全球地下儲氣庫的發(fā)展趨勢與驅(qū)動力

摘 要

摘要：建設(shè)地下儲氣庫是保障安全平穩(wěn)供氣的主要手段之一。隨著全球天然氣需求的增長，地下儲氣庫的需求也將不斷增長，預(yù)計到2030年全球地下儲氣庫工作氣量將達到5430×108m3
摘要：建設(shè)地下儲氣庫是保障安全平穩(wěn)供氣的主要手段之一。隨著全球天然氣需求的增長，地下儲氣庫的需求也將不斷增長，預(yù)計到2030年全球地下儲氣庫工作氣量將達到5430×108m3。為此，分析了全球地下儲氣庫的現(xiàn)狀，揭示了地下儲氣庫需求增長的5個驅(qū)動力：①各國對天然氣戰(zhàn)略儲備的重視；②天然氣供給方式的轉(zhuǎn)變；③短期天然氣貿(mào)易的需要；④管網(wǎng)系統(tǒng)進一步平衡的需要；⑤油田伴生氣的儲存需求。結(jié)論指出：地下儲氣庫的需求增長主要分布在北美和歐洲，亞洲地區(qū)受天然氣需求和建庫地質(zhì)條件的限制，在世界地下儲氣庫總工作氣量中僅占很小的份額；地下儲氣庫的發(fā)展趨勢是加大氣庫調(diào)峰的靈活性以滿足低碳經(jīng)濟的需要；未來地下儲氣庫技術(shù)主要向延長地下儲氣庫使用壽命、減少地下儲氣庫對環(huán)境的影響和增強地下儲氣庫運行靈活性的方向發(fā)展。該研究成果將為中國地下儲氣庫的建設(shè)發(fā)展提供借鑒經(jīng)驗和發(fā)展啟示。
關(guān)鍵詞：全球；地下儲氣庫；發(fā)展；需求；趨勢；驅(qū)動力；技術(shù)；啟示
    2009年10月5～9日，第24屆世界天然氣大會在阿根廷首都布宜諾斯艾利斯舉行。
    世界天然氣大會是國際天然氣聯(lián)盟組織(IGU)最重要的活動，每3年舉行1次，在每屆IGU主席所在國舉辦，是全球最高級別的天然氣行業(yè)盛會。
    地下儲氣庫專業(yè)委員會是世界天然氣聯(lián)盟下設(shè)的5個技術(shù)委員會之一，該委員會主要著眼于地下儲氣庫的建設(shè)、運行管理、主要發(fā)展方向、新技術(shù)應(yīng)用等方面的研究和調(diào)查。筆者參加了本次大會的地下儲氣庫工作組會議，以下是參加本次大會所獲得的一些信息和認識。文中所應(yīng)用的數(shù)據(jù)均來自第24屆世界天然氣大會儲氣庫工作組的報告。
1 全球地下儲氣庫的現(xiàn)狀
    IGU所掌握的統(tǒng)計資料表明，目前世界上共有36個國家和地區(qū)建設(shè)有630座地下儲氣庫，地下儲氣庫總的工作氣量為3530×108m3，約占全球天然氣消費量3×108m3的11.7%。與2005年3330×108m3的工作氣量相比.5年間全球地下儲氣庫工作氣量增加了200×108m3[1]。
    全球地下儲氣庫總的工作氣量中，北美地區(qū)占36%，歐洲占24%，獨聯(lián)體國家占39%，西亞和亞太地區(qū)占0.8%，拉丁美洲和加勒比地區(qū)占0.03%。
    全球地下儲氣庫總工作氣量的78%分布于氣藏型氣庫，5%分布于油藏型儲氣庫，12%分布于含水層儲氣庫，5%分布于鹽穴儲氣庫，另有約0.1%分布于廢棄礦坑和巖洞型氣庫中。在歐洲地下儲氣庫總工作氣量中，65%分布于氣藏型氣庫，1%分布于油藏型氣庫，18%分布于水層儲氣庫，12%分布于鹽穴氣庫。
    除目前已經(jīng)建成的3530×108m3的工作氣量外，全球尚有90座地下儲氣庫納入新建計劃，并有45座地下儲氣庫將進一步擴容，預(yù)計90座新建地下儲氣庫加上630座已建成的地下儲氣庫部分擴容，總的地下儲氣庫工作氣量將達4460×108m3。
    美國、俄羅斯、烏克蘭、德國、意大利、加拿大、法國是儲氣庫大國，其地下儲氣庫工作氣量約占全球地下儲氣庫總工作氣量的85%。
2 未來需求與增長的主要驅(qū)動力
