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儲氣庫
來源:互聯網

儲氣庫(Underground Gas Storage),意即儲存天然氣的“容器”,一般是指地下儲氣庫。地下儲氣庫是將從天然氣田管道輸送來的天然氣重新注入地下可以保存的空間而形成的一種人工氣田或氣藏,一般建設在靠近下游天然氣用戶城市,在調峰和保障供氣安全上具有不可替代的作用。夏季富余時注入,冬季短缺時采出,既能保障國家能源安全,還能讓消費者有“氣”可用。

地下儲氣庫的歷史可以上溯到20世紀初。1915年,加拿大建成世界上第一座地下儲氣庫。截至2015年世界上共有36個國家和地區建設有630座地下儲氣庫,總的工作氣量為3530×108m3,約占全球天然氣消費量3×1012m3的11.7%。中國的地下儲氣庫建設起步較晚,20世紀70年代在大慶油田曾經進行過利用氣藏建設地下儲氣庫的嘗試。20世紀90年代初,隨著陜京天然氣輸氣管道的建設,為確保北京、天津的安全供氣,國家開始加大力度研究建設地下儲氣庫技術。經過20年的發展,地下儲氣庫在平衡天然氣管網的壓力和輸氣量、調節區域平衡供氣方面發揮了重要作用。截至2024年底,中國建成儲氣庫38座,形成調峰能力266.7億立方米,約占年消費量的6.3%。

世界上的地下儲氣庫主要有枯竭油氣藏儲氣庫、含水層儲氣庫、鹽穴儲氣庫和廢棄礦坑儲氣庫四種類型。儲氣庫主要作用為解決調峰問題,優化管道運行;用于戰略儲備,應急安全供氣;穩定天然氣市場,提高經濟效益。與地面球罐等方式相比較,地下儲氣庫具有以下優點:儲存量大,機動性強,調峰范圍廣;經濟合理,雖然造價高,但是經久耐用,使用年限長達30~50年或更長;安全系數大,安全性遠遠高于地面設施。

歷史發展

地下儲氣庫的歷史可以上溯到20世紀初。1915年,加拿大建成世界上第一座地下儲氣庫。根據國際天然氣聯盟(IGU)所掌握的統計資料,截至2015年世界上共有36個國家和地區建設有630座地下儲氣庫,總的工作氣量為3530×108m3,約占全球天然氣消費量3×1012m3的11.7%。與2005年3330×1012m3的工作氣量相比,5年間全球地下儲氣庫工作氣量增加了200×108m3。

國際利用鹽穴作為儲氣庫的歷史最早可以追溯到20世紀50年代。最早提出用鹽丘/鹽層儲藏天然氣技術的是德國人Erdol,他在1916年8月獲得了此項技術的專利,該專利最初于20世紀50年代初期在美國應用,但世界上第一座鹽丘/鹽層儲氣庫是在1959年由蘇聯建成的,其后該項技術在北美和歐洲得到推廣,法國、德國和英國等國家相繼建成鹽穴儲氣庫。

美國

美國是世界上重要的天然氣生產國和消費國,據《BP世界能源統計(2014)》發布的數據,2013年美國天然氣生產量為6876×108m3,消費量為7372×108m3,天然氣占國家一次能源消費的29.6%。美國高度重視天然氣儲氣庫的建設,儲氣庫在其整個天然氣工業價值鏈中占據著重要地位。截至2012年,美國已建成天然氣儲氣庫407座,其中80%以上為廢棄油氣田儲庫。俄羅斯地下儲氣庫建設工作起步較晚,1959年在莫斯科附近修建了肯盧什地下儲氣庫,但其發展很快。1980年有29座地下儲氣庫投產,1990年已達46座。2005-2010年期間的地下儲氣庫建設投資達22億美元,其中18億美元用于地面工程,4億美元用于鉆生產井。

