地下鹽穴型儲氣庫建庫技術方案工程投資對比

李銳敏，齊 磊，姜海濤，陳 飛，林 敏，巴金紅，杜玉潔

（中國石油天然氣股份有限公司鹽穴儲氣庫技術研究中心，江蘇鎮江 212004）

地下儲氣庫有油氣藏型、鹽穴型、水層型、礦坑型等多種儲氣庫類型，其中油氣藏儲氣庫和鹽穴型儲氣庫是最主要的兩種類型，并已在各國大量建設[1，2]。這兩種類型的儲氣庫相比，鹽穴型儲氣庫具有建設周期較長（老腔改建儲氣庫[3]除外），吞吐量大、注采轉換靈活等特點[4]。正是由于鹽穴型儲氣庫的以上特點，使得鹽穴型儲氣庫成為儲氣庫建設的主要類型之一，同時也使鹽穴型儲氣庫建庫技術得到長足發展。

1 建庫技術方案

經過多年的研究與實踐，目前國內外已經形成了三種成熟的鹽穴型儲氣庫建庫技術：大井眼建庫技術、常規井眼建庫技術、雙井單腔建庫技術[5]。

1.1 大井眼建庫技術[6，7]

大井眼建庫技術一般采用762 mm（導管）+508 mm（表層套管）+339.7 mm（生產套管）的井身結構，井身結構及注采管柱（見圖1（a））。由于井眼直徑較大，可以滿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500×104m3。國外造腔鹵水一般采取直排入海或排入鹽湖的方式，不受鹵水消化能力的限制，因此，大井眼建庫技術應用較為廣泛。

1.2 常規井眼建庫技術

常規井眼建庫技術一般采用的井身結構為508 mm（導管）+339.7 mm（表層套管）+244.5 mm（生產套管），井身結構及注采管柱（見圖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，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150×104m3。國內為了保護鹽業資源，鹵水不能直接排入海洋，只能由制鹽工廠接收，排量受到限制。因而國內鹽穴型儲氣庫一般采用常規井眼建庫技術。

1.3 雙井單腔建庫技術[8-10]

雙井單腔建庫技術實際上是兩口常規井眼對應一口腔，井身結構與常規井眼建庫方案相同，井身結構及注采管柱（見圖1（c））。造腔時一注一采，也可以實現大排量（300 m3/h 左右）快速造腔。注采氣時一口井注（采）氣、一口井排（注）鹵水，也可以實現大排量注采氣，日注采氣量可達150×104m3，且注采氣量較穩定。英國Portland 地下鹽穴型儲氣庫項目即采用了該項技術方案，并且取得較好效果。近幾年，為了加快鹽穴型儲氣庫建設、節約投資、提高效益，國內鹽穴型儲氣庫已經在現場成功進行了工藝試驗。

圖1 三種方案井身結構及注采管柱示意圖

2 工程投資成本對比

對于不同的鹽穴型儲氣庫，由于鹽層條件（鹽層深度、厚度、鹽礦品位等）、鉆井（固井、測井、錄井）、造腔及注采完井工藝復雜程度、地面工程施工難度各不相同，在方案設計階段如何對不同的建庫技術進行投資成本對比分析，從而選擇投資最省、效益最好的技術方案，就成為鹽穴型儲氣庫工程經濟評價最重要的工作，需要鉆井、造腔、注采完井、地面建設等各專業技術人員共同完成。

2.1 三種建庫技術優缺點對比

從鉆、完井工藝復雜程度、造腔速度、腔體體積、地面工程施工工藝復雜程度、運行管理等方面對三種建庫技術優缺點進行對比（以常規井眼作為參考），具體（見表1）。

從表1 可以看出，相對于常規井眼建庫技術方案，大井眼建庫技術方案的優點是造腔速度快、注采氣量大；雙井單腔建庫技術方案的優點是造腔速度快、注采氣量大、理論上可實現無墊底氣[11-13]。

表1 三種建庫技術優缺點對比（技術方面）

2.2 鹽穴型儲氣庫建庫工程投資計算方法[14，15]

鹽穴型儲氣庫建庫工程投資采用下式計算：

式中：IN－鹽穴型儲氣庫建庫工程總投資；A－前期評價費用；B－地下工程費用；C－地面工程費用；D－墊氣費；E－其他費用。

（1）前期評價費用包括施工費（二維和三維地震采集勘探、資料井鉆探、VSP 測井、巖心掃描、監理費）、施工方案設計費、現場跟蹤與技術服務費、科研費、建管費等。

（2）地下鹽穴型儲氣庫地下工程費用（包括鉆井工程費用、造腔工程費用、注氣排鹵費用）；對于特定鹽穴型儲氣庫，可結合行業定額、該區塊前期鉆井、采鹽、造腔、注氣排鹵發生的費用測算地下工程單價，進而測算地下工程的總費用[16]。

地下工程的總費用采用下式計算：

式中：hi－hi－1－第i 段鉆井進尺（h0=0，hl=h），m；h－總鉆井進尺，m；Chi－第i 段井深的孔深取費系數；CΦi－第i 段井深的孔徑取費系數；Pdi－第i 段井深鉆井費用，元/小時；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用，元/立方米；Phk－第k 段埋深的注氣排鹵費用，元/小時。