    隨著天然氣消費需求的增長，地下儲氣庫需求將隨之增長。根據(jù)IGU預(yù)測，到2020年，全球天然氣需求量將從2005年的3×1012m3增加到3.7×1012m3，2030年將增加到4.5×1012m3。與此同時，預(yù)計全球地下儲氣庫工作氣量將會從2005年的3300×108m3增長到2030年的5 430×108m3。
    今后地下儲氣庫的需求主要增長區(qū)還是歐洲、北美和獨聯(lián)體國家等天然氣市場較為成熟的國家和地區(qū)。根據(jù)預(yù)測，歐洲地下儲氣庫工作氣量將從2005年的790×108m3增加到2030年的1350×108m3，北美地區(qū)的地下儲氣庫工作氣量將從2005年的1160×108m3增加到2030年的1870×108m3，獨聯(lián)體國家則將從2005年的1360×108m3增加到2030年的1770×108m3，傳統(tǒng)的3大地下儲氣庫集中地區(qū)仍將是地下儲氣庫未來的需求增長點。亞太地區(qū)由于受到天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的限制和地下儲氣庫建庫地質(zhì)條件的限制，且日本、韓國等傳統(tǒng)天然氣市場以LNG為主，該地區(qū)地下儲氣庫增長幅度將不會很大，在全球地下儲氣庫總體工作氣量比例中仍然將小于1%。
    根據(jù)IGU的分析，未來地下儲氣庫需求增長的主要驅(qū)動力來自以下方面：
1) 各國對天然氣戰(zhàn)略儲備的重視。以俄羅斯為代表的國家已經(jīng)開始有計劃地增加天然氣戰(zhàn)略儲備。
2) 天然氣供給方式的轉(zhuǎn)變。LNG貿(mào)易對傳統(tǒng)管道天然氣市場帶來較大影響，將刺激地下儲氣庫的需求。
    3) 短期天然氣貿(mào)易的需要。短期貿(mào)易需要利用地下儲氣庫進行有效周轉(zhuǎn)。
    4) 管網(wǎng)系統(tǒng)的進一步平衡需要，包括輸送量的平衡和壓力的平衡。
    5) 油田開采導(dǎo)致大量伴生氣排放造成大氣污染，伴生氣的儲存將同樣需要建設(shè)地下儲氣庫來滿足需求。
    具體到不同地區(qū)，地下儲氣庫的主要需求驅(qū)動力也各不相同。西歐地區(qū)不斷增加的地下儲氣庫需求將主要來自該地區(qū)各國對進口天然氣依賴程度的增加。天然氣對外依存度高的國家，必須建立地下儲氣庫系統(tǒng)以滿足對天然氣儲備的需要。以歐洲為例，根據(jù)IGU的經(jīng)驗，一旦天然氣對外依存度達到和超過30%，則地下儲氣庫工作氣量就需要超過天然氣消費量的12%；如果天然氣對外依存度超過50%，絕大部分國家的地下儲氣庫工作氣量將超過天然氣消費量的20%，法國、奧地利等國更是達到30%左右。西歐地區(qū)隨著未來本地天然氣產(chǎn)量的下降和天然氣對外依存度的增長，對地下儲氣庫的需求將越來越迫切。
    北美地區(qū)對地下儲氣庫的需求增長模式與其主要依賴非常規(guī)天然氣開發(fā)有關(guān)。尤其是在美國，由于新的大規(guī)模的非常規(guī)天然氣的開發(fā)，不僅改變了區(qū)域天然氣供需平衡，而且也改變了局部地區(qū)的天然氣供給流向，新的地下儲氣庫建設(shè)需求更多的是滿足非常規(guī)天然氣開發(fā)利用的需要，以及適應(yīng)和保證非常規(guī)天然氣供給后區(qū)域市場調(diào)峰和供給保障的需要。
    獨聯(lián)體國家由于地緣政治的影響和本國經(jīng)濟發(fā)展到的需要，為保障本地區(qū)的供氣安全也將加大地下儲氣庫建設(shè)的力度和投入。
3 未來發(fā)展的主要趨勢和方向
    保障平穩(wěn)安全供氣，在未來一段時間內(nèi)仍將是地下儲氣庫的主要作用，但是，隨著天然氣貿(mào)易量的增加和貿(mào)易方式的改變、區(qū)域市場供求關(guān)系的變化、非常規(guī)天然氣利用等多種因素的改變，地下儲氣庫的未來發(fā)展也產(chǎn)生了新的需求[2]：