美國于1961年在密歇根州首次采用鹽穴儲氣,該鹽穴儲氣庫在1968年開始供氣,工作氣量為600×104m3。美國的鹽穴儲氣庫大多為20世紀90年代開始投入使用的,現有的鹽穴儲氣庫頂面構造深度一般為600~1300m,運行上限壓力為7.2~24.8MPa。截至2019年的統計數據,美國地下鹽穴儲氣庫已投產36座,在建1座,鹽穴儲氣庫工作氣量共計136.7×108m3,占地下儲氣庫總工作氣量的10.0%。

蘇聯、俄羅斯

蘇聯是從20世紀50年代后期才開始大規模發展采氣和輸氣工業的,建設地下儲氣庫的工作起步較晚,但發展很快。從1958年在巴什卡衰竭氣田建成第一個地下儲氣庫以來,到1974年,就有19座儲氣庫投入運行,有效氣量80×108m3,約為消耗量的10%。至此,前蘇聯已成為繼美國之后的第二大儲氣國。

截至2001年,目前,俄羅斯共有21個儲氣庫,工作氣容量為730×108m3。中國消費量下降使之回注了大量的天然氣。俄羅斯計劃在2030年前投資2000億盧布用于發展地下儲氣系統,其中拿出700億盧布改造現有的地下儲氣庫。

加拿大

加拿大是地下儲氣庫較發達的國家,加拿大首座鹽穴儲氣庫位于薩斯喀徹溫省,并于1963年開始使用,其儲氣空間為5×104m3。加拿大現有的鹽穴儲氣庫頂面構造深度一般為1000~1200m,運行上限壓力為15.2~26.7MPa。至1993年末共有38座儲氣庫,總庫存能力250×108m3,其中有效氣量125×108m3,由9家公司經營。加拿大由于現有儲氣設施的注入率較高,加之產量增大以滿足近年來向美國出口量不斷上升,阿爾伯達能源公司在西北部開發了一個新的儲氣庫(3×108m3)。

截至2020年的統計數據,加拿大共有7座地下鹽穴儲氣庫,工作氣量為5.9×108m3,約占地下儲氣庫總工作氣量的2.2%。

歐洲

西歐一些國家由于主要依賴進口天然氣,所以對建造地下儲氣庫十分重視,已把地下儲氣庫的建設作為天然氣市場發展總規劃的一個不可分割的部分。歐洲輸氣管道系統沿線許多大城市附近,都建造有容積大小不等的各種地下儲氣庫。歐洲第一座鹽穴儲氣庫建于法國的Tersanne,于1970年開始運行,工作氣量為2.04×108m3。法國現有的鹽穴儲氣庫頂面構造深度介于1000~1500m。歐洲鹽穴儲氣庫主要建造在德國,德國首座鹽穴儲氣庫于1971年建在Honigsee鹽丘上,現有的鹽穴儲氣庫頂面構造深度一般為500~1500m,運行上限壓力為10~23.9MPa。英國地下儲氣庫類型主要為鹽穴儲氣庫,首座鹽穴儲氣庫建于1974年,工作氣量為0.75×108m3,1980年建成的第二座鹽穴儲氣庫頂面構造深度為1800m。

截至2001年,西歐總共有66座地下儲氣庫,總庫存能力為862×108m3,其中有效氣量407×108m3。概括地說,有效氣量相當于45天的天然氣消耗量。在歐洲,建新庫、擴建老庫的活動空前活躍。目前,歐洲新的儲氣庫建設項目約有30個,計劃在2005~2010年期間完成,完成后可增加有效氣量300×108m3。法國地下儲庫的有效氣量將增加到135×108m3。意大利計劃到2000年將儲氣庫有效氣量增加到170×108~180×108m3。Agip公司正在研究將新近枯竭的3個氣田改為儲氣庫的可行性。荷蘭在1997~1998年前將會建成2座地下儲氣庫(在Norg和Grijpskerk),一旦建成即可使該國所產天然氣的9%儲存于其中。奧地利、西班牙、丹麥、土耳其等國家,都在根據本國的具體情況,開發自己的地下儲氣庫。至1993年末,全東歐共有63座地下儲氣庫,其中73%位于新獨立的國家(蘇聯)。

