川渝地區(qū)相國寺地下儲氣庫庫址選擇

摘 要

摘要：為確保川渝地區(qū)天然氣季節(jié)性調(diào)峰和供氣的安全性，充分發(fā)揮“中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線”管道系統(tǒng)的輸氣能力，迫切需要建設(shè)配套的地下儲氣庫。川渝地區(qū)處于“中衛(wèi)-貴
摘要：為確保川渝地區(qū)天然氣季節(jié)性調(diào)峰和供氣的安全性，充分發(fā)揮“中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線”管道系統(tǒng)的輸氣能力，迫切需要建設(shè)配套的地下儲氣庫。川渝地區(qū)處于“中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線”中段，天然氣需求旺盛，天然氣資源較豐富，因天然氣開發(fā)歷史長，具有多個可用于建設(shè)地下儲氣庫的枯竭性氣藏。在借鑒和對比國內(nèi)外地下儲氣庫庫址選擇方法和建庫經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了適合川渝地區(qū)地下儲氣庫庫址優(yōu)選的標(biāo)準(zhǔn)：地理位置優(yōu)越、地質(zhì)條件符合建庫要求、注采能力和庫容滿足應(yīng)急與調(diào)峰需要以及儲氣庫氣源有保障等。利用該標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)有的幾個氣藏進(jìn)行了篩選，其中相國寺氣田石炭系枯竭氣藏建設(shè)地下儲氣庫地質(zhì)上具有完整性，氣庫功能和氣庫庫址具有明顯優(yōu)勢，進(jìn)而分析了用其建庫的可行性；最后對相國寺地下儲氣庫進(jìn)行了初步規(guī)劃設(shè)計。
關(guān)鍵詞：川渝地區(qū)；枯竭氣藏；建設(shè)；地下儲氣庫；庫址；選擇；相國寺氣田
    地下儲氣庫是天然氣產(chǎn)業(yè)鏈中一個重要的不可或缺的組成部分，國外幾十年來的天然氣利用經(jīng)驗和京津地區(qū)近十年平穩(wěn)供氣均充分證明了地下儲氣庫是最有效、最可靠的調(diào)峰和儲備手段。中石油正準(zhǔn)備建設(shè)“中衛(wèi)-貴陽聯(lián)絡(luò)線”管道輸氣系統(tǒng)(以下簡稱中貴線)，為充分發(fā)揮中貴線的輸氣能力，確保川渝地區(qū)季節(jié)性調(diào)峰和供氣的安全性，迫切需要設(shè)配套的地下儲氣庫。川渝地區(qū)處于中貴線中段，天然氣市場需求旺盛，加之該地區(qū)天然氣資源豐富、開發(fā)歷史長，具備利用枯竭性氣藏建設(shè)地下儲氣庫的技術(shù)條件。
1 川渝地區(qū)地下儲氣庫庫址優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)
    借鑒和對比國內(nèi)外地下儲氣庫的建設(shè)條件和經(jīng)驗[1～4]，結(jié)合川渝地區(qū)氣藏特點制定出枯竭氣藏建設(shè)地下儲氣庫的選擇標(biāo)準(zhǔn)。
1.1 地理位置優(yōu)越
    為解決調(diào)峰和應(yīng)急問題，儲氣庫應(yīng)建在輸氣管線末端或是靠近主要用氣中心。在川渝地區(qū)主要應(yīng)選擇靠近重慶和成都市區(qū)，或是用戶較多的蜀南地區(qū)。另外，就是要毗鄰大型長輸管線。
1.2 地質(zhì)條件符合建庫要求
    建庫條件簡言之為：“注得進(jìn)、存得住、采得出”，地質(zhì)條件主要反映前兩點，即：儲層的氣密封性好，區(qū)域內(nèi)斷層少，上覆蓋層不存在構(gòu)造斷層；儲層滲透性和連通性好；不含水或水體不活躍；氣藏埋藏深度適中(介于1000～3000m之間)；枯竭氣藏采出程度較高。
1.3 注采能力及庫容滿足應(yīng)急與調(diào)峰需要
    注采能力應(yīng)較大，能滿足氣庫強(qiáng)注、強(qiáng)采的要求；具有一定的儲氣規(guī)模。
1.4 儲氣庫氣源有保障
    川渝地區(qū)天然氣市場成熟，近年來呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面，本地氣源無法滿足儲氣庫墊氣需求，必須要有其他氣源提供墊氣保障(這點要求有別于其他地區(qū)儲氣庫)。
    采用上述標(biāo)準(zhǔn)，對川渝地區(qū)的枯竭氣藏的地質(zhì)特征和開采現(xiàn)狀進(jìn)行了分析(表1、2)，最終優(yōu)選出建儲條件最好的相國寺石炭系枯竭氣藏改建地下儲氣庫。
 
