地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)方案工程投資對(duì)比

李銳敏，齊 磊，姜海濤，陳 飛，林 敏，巴金紅，杜玉潔

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)研究中心，江蘇鎮(zhèn)江 212004）

地下儲(chǔ)氣庫(kù)有油氣藏型、鹽穴型、水層型、礦坑型等多種儲(chǔ)氣庫(kù)類(lèi)型，其中油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)和鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)是最主要的兩種類(lèi)型，并已在各國(guó)大量建設(shè)[1，2]。這兩種類(lèi)型的儲(chǔ)氣庫(kù)相比，鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)具有建設(shè)周期較長(zhǎng)（老腔改建儲(chǔ)氣庫(kù)[3]除外），吞吐量大、注采轉(zhuǎn)換靈活等特點(diǎn)[4]。正是由于鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的以上特點(diǎn)，使得鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)成為儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的主要類(lèi)型之一，同時(shí)也使鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。

1 建庫(kù)技術(shù)方案

經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成了三種成熟的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)：大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)、雙井單腔建庫(kù)技術(shù)[5]。

1.1 大井眼建庫(kù)技術(shù)[6，7]

大井眼建庫(kù)技術(shù)一般采用762 mm（導(dǎo)管）+508 mm（表層套管）+339.7 mm（生產(chǎn)套管）的井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)及注采管柱（見(jiàn)圖1（a））。由于井眼直徑較大，可以滿(mǎn)足大排量快速造腔及大排量注采氣的需要，造腔階段注水排量可達(dá)300 m3/h，造腔速度快、周期短，一般造腔周期一年左右。注采氣管柱外徑為244.5 mm，日注采氣量可達(dá)500×104m3。國(guó)外造腔鹵水一般采取直排入?；蚺湃臌}湖的方式，不受鹵水消化能力的限制，因此，大井眼建庫(kù)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。

1.2 常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)

常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)一般采用的井身結(jié)構(gòu)為508 mm（導(dǎo)管）+339.7 mm（表層套管）+244.5 mm（生產(chǎn)套管），井身結(jié)構(gòu)及注采管柱（見(jiàn)圖1（b））。由于井眼直徑較小，造腔階段注水排量為100 m3/h 左右，造腔速度慢、周期長(zhǎng)，一般造腔周期三年左右。注采氣管柱外徑為177.8 mm，日注采氣量可達(dá)150×104m3。國(guó)內(nèi)為了保護(hù)鹽業(yè)資源，鹵水不能直接排入海洋，只能由制鹽工廠(chǎng)接收，排量受到限制。因而國(guó)內(nèi)鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)一般采用常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)。

1.3 雙井單腔建庫(kù)技術(shù)[8-10]

雙井單腔建庫(kù)技術(shù)實(shí)際上是兩口常規(guī)井眼對(duì)應(yīng)一口腔，井身結(jié)構(gòu)與常規(guī)井眼建庫(kù)方案相同，井身結(jié)構(gòu)及注采管柱（見(jiàn)圖1（c））。造腔時(shí)一注一采，也可以實(shí)現(xiàn)大排量（300 m3/h 左右）快速造腔。注采氣時(shí)一口井注（采）氣、一口井排（注）鹵水，也可以實(shí)現(xiàn)大排量注采氣，日注采氣量可達(dá)150×104m3，且注采氣量較穩(wěn)定。英國(guó)Portland 地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目即采用了該項(xiàng)技術(shù)方案，并且取得較好效果。近幾年，為了加快鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)、節(jié)約投資、提高效益，國(guó)內(nèi)鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)成功進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。

圖1 三種方案井身結(jié)構(gòu)及注采管柱示意圖

2 工程投資成本對(duì)比

對(duì)于不同的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)，由于鹽層條件（鹽層深度、厚度、鹽礦品位等）、鉆井（固井、測(cè)井、錄井）、造腔及注采完井工藝復(fù)雜程度、地面工程施工難度各不相同，在方案設(shè)計(jì)階段如何對(duì)不同的建庫(kù)技術(shù)進(jìn)行投資成本對(duì)比分析，從而選擇投資最省、效益最好的技術(shù)方案，就成為鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)最重要的工作，需要鉆井、造腔、注采完井、地面建設(shè)等各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員共同完成。