    1) 地下儲氣庫需要適應(yīng)更加變化多端的天然氣市場發(fā)展需要，除了更好地發(fā)揮調(diào)峰作用外，將在調(diào)節(jié)區(qū)域天然氣市場價格方面發(fā)揮更加靈活的調(diào)節(jié)和保障作用。
    2) 地下儲氣庫應(yīng)該作為區(qū)域天然氣共同市場的工具之一，而不是僅僅滿足管道運營上調(diào)峰的需要。
    3) 地下儲氣庫的商業(yè)盈利模式將會是地下儲氣庫發(fā)展的一個重要方面，利用天然氣的季節(jié)價格差異尋求地下儲氣庫的商業(yè)利潤在未來地下儲氣庫發(fā)展過程中將會逐步得到體現(xiàn)。
    4) 地下儲氣庫服務(wù)更加透明和全面，平等對待各種類型的天然氣用戶，包括可中斷用戶和不可中斷用戶。
    5) 地下儲氣庫技術(shù)將會更多地應(yīng)用于非天然氣儲存領(lǐng)域，如壓氣蓄能、氫氣儲存等各種類型的氣體存儲領(lǐng)域，還有天然氣水合物存儲、儲氣庫與LNG的協(xié)調(diào)運行等方面。
    6) 在節(jié)能減排方面，將儲氣庫技術(shù)與C02地下儲存結(jié)合并共同發(fā)展，以實現(xiàn)減少C02排放的目標。
4 主要的技術(shù)發(fā)展方向
    歐美地區(qū)很多地下儲氣庫已經(jīng)運行多年，現(xiàn)在其地下儲氣庫技術(shù)主要向延長地下儲氣庫使用壽命、減少地下儲氣庫對環(huán)境的影響和增強地下儲氣庫運行的靈活性方向發(fā)展。主要包括以下內(nèi)容：
    1) 氣庫的靈活適應(yīng)性。氣庫不再僅僅滿足冬采夏注的季節(jié)性調(diào)峰，而是更多用于注采調(diào)節(jié)。
    2) 優(yōu)化已有儲氣庫的運行，提高儲氣庫靈活性，適應(yīng)天然氣市場自由化的發(fā)展需要。
    3) 超大鹽穴和水平鹽穴地下儲氣庫的建造，尤其是水平溶洞地下儲氣庫的建造和運行。
    4) 焊接管柱的大規(guī)模應(yīng)用。
    5) 發(fā)展水平井和多分支井提高氣庫產(chǎn)能。
    6) 建立地面地下一體化運行管理模型，完善運行優(yōu)化預(yù)測及完整性管理。
    7) 加強地下部分的管理優(yōu)化，包括加大運行壓力區(qū)間、提高注采氣能力、氣井套管內(nèi)外檢測、固井質(zhì)量評估與優(yōu)化、智能采氣井筒等。
    8) 新型地面脫水技術(shù)、新型壓縮機的應(yīng)用。
    9) 單井和地面設(shè)施的遠程監(jiān)控、檢測和環(huán)境檢測等。
5 對中國發(fā)展地下儲氣庫的啟示
5.1 高度重視地下儲氣庫在天然氣工業(yè)發(fā)展中的作用和地位
    天然氣行業(yè)的發(fā)展需要整個產(chǎn)業(yè)鏈的上游勘探開發(fā)、中游輸送與儲存、下游市場與利用各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展，歐美國家地下儲氣庫發(fā)展經(jīng)驗教訓(xùn)已經(jīng)揭示了地下儲氣庫在天然氣產(chǎn)業(yè)中的重要作用和地位，也給中國的天然氣發(fā)展給予了重要啟示：必須重視地下儲氣庫的建設(shè)。
5.2 制訂明確的地下儲氣庫發(fā)展戰(zhàn)略
    中國地下儲氣庫已經(jīng)有了一定的發(fā)展，但是對地下儲氣庫在整個天然氣行業(yè)發(fā)展中的總體目標規(guī)劃尚不明確。建議重點規(guī)劃和研究中國未來天然氣儲存業(yè)務(wù)的總體發(fā)展方向和規(guī)模，制訂調(diào)峰樞紐和區(qū)域調(diào)峰中心建設(shè)規(guī)劃[3]，以明確今后中國天然氣地下儲氣庫業(yè)務(wù)發(fā)展的總體方向。
5.3 提前開展地下儲氣庫建庫資源儲備
