盐穴型储气库风险评价的应用研究

刘洁莹LIU Jie-ying；毕智高BI Zhi-gao

（榆林学院，榆林 719000）

0 引言

随着环境保护和治理的迫切需求，加上碳减排市场的建立，我国对天然气的需求量增加。近年来我国城镇化速度加快，国民经济迅速增长，人们对天然气的需求越来越迫切，使得天然气存储和天然气调峰之间的矛盾越来越突出。据相关调查显示，目前我国天然气产业面临诸多困境，其中亟需解决的问题是如何推进地下储气库业务的持续稳定发展。因此，现阶段要加强地下储气库建设，建立安全的天然气输送环境，使得地下储气库建设处于鼎盛时期。

根据建库条件的不同，我们将地下储气库分为盐穴型、含水层型、枯竭油气藏型、废弃矿穴型等四种储气库型。其中，盐穴型储气库可以更好地储存碳氢化合物，并具有非渗透性良好的优点；储气库力学性能稳定同时适应储存压力的不断变化。

1 国内外技术发展趋势

1.1 储气库的国外发展现状

从地下储气库的发展历程来看，其最早出现在二十世纪初期。据相关文献资料记载，世界上第一座地下储气库建成于1915年，到1925年仅有4座地下储气库，1933年发展到15座。30年代后期和40年代初期储气库有了一定的发展，到1946年达到75座。

上个世纪50年代开始，地下储气库有了质的飞跃。上个世纪90年代，美国建成投产37座，其中枯竭气田型储气库17座，盐穴型储气库16座。储气库于2000年陆续建成并主要分布在美国、加拿大等西方国家。（表1）

表1 世界地下储气库分布

1.2 储气库的国内发展现状

我国的地下储气库建设远远落后于西方国家，我国第一座储气库建造于1967年，共使用了十八年。二十世纪六十年代末，我国首次利用废藏改建技术进行储气库的设计和建设。伴随西气东输工程的发展，地下储气库建设技术列入我国重点研究项目。

据了解，2000年起，中石油在科技部和财政部等部门的支持下，组织相关科研人员进行研究，在研究人员的不断努力下形成以我国复杂地质条件为背景的选址技术等4项研究成果。同时这四项创新性成果将应用于北京、新疆、重庆等地储气库建设，这一举动刷新了注气井深等世界纪录，是我国储气库建设发展的标志性实践。据相关调查显示，到2011年下半年，金坛储气库的总储气量已经达到了6.7×108m3。此外，湖北云应市以及江苏淮安市的盐穴型地下储气库初步完成前期调研工作，并且已经着手建设；河南平顶山计划将之前的盐矿改建成为盐穴型地下储气库，目前相关部门正在进行地质勘察工作，并且对天然气输送环境进行评价。除此之外，云南安宁的盐穴型地下储气库正处于勘查测试时期，而且目前已经取得一定的考察成果。

2 盐穴型储气库风险评价优势

为全面认知、预测和调控我国盐穴型地下储气库失效可能引起的灾害事故，并重视注采气过程对储气库稳定性的重要影响，我们要借助图书馆、知网等搜集国外关于盐穴型地下储气库建设的相关资料信息，并且进行系统化的梳理和归纳，总结出国外在盐穴型储气库方面的建设经验和教训，在学习借鉴的基础上，与我国盐穴型储气库的风险管理实际研究有机结合起来，对盐穴型地下储气库进行全面的分析与评价，并且建立相应的风险评价体系和风险预警体系，促进我国盐岩地下储气库注采系统相关体系的丰富和完善，为我国战略能源储备提供强有力的支撑，保证盐穴型储气库的持续稳定运营，进一步满足人们对天然气的需求。

