地下盐穴型储气库建库技术方案工程投资对比

2022-04-20李锐敏姜海涛巴金红杜玉洁

石油化工应用 2022年3期

李锐敏，齐磊，姜海涛，陈飞，林敏，巴金红，杜玉洁

（中国石油天然气股份有限公司盐穴储气库技术研究中心，江苏镇江 212004）

地下储气库有油气藏型、盐穴型、水层型、矿坑型等多种储气库类型，其中油气藏储气库和盐穴型储气库是最主要的两种类型，并已在各国大量建设[1，2]。这两种类型的储气库相比，盐穴型储气库具有建设周期较长（老腔改建储气库[3]除外），吞吐量大、注采转换灵活等特点[4]。正是由于盐穴型储气库的以上特点，使得盐穴型储气库成为储气库建设的主要类型之一，同时也使盐穴型储气库建库技术得到长足发展。

1 建库技术方案

经过多年的研究与实践，目前国内外已经形成了三种成熟的盐穴型储气库建库技术：大井眼建库技术、常规井眼建库技术、双井单腔建库技术[5]。

1.1 大井眼建库技术[6，7]

大井眼建库技术一般采用762 mm（导管）+508 mm（表层套管）+339.7 mm（生产套管）的井身结构，井身结构及注采管柱（见图1（a））。由于井眼直径较大，可以满足大排量快速造腔及大排量注采气的需要，造腔阶段注水排量可达300 m3/h，造腔速度快、周期短，一般造腔周期一年左右。注采气管柱外径为244.5 mm，日注采气量可达500×104m3。国外造腔卤水一般采取直排入海或排入盐湖的方式，不受卤水消化能力的限制，因此，大井眼建库技术应用较为广泛。

1.2 常规井眼建库技术

常规井眼建库技术一般采用的井身结构为508 mm（导管）+339.7 mm（表层套管）+244.5 mm（生产套管），井身结构及注采管柱（见图1（b））。由于井眼直径较小，造腔阶段注水排量为100 m3/h 左右，造腔速度慢、周期长，一般造腔周期三年左右。注采气管柱外径为177.8 mm，日注采气量可达150×104m3。国内为了保护盐业资源，卤水不能直接排入海洋，只能由制盐工厂接收，排量受到限制。因而国内盐穴型储气库一般采用常规井眼建库技术。

1.3 双井单腔建库技术[8-10]

双井单腔建库技术实际上是两口常规井眼对应一口腔，井身结构与常规井眼建库方案相同，井身结构及注采管柱（见图1（c））。造腔时一注一采，也可以实现大排量（300 m3/h 左右）快速造腔。注采气时一口井注（采）气、一口井排（注）卤水，也可以实现大排量注采气，日注采气量可达150×104m3，且注采气量较稳定。英国Portland 地下盐穴型储气库项目即采用了该项技术方案，并且取得较好效果。近几年，为了加快盐穴型储气库建设、节约投资、提高效益，国内盐穴型储气库已经在现场成功进行了工艺试验。

图1 三种方案井身结构及注采管柱示意图

2 工程投资成本对比

对于不同的盐穴型储气库，由于盐层条件（盐层深度、厚度、盐矿品位等）、钻井（固井、测井、录井）、造腔及注采完井工艺复杂程度、地面工程施工难度各不相同，在方案设计阶段如何对不同的建库技术进行投资成本对比分析，从而选择投资最省、效益最好的技术方案，就成为盐穴型储气库工程经济评价最重要的工作，需要钻井、造腔、注采完井、地面建设等各专业技术人员共同完成。

2.1 三种建库技术优缺点对比

从钻、完井工艺复杂程度、造腔速度、腔体体积、地面工程施工工艺复杂程度、运行管理等方面对三种建库技术优缺点进行对比（以常规井眼作为参考），具体（见表1）。

从表1 可以看出，相对于常规井眼建库技术方案，大井眼建库技术方案的优点是造腔速度快、注采气量大；双井单腔建库技术方案的优点是造腔速度快、注采气量大、理论上可实现无垫底气[11-13]。

表1 三种建库技术优缺点对比（技术方面）

2.2 盐穴型储气库建库工程投资计算方法[14，15]