    能否建成與中國天然氣產(chǎn)業(yè)相匹配的地下儲氣庫，重點在于是否具備建設(shè)地下儲氣庫的地質(zhì)條件和建庫資源，尤其是在天然氣消費區(qū)，建設(shè)相當規(guī)模的地下儲氣庫意義更加重大。因此需要積極加大勘探力度，尋找有利的建庫資源，尤其應(yīng)該對環(huán)渤海、長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)等我國天然氣消費的重點地區(qū)，加大地下儲氣庫勘探評價工作量，儲備一批地下儲氣庫建設(shè)目標。
5.4 加大地下儲氣庫建設(shè)力度，縮短建設(shè)周期，迎接即將到來的調(diào)峰需求高峰
    地下儲氣庫調(diào)峰需求是隨著天然氣消費量的增長而增長的，但調(diào)峰的需求增長速度要略微滯后于天然氣消費增長速度。以北美地區(qū)的美國為例，在20世紀70年代，美國的天然氣消費量達到高峰期的時候，地下儲氣庫工作氣量僅占天然氣年消費量的8%左右，主要原因是地下儲氣庫建庫進度和調(diào)峰需求都要滯后于天然氣消費的需求。但隨著天然氣市場的成熟，調(diào)峰需求增大，大量的地下儲氣庫投入建設(shè)和運行以滿足調(diào)峰和應(yīng)急的需要，地下儲氣庫工作氣量也隨之大幅度增加，并且呈穩(wěn)步上升趨勢[4]。中國目前正處于天然氣消費快速發(fā)展的時期，天然氣消費和調(diào)峰需求的高峰期均尚未到來，根據(jù)預(yù)測，中國到2020年天然氣消費量將達到3000×108m3左右，以調(diào)峰最大需求滯后3～5a計算，調(diào)峰需求高峰將在2025年前后出現(xiàn)，而地下儲氣庫的建庫周期需要5～8a。因此目前這個階段正是大規(guī)模進行地下儲氣庫選址評價和建設(shè)的大好時機。
5.5 針對不同類型地下儲氣庫特點開展技術(shù)研究
    我國地下儲氣庫的建庫地質(zhì)條件與國外相比，總體來說相對較差。油氣藏和含水層的建庫條件表現(xiàn)為深度大、儲層物性條件差。因此針對這類地下儲氣庫，主要需要在提高建庫效率、大幅度提高注采井單井產(chǎn)能以及有效延長氣庫井安全壽命方面加強研究，形成配套技術(shù)。對鹽穴儲氣庫來講，其建庫條件主要表現(xiàn)為鹽層薄、夾層厚度大。對此，需要在鹽穴造腔的控制和預(yù)測、薄鹽層水平造腔及安全穩(wěn)定性方面加強研究和攻關(guān)。
5.6 未雨綢繆，儲備保障儲氣庫安全運行的檢測與監(jiān)測技術(shù)手段
    地下儲氣庫是保障安全穩(wěn)定供氣的主要手段，但氣庫本身的安全也需要高度重視。歐美國家儲氣庫井和地面設(shè)施的運行已經(jīng)超過40a。因而針對地下儲氣庫本身的安全已經(jīng)形成了一整套安全評價標準和保障措施。而隨著越來越多的氣庫投入運行以及氣庫服務(wù)時間的增長，我國地下儲氣庫本身的安全性可靠性問題將會不斷顯現(xiàn)。因此針對地下儲氣庫安全評價的監(jiān)測手段和技術(shù)措施等需盡快進行研究和儲備。
參考文獻
[1] IGU.2006-2009 triennium work report：study group 2.1：UGS database[C]∥24th World Gas Conference 2009.Buenos Aires：IGU，2009.
[2] IGU.2006-2009 triennium work report：committee 2 storage[C]∥24th World Gas Conference.Buenos Aires：IGU，2009.
[3] 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.
[4] 丁國生，李曉波，姜鳳光，等.“西氣東輸”二線調(diào)峰應(yīng)急問題探討[J].天然氣工業(yè)，2008，28(12)：92-94.
 
(本文作者：丁國生 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)