2.1 工程实例

本文以江苏金坛储气库为例，该储气库建设在地下盐矿，此处具有相对较高的地势。该盐矿长4200m，宽2100m，预计储气库的建设面积大概为8900m2。按照既定计划，金坛储气库需要对五座老井进行改造，在此基础上建设五十七座溶腔，其中已完成5口已有溶腔的改造，投产使用约为1.21×108m的储气量，预计新建设的溶腔储气量可达7.22×108m3。该储气库在突发情况下，或冬季采用采气外供，正常情况下采用注气这一转换工艺流程，主要由西气东输工程的镇江分站将天然气输送到地上设施。其中输气管道的外部直径是1016mm，运行压力控制在10.0MPa。同时，储气库运行压力可达7.0～14.5MPa。

2.2 储气设施风险因素评估

该地下储气设施的风险评估单元包括注采管柱单元、井口装置单元、储气腔体单元。基于构建的盐穴地下储气库事故致因模型结合相关文献调研结果，对地下储气设施的各风险评估单元进行风险因素辨识，见表2。

表2 盐穴地下储气库的地下储气设施风险因素

可见，各风险因素是导致各风险评估单元失效的表层直接原因、中间间接原因以及深层根本原因。其中，导致各评估单元失效的深层根本因素均为管理漏洞（安全监管欠缺、规章制度不合理、安全培训不到位、应急保障缺乏）、连续工作时间过长以及从业时间较短。表层直接因素均为直接导致失效的直接风险因素，如在管道单元中表层直接影响因素为内防腐涂层失效、超压和局部应力集中；在计量调压单元中表层直接影响因素为信号处理单元失效、密封系统失效、超声波探头失效、零流量测量定期检测效果欠佳等。

2.3 风险预测中的可行性分析

金坛盐穴地下储气库的风险发展趋势特点如下：

①盐穴储气库风险发展预测是一个随着时间变化发展的问题，且该系统中各风险因素间存在复杂的非线性耦合关系，而这难以用常规风险评价方法描述；

②盐穴储气库风险系统包括了人员风险、工艺设备风险、环境风险和管理风险等多个风险子系统，各风险子系统中又包括多个风险因素，且风险因素间存在包含正（负）反馈关系的多重反馈链；

③盐穴储气库的风险预测问题是一个系统性的问题，不仅要站在宏观视角对其风险发展形势进行严格的把控，也需要从微观角度对各风险因素的风险水平进行研究，把握关键风险因素，找到导致事故发生的薄弱环节；

④盐穴储气库风险预测问题是一个长期性的问题，需要对风险的走向进行长期性的研宄，把握风险的发展趋势，从而采取有针对性的风险控制措施。

在风险发展初期，由于盐穴储气库选址的固有风险（盐层强度、盐岩覆盖层厚度、盐岩体积收敛率等）难以改变，且管理模式尚未成熟，工作人员的作业环境和设备的运维环境仍待改善，此外由于作业环境和运维环境受到当时天气因素的影响，故风险水平呈一定的波动状态，但基本保持稳定。在风险发展后期，由于形成了较为成熟的管理机制，运维环境、作业环境得到改善，但初期选址风险难以改变，仍影响着环境风险，故环境风险水平有一定程度下降，但总体下降幅度不大。

3 结论

按照国家战略部署要求，从我国现有天然气资源的实际情况以及市场对天然气的需求，我国将会形成四大储气库群。2019年，中石油在地下储气库建设规划部署会议上明确，至2030年，将会建成二十三座储气库，在此基础上再对十座储气库扩容，更好地满足市场需求。按照规划部署，中国石油公司将建立东北、华北、中西部、西北、西南、中东部六个区域储气中心。

盐穴型储气库风险评价，主要是对影响储气库安全因素进行的系统化评价，对于储气库的可持续发展有着重要的现实意义。借助客观合理的评价结果，相关人员可以运用切实可行的预防措施，避免储气库出现各种各样的问题，最大可能地减少储气库事故的发生，有效延长储气库以及相关设施的使用寿命，保障盐穴型储气库的安全稳定运行，且所研究的成果具有良好的通用性：压力波动导致的管段疲劳损伤可用于天然气计量站风险评价中，其管段失效后果间连锁反应研究结果也可在加气站等天然气站场失效后果定量计算时提供参考。