截至2018年的統計數據,法國地下鹽穴儲氣庫已投產4座,擬建3座,地下鹽穴儲氣庫工作氣量14.3×108m3,占地下儲氣庫總工作氣量的11.9%。德國已投產地下鹽穴儲氣庫43座,在建1座,擬建3座,地下鹽穴儲氣庫工作氣量133.3×108m3,占地下儲氣庫總工作氣量的56.3%。英國地下鹽穴儲氣庫已投產7座,在建1座,擬建9座,地下鹽穴儲氣庫工作氣量49.2×108m3,占地下儲氣庫總工作氣量的93.0%。歐洲地下鹽穴儲氣庫已投產60座,在建4座,擬建19座,地下鹽穴儲庫工作氣量324.6×108m3,占地下儲氣庫總工作氣量的20.3%。

中國

中國的地下儲氣庫建設起步較晚,20世紀70年代在大慶油田曾經進行過利用氣藏建設地下儲氣庫的嘗試。20世紀90年代初,隨著陜京天然氣輸氣管道的建設,為確保北京、天津的安全供氣,國家開始加大力度研究建設地下儲氣庫技術。經過20年的發展,地下儲氣庫在平衡天然氣管網的壓力和輸氣量、調節區域平衡供氣方面發揮了重要作用。

2000年11月,中國首次在大港油田利用枯竭凝析氣藏建成6座地下儲氣庫,形成一個小規模地下儲氣庫群,彌補了陜甘寧天然氣的供應量缺口。板橋地下儲氣庫群的陸續建成投產,也為北京地區冬季調峰和安全供氣提供了有效的保障,2004年末到2005年初該地下儲氣庫群調峰供氣能力為11×108m3,占陜京線當年輸氣量的34%;2010年該地下儲氣庫群調峰能力為19×108m3,為區域平衡調峰發揮了重要作用。

為保證西氣東輸沿線地區用戶的正常用氣,中國石油天然氣集團公司規劃分別在江蘇金壇、劉莊和安徽定遠建設地下儲氣庫。2005年中國第一個鹽穴地下儲氣庫—一金壇儲氣庫投人建設,其設計工作氣量為17×10*m2,地下儲氣庫建設將會持續到2020年左右。金壇地下儲氣庫位于江蘇省金壇市直溪鎮,毗鄰鎮江,屬鹽穴地下儲氣庫,是中國鹽穴第一庫,規模為亞洲第一。它開創了中國利用深部洞穴實施能源儲存的先河,在地址選區、區塊評價、溶腔設計、造腔控制、穩定性分析、注采方案設計、鉆完井工藝等多方面獲得了一批研究成果和技術手段。

截至2024年底,中國建成儲氣庫38座,形成調峰能力266.7億立方米,約占年消費量的6.3%,預計至2025年中國地下儲氣庫調峰能力將突破300億立方米,保持穩步快速增長,為中國天然氣調峰保供和提高天然氣產業韌性提供有力保障。

2025年9月,中國首座鹽穴儲氣庫——金壇儲氣庫完成擴能,實現了運行效能的跨越式提升,顯著增強了注采吞吐能力,對提升區域天然氣調峰與應急保供水平具有重要意義。金壇儲氣庫地處長三角核心區域,是區域能源保供的關鍵“糧倉”。本次擴能將該儲氣庫日注氣能力從820萬立方米提高至1320萬立方米,增幅60%;日調峰采氣能力從600萬立方米大幅提升至1800萬立方米,增長2倍。

分布地區

全世界儲氣庫主要集中在美國、俄羅斯、烏克蘭、德國、意大利、加拿大和法國,其地下儲氣庫工作氣量約占全球地下儲氣庫總工作氣量的85%。

全球地下儲氣庫總的工作氣量中,北美地區占36%,歐洲占24%,獨聯體國家占39%,西亞和亞太地區占0.8%,拉丁美洲和加勒比地區占0.03%。

全球地下儲氣庫總工作氣量的78%分布于氣藏型氣庫,5%分布于油藏型儲氣庫,12%分布于含水層儲氣庫,5%分布于鹽穴儲氣庫,另有0.1%分布于廢棄礦坑和巖洞型氣庫中。在歐洲,地下儲氣庫總工作氣量中,65%分布于氣藏型氣庫,1%分布于油藏型氣庫,18%分布于水層儲氣庫,12%分布于鹽穴儲氣庫。