盐穴型储气库建库工程投资采用下式计算：

式中：IN－盐穴型储气库建库工程总投资；A－前期评价费用；B－地下工程费用；C－地面工程费用；D－垫气费；E－其他费用。

（1）前期评价费用包括施工费（二维和三维地震采集勘探、资料井钻探、VSP 测井、岩心扫描、监理费）、施工方案设计费、现场跟踪与技术服务费、科研费、建管费等。

（2）地下盐穴型储气库地下工程费用（包括钻井工程费用、造腔工程费用、注气排卤费用）；对于特定盐穴型储气库，可结合行业定额、该区块前期钻井、采盐、造腔、注气排卤发生的费用测算地下工程单价，进而测算地下工程的总费用[16]。

地下工程的总费用采用下式计算：

式中：hi－hi－1－第i 段钻井进尺（h0=0，hl=h），m；h－总钻井进尺，m；Chi－第i 段井深的孔深取费系数；CΦi－第i 段井深的孔径取费系数；Pdi－第i 段井深钻井费用，元/小时；Vj－Vj－1－第j 段腔体体积（V0=0，Vm=V），m3；V－腔体体积，m3；Pcj－第j 段体积范围的造腔费用，元/立方米；Phk－第k 段埋深的注气排卤费用，元/小时。

（3）地下盐穴型储气库地面工程包括输气干线、注采气站、集输系统（集输管道、集气区）、生活辅助设施、通讯自控系统、供配电系统工程等，费用可根据行业定额结合地区实际进行测算。

（4）垫气费：地下储气库在正常运行情况下，为保证腔体稳定，允许下降到的最低压力，称下限压力，此时地下储气库腔体内库存的天然气即为垫底气。

目前，国内储气库建设过程中均将垫底气费用列入工程投资[17]。

据统计，地下盐穴型储气库垫底气量占最大库容的35%～48%，垫底气投资占总投资的26%～43%。垫底气投资国内做过相关研究，其中，王元刚等进行了盐穴型储气库垫底气回收价值及资金时间价值的计算方法研究[18]，罗天宝等进行了地下储气库垫底气经济评价方法研究[19]。

（5）地下盐穴型储气库其他费用包括前期工作咨询费、现场井位踏勘费、设计费、施工服务费、科研费、预备费、资源利用综合费、国外合作费等。

从上面的费用构成可以看出，对于地质条件相同的盐层储气库，针对不同的建库方案，应进行详细的投资分析，选择投资省、效益好的建库方案。

2.3 盐穴型储气库建库工程投资对比方法

经过调研和现场实践，可供选择的盐穴型储气库建库工程投资对比方法有两种[20，21]：

方法一：以盐穴型储气库最大库容为基础进行投资对比，即以形成一立方米天然气库容需要的投资额为参照进行对比。

方法二：以盐穴型储气库工作气量为基础进行投资对比，即以形成一立方米天然气工作气量需要的投资额为参照进行对比。

最大库容（vg）：地下盐穴型储气库在正常运行情况下，允许上升到的最高压力，称上限压力，此时地下储气库腔体内库存的天然气量即为最大库容。

最大工作气量（vt）：最大库容与垫底气量的差值。

目前，广泛采用方法二进行盐穴型储气库工程投资对比，即以盐穴型储气库工作气量为基础进行投资对比。

3 应用实例

某盐穴型储气库，盐顶埋深1 800 m 左右，盐层厚度300 m，综合含矿率80%左右，拟建储气库工作气量20×108m3，现以大井眼建库技术、常规井眼建库技术、双井单腔建库技术三种盐穴型储气库建库技术进行投资对比。

3.1 腔体主要参数

腔体主要参数（见表2）。

表2 盐穴型储气库腔体主要参数

由以上主要参数可以计算出单腔最大库容6 636×104m3。

如采用大井眼建库技术、常规井眼建库技术建库，则单腔工作气3 687×104m3，垫底气2 949×104m3。

如采用双井单腔建库技术[22]，则最大库容与工作气量均为6 636×104m3。

3.2 主要工程量

根据工作气量20×108m3的要求，结合该储气库实际，列出了三种方案的工程量，具体（见表3）。

表3 三种建库技术工程量对比表

虽然三种技术方案对应的单腔体积相同，但是三种方案的主要工程量是不相同的。

具体来说，双井单腔建库技术要求的盐腔数量少，为31 口，另两种方案为55 口；双井单腔建库技术要求钻井数量多，为62 口，因而其钻井、注采完井工程量多；双井单腔建库技术要求的造腔工程量少，造腔体积为775×104m3；在风险较大的不压井作业方面，双井单腔建库技术则没有这方面的工程量，降低了安全风险。