我国储气库标准体系框架建设分析

2020-10-09吴张帆姜炜赵艳杰

石油工业技术监督 2020年7期

吴张帆，姜炜,赵艳杰

中国石油天然气股份有限公司储气库分公司（北京100101）

0 引言

储气库是将天然气注入地下空间而形成的人工气藏，具有调峰规模大、占地面积小、安全环保、污染小、投资成本低等优点[1]，是最经济有效的天然气储存和调峰方式。目前全球储气库共有约715座，总工作气量达4 170×108m3，储气库气消费量约占全球天然气年消费量的12%，部分发达国家占比高达30%～80%，在解决季节用气波动、提升管输效率、国家战略储备等方面发挥了重要作用。

储气库主要包括油气藏、含水层、盐穴和矿坑等4种类型，其中:气藏型储气库数量多、规模大，占绝对优势，其工作气量占全部储气库工作气总量的74%;含水层次之，占11%;盐穴占9%，油藏占6%[2]（图1）。随着中国天然气产业快速发展，四大天然气进口通道初步建成，天然气业务遍布全国，消费量年均增长14%，2018年我国天然气对外依存度上升至45%，形成完善的调峰、应急保障能力刻不容缓。而天然气市场具有季节用气波动大、资源市场距离远、进口气量占比高的显著特点，冬季用气高峰期面临严峻挑战。储气库作为天然气季节调峰和应急供气的最佳方式，规划建设科学合理的储气库标准体系，为储气库设计、施工、运行提供技术支撑是研究的重点。

图1 不同类型储气库工作气量占比

1 国内储气库发展历程

国内储气库从20世纪90年代开始正式开工建设和运营[3]，尤其是2010年以来建库工程全面提速[4]，经历了早期选址阶段（1992—1998年）、启动建设阶段（1999—2009 年）和规模建设阶段（2010—2019年）。目前中石油已建成大港、呼图壁、金坛盐穴等10座储气库群，设计工作气量达174×108m3；中石化建成文96和金坛盐穴储气库；港华燃气建成金坛储气库，并已在上海交易所挂牌市场化运营[5]（图2）。这些储气库的建成使得季节调峰与应急供气能力大大增强，冬季调峰和应急保供作用日益凸显。尽管国内储气库经过了20年的建设和发展，设计总工作气量达231×108m3，但总体调峰能力有限。截至2018 年底仅为95×108m3，占天然气年消费量的3.4%[6]，与国际平均水平相比较少，也与国家发改委明确要求“供气企业应当到2020年拥有不低于其年合同销售量10%的储气能力”差距较大，调峰保供形势仍然严峻[7]。

图2 国内已投产储气库分布图

为满足国内天然气产业发展的要求，增强油气安全储备和应急保障能力的长期战略任务，中石油规划在2030年形成东北、华北、西北、中西部、西南、中东部6 大储气中心，储气库数量约50 个，工作气量超700×108m3。中石化正在加快中原文23 储气库、江汉盐穴储气库建设，并积极开展库址筛选工作。中海油正加快LNG设施建设，并开展海上储气库库址筛选。港华燃气和云南能投等地方燃气公司也在积极投建储气库。随着国内储气库建设步入发展的快车道，储气库数量多、类型多，地质条件更加复杂，科学设计、高效建设及优化运行等面临前所未有的挑战。同时，各类投资主体和企业将以多种方式进入储气库行业，掀起建设热潮，而标准体系建设是指导储气库建设运行的基础，也是储气库行业市场开放和规范监管的技术和标准支撑。

2 国外储气库标准现状

通过与国外标准现状对标，全面梳理了储气库建设与运行技术标准情况。1915 年世界第一座储气库建成，截至目前已经历了100多年的发展历史，美国、加拿大、俄罗斯、欧盟等国家都已形成比较完善的储气库系列标准[8-9]。总体上技术成熟，针对不同类型储气库建设运行的特点，建立了适合本国特点的标准规范，涵盖选址、设计、建设、运行、监测、维护及废弃等全过程的标准模式。

美国储气库标准主要是API RP 1114—2013《地下储库的设计推荐实施规程》，主要为新建盐穴地下储气库的设计和建造提供基本指南，涵盖了建造盐穴地下储气库的各个方面，包括选址、造腔、测试和投产等内容。API RP 1115—2012《地下储库的运行推荐实施规程》，为盐穴地下储气库的运行提供了一个基本指南，但它只适用于在储气库中储存液态碳氢化合物或液化石油气，而不完全适用于天然气储存。API RP 1170—2015《盐穴地下储气库的设计和运行》，提供了盐穴地下储气库存储天然气的功能建议，包括实施地质力学评估、盐穴储气库设计和钻完井、水溶造腔技术和操作以及监测和维护实践。API RP 1171—2015《枯竭油气藏和含水层储气库的功能完整性》，提供了2种类型储气库功能完整性方面的建议，包括建设、维护、运行、风险管理和完整性管理程序。