主要技術

類型

世界上的地下儲氣庫主要有枯竭油氣藏儲氣庫、含水層儲氣庫和鹽穴儲氣庫、廢棄礦坑儲氣庫四種類型。

枯竭油氣藏儲氣庫

枯竭油氣藏儲氣庫利用枯竭的氣層或油層而建設,造價低,可重復使用油氣田開發時的部分設施,建設周期短,投資運行費用低,運行可靠,是最常用的地下儲氣庫形式,數量占地下儲氣庫總數的75%以上。但是,枯竭油氣藏儲氣庫的規模均不大。

含水層儲氣庫

含水層儲氣庫在非滲透性的含水層蓋層下用高壓氣體注入含水層的孔隙中將水排走而形成的人工儲氣場所。含水層儲氣庫工作原理簡單,儲量大,其數量占地下儲氣庫總數的15%左右。但由于含水層中沒有氣田,因此需注入大量氣體作為墊氣層,而這些氣體不可采出,氣水界面控制較難,且建庫成本高,周期長。

鹽穴儲氣庫

鹽穴儲氣庫利用水溶解鹽巖形成地下空穴來儲存天然氣,其建庫靈活性高,密閉性好,調峰能力強,天然氣的回收率高,具有極大的發展潛力。正是由于鹽巖地下能源儲存具有這樣巨大的工程應用背景。美國、加拿大及歐洲部分國家的能源部門集中了大量的人力、物力與財力對鹽巖進行了專項研究。

廢棄礦坑儲氣庫

廢棄礦坑儲氣庫是利用廢棄的符合儲氣條件的礦坑進行儲氣。這類儲氣庫數量較少,主要原因在于大量廢棄的礦坑技術經濟條件難以符合要求。

特點

與地面球罐等方式相比較,地下儲氣庫具有以下優點:儲存量大,機動性強,調峰范圍廣;經濟合理,雖然造價高,但是經久耐用,使用年限長達30~50年或更長;安全系數大,安全性遠遠高于地面設施。

中國主要儲氣庫

天津大張坨地下儲氣庫

大張坨儲氣庫坐落在天津濱海新區,2000年建成投產,是中國首座大型商業地下儲氣庫,具備季節調峰和應急儲備等多重功能。該儲氣庫歷經22個周期注采任務,高效完成了天然氣冬季調峰保供、應急供氣的任務,特別是為北京及周邊區域輸送了源源不斷的清潔能源。大張坨儲氣庫日注氣量最高可達395萬立方米,日采氣量998萬立方米,累計注氣100億立方米即相當于中國近5000萬戶三口之家一年用氣量。

江蘇金壇地下儲氣庫

金壇儲氣庫位于金壇區直溪鎮的金壇儲氣庫,是中國第一座鹽穴儲氣庫,是長三角地區天然氣管網的重要配套設施。利用地下1000米深處的厚鹽層,形成能存儲天然氣的地下密封洞穴,在保障區域能源供應安全、優化能源結構、促進節能減排等方面發揮著重要作用,一期14口儲氣井在2022年已順利完工并實施注采運行。為保障項目高效建設,江蘇油田緊盯行業發展趨勢,強化資源統籌和高效配置,大力開展科技攻關。金壇儲氣庫全部投入運行后,最大日調峰能力可達600萬立方米,將進一步提升長三角地區的儲氣和調峰能力,為民生用氣提供有力保障。

主要作用

解決調峰問題,優化管道運行

與地面球罐等方式相比,地下儲氣庫儲存量大,機動性強,不受環境氣候影響,調峰范圍廣,可解決用戶需求量及季節負荷變化導致的供氣不均的問題。當天然氣供給量大于需求量時,可將天然氣儲存在地下儲氣庫中;當天然氣需求量大于供給量時,可利用儲存在儲氣庫中的天然氣進行補充,以更好地滿足用戶需求。基于此,地下儲氣庫可在一定程度上實現管道運輸和天然氣開采的均衡,有利于充分利用管道的輸氣能力,提高輸氣效率,降低輸氣成本。

