性和有效性。
4) 針對儲氣庫氣井的安全設(shè)計：①充分論證并盡可能提高單井產(chǎn)能，以應(yīng)對極端條件下的注采氣要求；②嚴格控制建井質(zhì)量，在井身結(jié)構(gòu)、管柱材質(zhì)和固井質(zhì)量等方面嚴格把關(guān)；③做好深井交變注采應(yīng)力條件下井筒安全性的相關(guān)研究；④提前做好氣井檢測的技術(shù)儲備，制訂注采氣井檢測計劃。
5) 針對儲氣庫的注采運行管理：①應(yīng)及時制訂注采調(diào)峰計劃，尤其是在建庫擴容階段，應(yīng)分析各種可能條件下的注采調(diào)峰方式和應(yīng)對措施；②在多個儲氣庫同時建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)儲氣庫規(guī)模、注采能力和氣藏類型等優(yōu)化制訂注采氣運行計劃；③應(yīng)加強儲氣庫的庫存管理，研究儲氣庫庫存管理的有效分析評價方法；④加強儲氣庫的監(jiān)測。
參考文獻
[1] 丁國生，梁婧，任永勝，等.建設(shè)中國天然氣調(diào)峰儲備與應(yīng)急系統(tǒng)的建議[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：98-100.
[2] 胥紅成，王皆明，李春.水淹枯竭氣藏型地下儲氣庫盤庫方法[J].天然氣工業(yè)，2010，30(8)：79-82.
[3] 馬小明，余貝貝，馬東博，等.砂巖枯竭型氣藏改建地下儲氣庫方案設(shè)計配套技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2010，30(8)：67-71.
(本文作者：丁國生 王皆明 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)
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