2 相國寺氣田改建儲氣庫的可行性
2.1 儲氣庫地質(zhì)上具有完整性
    地下儲氣庫的地質(zhì)可行性研究主要解決“存得住”的問題，也就是氣庫從地質(zhì)上具有完整性，它包括：構(gòu)造的完整性、蓋托層的封閉性、儲集層分布均勻性和水體的不活躍性。
    1) 相國寺石炭系氣藏構(gòu)造形態(tài)為狹長梳狀背斜。構(gòu)造兩翼均發(fā)育有大型傾軸逆斷層，斷層向上消失于須家河組，向下則斷達(dá)志留系，斷層未破壞構(gòu)造、地層的完整性，對氣藏起到封閉作用(圖1)。
 

    2) 相國寺石炭系氣藏上與二疊系、下與志留系均呈假整合接觸。上覆以二疊系底部梁山組廣泛分布厚度9～18m的致密泥頁巖為蓋層，下伏志留系頁巖層為隔托層，形成了良好的儲蓋組合，蓋托層的封閉性好。
    3) 相國寺石炭系氣藏儲集巖以角礫云巖為主，儲集空間以孔隙為主，裂縫和洞穴也較發(fā)育，有效厚度8～10m，分布十分穩(wěn)定。
    4) 相國寺石炭系氣藏原始?xì)馑缑婕s-2000m，處于構(gòu)造低部位，在整個開發(fā)史中，氣藏產(chǎn)水量較小，動態(tài)監(jiān)測也表明，邊水未侵入氣藏，氣藏內(nèi)水體不活躍。
2.2 功能具有明顯優(yōu)勢
    地下儲氣庫功能上的可行性研究主要解決“注得進(jìn)、采得出”的問題，即改建成的氣庫要形成以下功能：滿足強(qiáng)注強(qiáng)采、氣庫具有一定規(guī)模、氣庫物性和氣質(zhì)等條件好以及工程上易于建設(shè)。
    1) 氣藏生產(chǎn)壓差小，單井產(chǎn)量高。從1989年和2010年試井資料(表3)分析表明：儲層滲透率高，且未隨地層壓力下降而降低；單井日產(chǎn)量高，井均無阻流量超過200×104m3/d，具備了強(qiáng)注強(qiáng)采的條件。同時氣藏井間連通性好，無明顯壓降漏斗(圖2)，有利于氣庫均衡注采。
    2) 氣藏動態(tài)儲量較大(圖3)，利用壓降區(qū)間來設(shè)計工作氣量，具備了一定的建庫的規(guī)模。
    3) 氣藏儲層孔隙度變化較小，平均為7.5%，裂縫和洞穴分布均勻，有效厚度介于8～10m，分布十分穩(wěn)定，可視為均質(zhì)氣藏；氣質(zhì)以干氣為主，甲烷含量超過97%，不含H2S。
    4) 氣藏埋藏深度約2000m，原始狀態(tài)時壓力系數(shù)為1.24，氣藏溫度約62℃，屬常溫高壓氣藏，有利于鉆井和老井封堵施工。
 