（3）地下鹽穴型儲氣庫地面工程包括輸氣干線、注采氣站、集輸系統（集輸管道、集氣區）、生活輔助設施、通訊自控系統、供配電系統工程等，費用可根據行業定額結合地區實際進行測算。

（4）墊氣費：地下儲氣庫在正常運行情況下，為保證腔體穩定，允許下降到的最低壓力，稱下限壓力，此時地下儲氣庫腔體內庫存的天然氣即為墊底氣。

目前，國內儲氣庫建設過程中均將墊底氣費用列入工程投資[17]。

據統計，地下鹽穴型儲氣庫墊底氣量占最大庫容的35%～48%，墊底氣投資占總投資的26%～43%。墊底氣投資國內做過相關研究，其中，王元剛等進行了鹽穴型儲氣庫墊底氣回收價值及資金時間價值的計算方法研究[18]，羅天寶等進行了地下儲氣庫墊底氣經濟評價方法研究[19]。

（5）地下鹽穴型儲氣庫其他費用包括前期工作咨詢費、現場井位踏勘費、設計費、施工服務費、科研費、預備費、資源利用綜合費、國外合作費等。

從上面的費用構成可以看出，對于地質條件相同的鹽層儲氣庫，針對不同的建庫方案，應進行詳細的投資分析，選擇投資省、效益好的建庫方案。

2.3 鹽穴型儲氣庫建庫工程投資對比方法

經過調研和現場實踐，可供選擇的鹽穴型儲氣庫建庫工程投資對比方法有兩種[20，21]：

方法一：以鹽穴型儲氣庫最大庫容為基礎進行投資對比，即以形成一立方米天然氣庫容需要的投資額為參照進行對比。

方法二：以鹽穴型儲氣庫工作氣量為基礎進行投資對比，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行對比。

最大庫容（vg）：地下鹽穴型儲氣庫在正常運行情況下，允許上升到的最高壓力，稱上限壓力，此時地下儲氣庫腔體內庫存的天然氣量即為最大庫容。

最大工作氣量（vt）：最大庫容與墊底氣量的差值。

目前，廣泛采用方法二進行鹽穴型儲氣庫工程投資對比，即以鹽穴型儲氣庫工作氣量為基礎進行投資對比。

3 應用實例

某鹽穴型儲氣庫，鹽頂埋深1 800 m 左右，鹽層厚度300 m，綜合含礦率80%左右，擬建儲氣庫工作氣量20×108m3，現以大井眼建庫技術、常規井眼建庫技術、雙井單腔建庫技術三種鹽穴型儲氣庫建庫技術進行投資對比。

3.1 腔體主要參數

腔體主要參數（見表2）。

表2 鹽穴型儲氣庫腔體主要參數

由以上主要參數可以計算出單腔最大庫容6 636×104m3。

如采用大井眼建庫技術、常規井眼建庫技術建庫，則單腔工作氣3 687×104m3，墊底氣2 949×104m3。

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

3.2 主要工程量

根據工作氣量20×108m3的要求，結合該儲氣庫實際，列出了三種方案的工程量，具體（見表3）。

表3 三種建庫技術工程量對比表

雖然三種技術方案對應的單腔體積相同，但是三種方案的主要工程量是不相同的。

具體來說，雙井單腔建庫技術要求的鹽腔數量少，為31 口，另兩種方案為55 口；雙井單腔建庫技術要求鉆井數量多，為62 口，因而其鉆井、注采完井工程量多；雙井單腔建庫技術要求的造腔工程量少，造腔體積為775×104m3；在風險較大的不壓井作業方面，雙井單腔建庫技術則沒有這方面的工程量，降低了安全風險。

3.3 三種方案投資對比

根據行業有關定額及相關規定，結合上述三種方案對應的工程量，計算了某鹽穴型儲氣庫的工程投資，具體（見表4 和圖2）。

表4 三種建庫技術工程投資對比 單位：萬元

圖2 三種建庫技術工程投資對比（億元）

由此可知，常規井眼建庫技術單方工作氣成本約4.93 元。大井眼建庫技術單方工作氣成本較常規的偏高，為5.04 元，但其具有注采氣速率較快的優勢。常規雙井單腔造腔技術由于理論上可實現無墊底氣技術，成本最低僅3.55 元/立方米。

4 結論

通過這些對比，可以得出以下結論：

（1）相對于常規井眼建庫技術方案，大井眼建庫技術方案的優點是造腔速度快、注采氣量大，雙井單腔建庫技術方案的優點是造腔速度快、注采氣量大、無墊底氣。

（2）通過實例分別對三種建庫技術方案投資成本進行計算，從計算結果可以看出，鹽穴型儲氣庫大井眼建庫技術與常規井眼建庫技術工程投資差別不大，基本處于同一水平。

（3）以實例中鹽穴型儲氣庫建庫成本分析可以得出，實例中鹽穴型儲氣庫采用雙井單腔建庫技術方案投資最省，投資成本相對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，低于大井眼及常規建庫技術方案。

除了上述對比，還做了一些其他地質條件、儲氣規模的不同建庫技術方案的對比，發現在單腔庫容小于5 000×104m3的情況下，雙井單腔建庫技術方案沒有成本優勢，而大井眼建庫技術與常規井眼建庫技術則投資較低。