2.1 三種建庫(kù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

從鉆、完井工藝復(fù)雜程度、造腔速度、腔體體積、地面工程施工工藝復(fù)雜程度、運(yùn)行管理等方面對(duì)三種建庫(kù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比（以常規(guī)井眼作為參考），具體（見(jiàn)表1）。

從表1 可以看出，相對(duì)于常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)方案，大井眼建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大；雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大、理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)墊底氣[11-13]。

表1 三種建庫(kù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比（技術(shù)方面）

2.2 鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資計(jì)算方法[14，15]

鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資采用下式計(jì)算：

式中：IN－鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程總投資；A－前期評(píng)價(jià)費(fèi)用；B－地下工程費(fèi)用；C－地面工程費(fèi)用；D－墊氣費(fèi)；E－其他費(fèi)用。

（1）前期評(píng)價(jià)費(fèi)用包括施工費(fèi)（二維和三維地震采集勘探、資料井鉆探、VSP 測(cè)井、巖心掃描、監(jiān)理費(fèi)）、施工方案設(shè)計(jì)費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤與技術(shù)服務(wù)費(fèi)、科研費(fèi)、建管費(fèi)等。

（2）地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)地下工程費(fèi)用（包括鉆井工程費(fèi)用、造腔工程費(fèi)用、注氣排鹵費(fèi)用）；對(duì)于特定鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)，可結(jié)合行業(yè)定額、該區(qū)塊前期鉆井、采鹽、造腔、注氣排鹵發(fā)生的費(fèi)用測(cè)算地下工程單價(jià)，進(jìn)而測(cè)算地下工程的總費(fèi)用[16]。

地下工程的總費(fèi)用采用下式計(jì)算：

式中：hi－h(huán)i－1－第i 段鉆井進(jìn)尺（h0=0，hl=h），m；h－總鉆井進(jìn)尺，m；Chi－第i 段井深的孔深取費(fèi)系數(shù)；CΦi－第i 段井深的孔徑取費(fèi)系數(shù)；Pdi－第i 段井深鉆井費(fèi)用，元/小時(shí)；Vj－Vj－1－第j 段腔體體積（V0=0，Vm=V），m3；V－腔體體積，m3；Pcj－第j 段體積范圍的造腔費(fèi)用，元/立方米；Phk－第k 段埋深的注氣排鹵費(fèi)用，元/小時(shí)。

（3）地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)地面工程包括輸氣干線(xiàn)、注采氣站、集輸系統(tǒng)（集輸管道、集氣區(qū)）、生活輔助設(shè)施、通訊自控系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)工程等，費(fèi)用可根據(jù)行業(yè)定額結(jié)合地區(qū)實(shí)際進(jìn)行測(cè)算。

（4）墊氣費(fèi)：地下儲(chǔ)氣庫(kù)在正常運(yùn)行情況下，為保證腔體穩(wěn)定，允許下降到的最低壓力，稱(chēng)下限壓力，此時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)腔體內(nèi)庫(kù)存的天然氣即為墊底氣。

目前，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)過(guò)程中均將墊底氣費(fèi)用列入工程投資[17]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣量占最大庫(kù)容的35%～48%，墊底氣投資占總投資的26%～43%。墊底氣投資國(guó)內(nèi)做過(guò)相關(guān)研究，其中，王元?jiǎng)偟冗M(jìn)行了鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣回收價(jià)值及資金時(shí)間價(jià)值的計(jì)算方法研究[18]，羅天寶等進(jìn)行了地下儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法研究[19]。

（5）地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)其他費(fèi)用包括前期工作咨詢(xún)費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)井位踏勘費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、施工服務(wù)費(fèi)、科研費(fèi)、預(yù)備費(fèi)、資源利用綜合費(fèi)、國(guó)外合作費(fèi)等。

從上面的費(fèi)用構(gòu)成可以看出，對(duì)于地質(zhì)條件相同的鹽層儲(chǔ)氣庫(kù)，針對(duì)不同的建庫(kù)方案，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的投資分析，選擇投資省、效益好的建庫(kù)方案。

2.3 鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資對(duì)比方法

經(jīng)過(guò)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，可供選擇的鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)工程投資對(duì)比方法有兩種[20，21]：

方法一：以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)最大庫(kù)容為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比，即以形成一立方米天然氣庫(kù)容需要的投資額為參照進(jìn)行對(duì)比。