加拿大储气库标准为CSA Z341 Series—2018系列《碳氢化合物地下储库》标准，涵盖多型储气库在地下储气库设计、建造、运行、维护、报废和安全等方面的最低要求。

欧盟EN 1918:2016 系列标准为关于储气库全生命周期的推荐做法，分为5 个部分，分别为《含水层储气库推荐做法》《油气藏储气库推荐做法》《盐穴储气库推荐做法》《矿坑储气库推荐做法》《储气库地面设施推荐做法》，涵盖各类型储气库在设计、施工、测试和调试、运行、监测、维护、废弃等方面通用的基本原则。

通过分析对比，国外地下储气库标准数量少，均为推荐做法，大量引用相关标准且篇幅都不太长。优点是涉及的范围全面、原则指导性强，提出了各个阶段的原则性要求；缺点是没有细致的专业划分和缺乏细化的专项标准[10]。

3 国内储气库标准体系现状

3.1 标准体系建设基础

随着20多年国内储气库业务的发展，我国已形成完善的储气库选址评价与建库地质设计技术、超低压地层交变载荷工况钻完井、高压大规模储气库地面核心技术与装备、风险评价与控制关键技术、层状盐岩建库高效造腔关键技术等5大关键核心技术[11]。储气库企业管理逐步规范化，例如中石油已制定储气库初步设计、注采方案设计、地面设计、信息化管理等指导性文件，编制气藏型和盐穴储气库内部暂行技术管理规定75 项。储气库技术标准制修订工作有序开展，2016 年以来，制修订储气库行业标准2项，中石油企业标准15项（5项待2020年正式发布）。

3.2标准体系建设难点

生产实践证明，储气库设计建设运行与气田开发具有较大的差异性。主要体现在：①气田开发是单一的衰竭开采，储气库是周期性交替强注强采，对气藏密封性要求高；②枯竭气藏改建储气库面临地层水侵入与注入水影响，三相渗流复杂；③储气库注采井地层压力和管柱压力交替变化，井筒温度波动剧烈，管柱伸缩变化大，井筒完整性失效风险高；④采气速率高，为气田开发的30～50 倍，应急采气时达到60～70 倍；⑤地面系统长期大规模超高压注采，对处理、计量、控制等地面系统要求高；⑥地层压力亏空严重，服役周期长达30～50年，钻井工程难度大，需要高质量固井,且在防腐方面要求更高；⑦储气库类型多，且各具特殊性[12]。国内储气库从20世纪末启动建设以来，初期主体技术主要依赖于气藏开发经验建立，经过20 多年的建设运行与实践，中国复杂地质条件下建库系列技术已经成熟，储气库总体技术框架初步形成，主体技术系列基本清晰，但具体分支技术和标准规范尚未配套，仍需加强攻关研究[13]。同时国内库址资源少，与市场存在东西差异，气藏型库址主要分布在中西部地区，天然气主要市场在东部地区，东部盐穴库址资源有限。

3.3标准建设现状

与国外百年历史相比，国内储气库建设起步相对较晚，同时国内气藏型储气库建库地质条件复杂，埋藏深度大、物性差；盐穴储气库夹层多、品位低，导致工程建设难度大，投资成本高，国外配套技术标准适用性受限[14]。2006年我国发布第一项储气库技术标准，截至目前已发布32 项，按储气库类型划分，气藏24项、盐穴8项；按专业划分，地质气藏7项、钻完井工程9 项、注采工程6 项、地面工程6 项、质量安全环保4项。标准基本涵盖储气库全专业和业务链，但尚未形成系统的标准体系（表1）。

4 标准体系框架

4.1 标准体系建设目标

标准体系建设目标是以储气库业务发展规划为指导，围绕建库运行关键技术，建立先进、系统、科学、实用的标准体系，引导储气库科学建设，提高运行效率；规范储气库生产作业，保障安全运行；瞄准国际标准，提升储气库水平和实现可持续发展。储气库标准体系目标应具有：

1）先进性。储气库标准体系应体现储气库建设与运行的先进技术。我国储气库建设发展20 余年，应设立多项科技攻关项目与生产研究课题，系统梳理储气库建设运行全过程核心关键技术创新成果[15]，在具有一定代表性基础上逐步转化成标准规范。