用于戰略儲備,應急安全供氣

能源是經濟的命脈,在如今復雜的國際環境中,一些國家一旦發生戰爭、叛亂等事件影響了國際能源運輸及供給,國家將面臨嚴重的能源危機。地下儲氣庫安全系數大,其安全性遠遠高于地面設施,是保障國家能源安全的重要措施,可以在關鍵時刻提供必要的能源供給,保障國家的穩定運轉。而在實際生產生活中,輸氣管道如遇突發事故、自然災害以及管道檢修等不能及時充足地供給天然氣時,可使用地下儲氣庫繼續供氣以維持人們的生產生活。

穩定天然氣市場,提高經濟效益

地下儲氣庫經濟合理,雖然造價高,但是經久耐用,使用年限30~50年甚至更長。在市場經濟條件下,天然氣價格存在波動,用氣高峰時期天然氣價格升高,低峰時期天然氣價格降低。地下儲氣庫在維持天然氣供給方面起到了一定作用,直接影響了天然氣價格。供氣方在獲得高利潤的同時,供需矛盾得到緩解,用戶也從中受益。

技術發展方向

地下儲氣庫技術主要向延長地下儲氣庫使用壽命、減少地下儲氣庫對環境的影響和增強地下儲氣庫運行的靈活性方向發展。主要包括以下內容:①氣庫的靈活適應性。氣庫不再僅僅滿足冬采夏注的季節性調峰,而是更多用于注采調節。②優化已有儲氣庫的運行,提高儲氣庫靈活性,適應天然氣市場自由化的發展需要。③超大鹽穴和水平鹽穴地下儲氣庫的建造,尤其是水平溶洞地下儲氣庫的建造和運行。④焊接管柱的大規模應用。⑤發展水平井和多分支井,提高氣庫產能。⑥建立地面地下一體化運行管理模型,完善運行優化預測及完整性管理。⑦加強地下部分的管理優化,包括加大運行壓力區間、提高注采氣能力、氣井套管內外檢測、固井質量評估與優化、智能采氣井筒等。⑧新型地面脫水技術、新型壓縮機的應用。⑨單井和地面設施的遠程監控、檢測和環境檢測等。

發展趨勢

保障平穩安全供氣,在未來一段時間內仍將是地下儲氣庫的主要作用,但是,隨著天然氣貿易量的增加和貿易方式的改變、區域市場供求關系的變化、非常規天然氣利用等多種因素的改變,地下儲氣庫的未來發展也產生了新的需求。

一是由戰略儲備向大型化發展。目前世界上最大的枯竭油氣藏儲氣庫的庫容已達400×108m2,工作氣量達200×108m2,最大的含水層儲氣庫庫容已達200×108m3,工作氣量達90×108m3。這類大型儲氣庫可以作為戰略儲備使用,其特點是儲氣量大、調峰能力強、建設周期長、一次性投資大、總體經濟效益好。

二是民用庫向靈活性大、周轉率較高的小型氣庫發展,如鹽穴或礦穴儲氣庫在不斷增加,這種氣庫的生產及調峰能力強,見效快,如美國70%以上的儲氣庫庫容在(0.028~2.83)×108m3。

三是多個氣庫“聯網”,使氣庫聯成一片,統一調度、統一控制。

參考資料 >

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遼河儲氣庫群開啟冬季天然氣保供.人民網.2024-04-07

中國天然氣發展最大瓶頸:地下儲氣庫不足.化工網.2024-04-07

遼河儲氣庫群開啟冬季天然氣保供.新華網.2024-04-07

儲氣庫建設仍處于快速發展期.中國石油新聞中心.2025-09-26

日調峰采氣1800萬立方米 我國首座鹽穴儲氣庫完成擴能.環球網國內.2025-09-26

國內首座地下商業儲氣庫注氣量突破100億立方米.CCTV.2025-09-26

助力長三角天然氣穩定供應 我國首座鹽穴儲氣庫“擴能”.常州市科學技術局.2025-09-26

江蘇油田啟動金壇儲氣庫二期技術攻關.中國石化新聞網.2025-09-26

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