方法二：以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比，即以形成一立方米天然氣工作氣量需要的投資額為參照進(jìn)行對(duì)比。

最大庫(kù)容（vg）：地下鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)在正常運(yùn)行情況下，允許上升到的最高壓力，稱(chēng)上限壓力，此時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)腔體內(nèi)庫(kù)存的天然氣量即為最大庫(kù)容。

最大工作氣量（vt）：最大庫(kù)容與墊底氣量的差值。

目前，廣泛采用方法二進(jìn)行鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工程投資對(duì)比，即以鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量為基礎(chǔ)進(jìn)行投資對(duì)比。

3 應(yīng)用實(shí)例

某鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)，鹽頂埋深1 800 m 左右，鹽層厚度300 m，綜合含礦率80%左右，擬建儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量20×108m3，現(xiàn)以大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)、雙井單腔建庫(kù)技術(shù)三種鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)技術(shù)進(jìn)行投資對(duì)比。

3.1 腔體主要參數(shù)

腔體主要參數(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)腔體主要參數(shù)

由以上主要參數(shù)可以計(jì)算出單腔最大庫(kù)容6 636×104m3。

如采用大井眼建庫(kù)技術(shù)、常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)建庫(kù)，則單腔工作氣3 687×104m3，墊底氣2 949×104m3。

如采用雙井單腔建庫(kù)技術(shù)[22]，則最大庫(kù)容與工作氣量均為6 636×104m3。

3.2 主要工程量

根據(jù)工作氣量20×108m3的要求，結(jié)合該儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際，列出了三種方案的工程量，具體（見(jiàn)表3）。

表3 三種建庫(kù)技術(shù)工程量對(duì)比表

雖然三種技術(shù)方案對(duì)應(yīng)的單腔體積相同，但是三種方案的主要工程量是不相同的。

具體來(lái)說(shuō)，雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求的鹽腔數(shù)量少，為31 口，另兩種方案為55 口；雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求鉆井?dāng)?shù)量多，為62 口，因而其鉆井、注采完井工程量多；雙井單腔建庫(kù)技術(shù)要求的造腔工程量少，造腔體積為775×104m3；在風(fēng)險(xiǎn)較大的不壓井作業(yè)方面，雙井單腔建庫(kù)技術(shù)則沒(méi)有這方面的工程量，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 三種方案投資對(duì)比

根據(jù)行業(yè)有關(guān)定額及相關(guān)規(guī)定，結(jié)合上述三種方案對(duì)應(yīng)的工程量，計(jì)算了某鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)的工程投資，具體（見(jiàn)表4 和圖2）。

表4 三種建庫(kù)技術(shù)工程投資對(duì)比 單位：萬(wàn)元

圖2 三種建庫(kù)技術(shù)工程投資對(duì)比（億元）

由此可知，常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)單方工作氣成本約4.93 元。大井眼建庫(kù)技術(shù)單方工作氣成本較常規(guī)的偏高，為5.04 元，但其具有注采氣速率較快的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)雙井單腔造腔技術(shù)由于理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)墊底氣技術(shù)，成本最低僅3.55 元/立方米。

4 結(jié)論

通過(guò)這些對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：

（1）相對(duì)于常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)方案，大井眼建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大，雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是造腔速度快、注采氣量大、無(wú)墊底氣。

（2）通過(guò)實(shí)例分別對(duì)三種建庫(kù)技術(shù)方案投資成本進(jìn)行計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果可以看出，鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)大井眼建庫(kù)技術(shù)與常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)工程投資差別不大，基本處于同一水平。

（3）以實(shí)例中鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)建庫(kù)成本分析可以得出，實(shí)例中鹽穴型儲(chǔ)氣庫(kù)采用雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案投資最省，投資成本相對(duì)其他兩種方案降低約29%。形成一立方米工作氣成本約為3.55 元，低于大井眼及常規(guī)建庫(kù)技術(shù)方案。

除了上述對(duì)比，還做了一些其他地質(zhì)條件、儲(chǔ)氣規(guī)模的不同建庫(kù)技術(shù)方案的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在單腔庫(kù)容小于5 000×104m3的情況下，雙井單腔建庫(kù)技術(shù)方案沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，而大井眼建庫(kù)技術(shù)與常規(guī)井眼建庫(kù)技術(shù)則投資較低。