表1 储气库行业已发布标准规范统计

2）系统性。储气库标准体系覆盖地下地面各专业，相关系列标准配合成套。针对我国储气库建库成套技术，形成与之相适应的标准，做到储气库全专业链、全过程有标准可用。

3）科学性。储气库标准体系专业划分科学，标准数量和层级设置合理。标准体系分一级、二级、三级设置的依据和主线清晰，整个标准规范树状结构合理。

4）实用性。标准规划遵从用户导向，便于储气库设计单位、建设单位、生产单位及管理部门诸多业务使用，着眼于规范储气库设计、建设、运行及管理，提高建设质量、运行水平和管理效率，贴近现场生产，从储气库地质特点、生产动态、矿产管理等要求出发，把相应的设计方法、管理做法等上升到规范，在储气库推广应用中切实指导储气库建设和运行管理。

4.2 标准体系建设原则

按照国家标准GB/T 13016—2018《标准体系构建原则和要求》，结合国内储气库业务发展实际情况，储气库标准体系构建应目标明确、全面成套、层级适当、界限清晰，并突出完整性、特殊性、时效性。

1）完整性。国外储气库已有百年发展历史，形成了成熟配套的标准规范。通过充分调研国外储气库建设和标准制定经验，建立系统的标准体系，应涵盖建库全过程、全专业，确保标准体系的完整性。

2）特殊性。尽管储气库运行和气藏开发存在一定差异，但在地质、钻井、地面等多个专业具有共性[16]。因此，需梳理清楚气藏开发现行的标准规范，分析哪些规范部分可用、全部可用或不可用，针对可用程度，确定修订、制定的标准规范，以满足储气库生产需求。

3）时效性。我国储气库建设总体处于初级建设阶段，已有标准数量少、分散零乱。以现役储气库和规划待建储气库为重点对象，分类型、分阶段，有序推进储气库标准体系建设。针对现有研究标准的成熟度、矿场生产需求的迫切性，分近期、中期和长期不同阶段制定亟需发布、攻关研究和待攻关的标准，以满足储气库建设需求。

4.3 标准体系案例调研

页岩气和煤层气行业与储气库行业类似，都与石油天然气工业有共同点，但都具有特殊性。针对页岩气和煤层气标准体系进行调研，对储气库标准体系建设提供一定的参考。

4.3.1 页岩气标准体系

页岩气标准体系划分为通用基础标准及产业链专业技术标准2个层次，前者包括名词术语标准、取样及测试标准；后者细分了7 个类别，分别是分析、评价、钻完井、储层改造、气藏开发、安全环保、经济评价，共81项标准[17-18]。由此可以看出，页岩气标准体系是按阶段进行划分的。

4.3.2 煤层气标准体系

煤层气标准体系划分为3 个层次，分别为行业通用、产业链通用和专业标准。该体系二级标准按资源评价、工程施工、生产利用、协调开发等产业链进行划分；三级标准按地质、地震、测井录井、钻井、压裂、生产、地面、经济评价、健康安全环保等专业划分[19-20]。

4.4 标准体系框架建设

根据调研结果，储气库标准体系应采用分级结构建设，设立4 级，第一级层次为储气库通用标准，包括储气库命名、术语等规范（表2）；第二级层次按照储气库生命周期中所处的不同阶段建立，按照储气库选址与方案论证、设计、施工、生产运营、废弃处置5 个阶段进行划分；第三级层次按照各阶段不同的工作内容和专业方向构建储气库标准体系架构（图3）；第四级层次为专项标准，将已发布的储气库标准体系架构行业及企业标准纳入并进行修改完善，共有55项，其中通用标准2项（表3）。

5 我国储气库标准体系改进建议

储气库生产与油气田开发、天然气处理、地面建设存在较大差异。随着储气库规模化建设的快速推进，一大批储气库建成投产运行，储气库标准体系的建立是可行的、必要的，也是对行业20 多年技术发展的总结与提炼。下一步将调研国内较为成熟技术专业的标准体系现状，征求多方意见，进一步修改、完善标准体系构架、层次及内容，力求达到先进性、系统性、科学性和实用性。同时完善未来3～5 年储气库标准建设规划，加快符合储气库标准体系规划中突出储气库技术特点和专业特色、相对成熟、管理与生产急需的标准制定速度，力争尽早发布，应用于国内各个储气库当中。

储气库标准体系的建立，对促进储气库经济高效运行、提升我国调峰保供能力具有重要意义。随着标准体系的不断完善与健全，可缓解我国天然气供需紧张的局面，改善大气环境，促进经济发展，具有重大的经济效益和社会效益。