2.3 氣庫庫址具有明顯優(yōu)勢
    1) 相國寺地下儲氣庫位于重慶市渝北區(qū)境內(nèi)，海拔400～800m，庫區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，氣庫距川渝環(huán)形管網(wǎng)的南干線僅40km，距主城區(qū)僅50km，庫址不僅有利于為城市提供調(diào)峰需求，而且還有利于氣庫的建設(shè)。
    2) 目前待建的中貴線，南北向穿越川渝地區(qū)，途經(jīng)重慶市銅梁縣境內(nèi)，距氣庫約80km，與建庫條件好的川東地區(qū)氣藏相比，距離最短，正是由于中貴線的建設(shè)，才為氣庫提供了墊氣的必要條件。
3 初步規(guī)劃設(shè)計
3.1 功能定位
    川渝地區(qū)已形成了環(huán)型輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)，待建的中貴線縱貫?zāi)媳?，相國寺地下儲氣庫位于環(huán)型管網(wǎng)中間，距中貴線銅梁站僅80余公里，其功能定位為：中貴線和川渝市場的季節(jié)性調(diào)峰及應(yīng)急需求，還要兼顧戰(zhàn)略儲備功能。主要功能首先滿足前者，富余部分再為后者考慮。
3.2 庫容和工作氣量設(shè)計
    地下儲氣庫的注采過程遵守物質(zhì)平衡原理，相國寺氣田石炭系氣藏在整個開采史中均呈現(xiàn)定容的特征(圖3)，氣藏水體也不活躍。借鑒國內(nèi)外建庫經(jīng)驗，氣庫上限壓力一般不超過氣藏原始地層壓力，氣藏原始地層壓力為28.73MPa，按簡單取整設(shè)計儲氣庫上限壓力為28MPa，利用壓降法計算氣庫庫容為40.5×108m3。
    根據(jù)IGU(國際天然氣聯(lián)盟組織)統(tǒng)計，已建成554個地下儲氣庫工作氣量約占庫容的50%。同時，根據(jù)中貴線和川渝管網(wǎng)調(diào)峰的地面工程分析，滿足最低的川渝管網(wǎng)調(diào)峰要求的井口最低壓力為7.0MPa，再依據(jù)單井最低產(chǎn)量不低于40×104m3/d，經(jīng)井筒流動氣柱和氣井產(chǎn)能方程反推算地層壓力，確定儲氣庫下限壓力為11.7MPa，按上下限壓力計算工作氣量為22.8×108m3，約占庫容的56%。為此，工作氣量設(shè)計為22.8×108m3。
3.3 運行方案設(shè)計
    由于川渝地區(qū)季節(jié)調(diào)峰需求量較中貴線高。因此，運行方案主要根據(jù)近年來川渝地區(qū)季節(jié)調(diào)峰變化來設(shè)計。注氣補充期設(shè)計為3月下旬至10月底，共220d；采氣調(diào)峰期為11月中旬至3月中旬，共120d；設(shè)定春、秋兩季約25d的維護(hù)期。
    儲氣庫平均注氣量1000×104m3/d，調(diào)峰需求時平均采氣量1100×104m3/d，采氣井口壓力不低于7MPa。
3.4 鉆采工程方案設(shè)計
    根據(jù)儲氣庫功能定位和地質(zhì)與氣藏工程設(shè)計需求，結(jié)合氣庫地下構(gòu)造和地面地形等特點，設(shè)計氣庫鉆采工程方案。主要采取叢式井組方式，部署新鉆注采井22口，老井處理22口。
    老井處理主要考慮永久性封堵的可靠性。新鉆注采井主要以有效保護(hù)儲層和確保固井質(zhì)量為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3.5 地面工程方案設(shè)計
    根據(jù)地面井位和氣庫功能定位來確定地面工程方案。設(shè)計注采站1座，具有分離、計量、增壓、節(jié)流、脫水和清管等功能。注氣規(guī)模按750×104～1400×104m3/d來設(shè)計，采氣規(guī)模分2種情況：①正常季節(jié)調(diào)峰需求時，按700×104～1400×104m3/d設(shè)計；②戰(zhàn)略應(yīng)急時，應(yīng)滿足最大應(yīng)急采氣規(guī)模(約2800×104m3/d)設(shè)計。
4 結(jié)論與建議
4.1 綜合評價
    相國寺地下儲氣庫是利用碳酸鹽巖枯竭型氣藏改建而成，是川渝地區(qū)第一座地下儲氣庫，該庫的庫址篩選、可行性論證、方案設(shè)計和建設(shè)等開創(chuàng)性工作為川渝地區(qū)建設(shè)地下儲氣庫開辟了一條快捷可靠的途徑[5～6]。相國寺地下儲氣庫具有庫容量和工作氣量大、注采井單井產(chǎn)量高、地質(zhì)條件優(yōu)越、功能強(qiáng)大等特點，是中石油目前在建氣庫中條件最好的氣庫之一。它的建成將進(jìn)一步確保川渝地區(qū)的平穩(wěn)供氣，同時，為其他地區(qū)提供有效的戰(zhàn)略儲備保障。
4.2 建議
    相國寺地下儲氣庫是在幾乎完全枯竭的氣藏上改建，需要的墊氣量較大，加上戰(zhàn)略儲備量，附加墊氣量將超過庫容的60%以上，經(jīng)測算墊底氣投資將占?xì)鈳炜偼顿Y的60%以上，遠(yuǎn)超過IGU經(jīng)驗值的40%。另外，枯竭氣藏由于壓力系數(shù)較低，實施鉆采工程的難度也將加大。為此，建議今后川渝地區(qū)枯竭氣藏改建儲氣庫的選擇上，氣藏的采出程度要進(jìn)行綜合評價，并控制在一個合理的范圍之內(nèi)。
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(本文作者：毛川勤1 鄭州宇2 1.中國石油西南油氣田公司；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司川慶鉆探工程有限公司)