張光華等：中石化地下儲氣庫建設現狀及發展建議

文 | 張 光 華

中國石化勝利油田分公司經濟開發研究院

摘　要 2017—2018 年冬春之際，我國多個省區在用氣量高峰期都出現了天然氣供應緊張的狀況，暴露出我國儲氣調峰設施建設滯後等問題。作為目前中國最大的能源生產供應企業之一——中國石油化工集團公司（以下簡稱中石化）有責任不斷加大天然氣儲氣設施的建設力度，提高其利用率。為此，歸納出中石化地下儲氣庫（以下簡稱儲氣庫）建設的現狀和特點：數量少、起步晚、技術優、規模大，分析了中石化儲氣庫發展建設面臨的主要問題：①儲氣庫建設投資大、週期長，建設籌資難；②儲氣庫選址資源稀缺，建設技術要求高；③儲氣庫建設發展歷程較短，運行管理經驗不足；④缺乏相關配套政策支持，影響儲氣庫建設速度。進而有針對性地提出了推進中石化儲氣庫發展的建議：①加大儲氣庫建設力度，提升儲氣調峰能力；②統籌協調地方和企業的關係，做好儲氣庫的規劃選址工作；③加強對儲氣庫建設核心技術的攻關，高度重視儲氣庫的安全管理；④不斷優化儲氣庫生產運行效率，有效降低建設管理成本，提高儲氣庫經濟效益；⑤用好用活、積極落實各項激勵政策，加快和促進發展商業儲氣庫；⑥充分借鑑和分享發達國家的經驗，積極探索適合的戰略儲氣庫建設之路。

2017—2018 年冬春之際，我國多個省區特別是北方地區出現了大面積的天然氣供不應求現象，“天然氣供應緊張”一方面嚴重影響了國民經濟的發展和人民群眾的生產生活，另一方面也暴露出我國天然氣儲氣設施建設相對滯後、調峰能力亟待加強等一系列問題。為確保天然氣安全、有效供應，作為中國最大的能源生產供應企業之一——中國石油化工集團公司（以下簡稱中石化）有責任不斷加大天然氣儲氣設施的建設力度、提高其利用率，解決天然氣供需矛盾，有效緩解天然氣季節性供應緊張局面，以保障國家的能源安全。為此，介紹了中石化儲氣庫建設發展的現狀，總結其技術特色，分析其面臨的主要問題，進而有針對性地提出了發展建議。

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儲氣庫建設發展現狀

隨著我國西氣東輸、川氣東送、緬氣入滇、俄氣南下等天然氣長輸管道的陸續建成和開建，以及沿海LNG 接收站的陸續竣工, 我國天然氣規模化發展的管網體系已經基本形成。地下儲氣庫（以下簡稱儲氣庫）作為天然氣調峰的主要手段，已成為儲氣保供的“一號主角”。近10 年來，我國不斷加大各類儲氣庫建庫技術研發及建設力度，相繼建成了一批具有代表性的地下儲氣庫, 開拓了在複雜地質條件下儲氣庫建設的技術創新之路。截

相對於我國儲氣庫建設的整體情況而言，中石化儲氣庫建設發展現狀（表1）則表現出下述特點。

表1　中石化儲氣庫基本情況概覽表

1.1 數量少

截至2017 年底，中石化建成2 座儲氣庫（油氣藏型1 座、鹽穴型1 座）。其中文96 儲氣庫是中石化的第一座儲氣庫，利用中原油田文96 枯竭砂岩油氣藏而建，最大天然氣應急調峰能力500×104 m3/d ；江蘇金壇鹽穴儲氣庫是中石化的第二座儲氣庫，金壇儲氣庫是中石化“川氣東送”管道重要的配套工程，一期工程全部投產後，庫容量預計達4.59×108m3，可用於調峰的氣量為2.81×108m3。

1.2 起步晚

2010 年，中石化著手開展儲氣庫建設。2010 年8 月，中石化第一座儲氣庫文96 儲氣庫工程開工，2012 年9 月該儲氣庫順利投運，2013 年11 月初步具備生產調峰能力，2018 年1 月，投產運行5 年後，首次達到設計庫容；2016 年5 月，中國石化天然氣分公司川氣東送管道分公司江蘇金壇儲氣庫壓縮機啟動，標誌著中石化首座鹽穴儲氣庫一期工程投產；2017 年5 月，中原油田文23 儲氣庫一期工程開工；衛11 儲氣庫建設進入規劃論證程序。

1.3 技術優

在儲氣庫建設過程中，中石化不斷總結和提升具有自主知識產權的儲氣庫建設相關技術。文96 儲氣庫建設工程，先後對14 口新鑽注採井井位進行了優化和注採方案設計，對63 口老井進行了方案處置，形成總計12 項儲氣庫注採工程關鍵配套技術和技術創新成果，整體技術達到國際先進水平。

1.4 規模大

中石化中原油田文23 儲氣庫項目是國家“十三五”重點建設工程，該儲氣庫是在充分利用中原油田文23 氣田主塊氣層厚度大、封閉性好、儲量大等有利條件的基礎上規劃建設的（圖1）。設計庫容為104×108m3，有效工作氣量超過40×108m3。

圖1 文23 儲氣庫

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儲氣庫技術特色

中石化的儲氣庫建設儘管數量少、起步晚，但發展後勁足、發展能力強，特別是充分利用在用的2個儲氣庫積累了較強的技術及經營管理方面的經驗和能力，並形成了自己的技術特色，分述於下。

2.1 前期研究到位，項目質量得以確保

以中石化第一座儲氣庫文96 枯竭氣藏儲氣庫為代表，由於此前缺乏儲氣庫的設計和建設管理經驗，中石化加強與其他單位的合作研究，借鑑國內外儲氣庫建設的經驗，從地理位置、構造特徵、儲層物性、儲氣規模及注採井網等方面上努力選擇符合建設要求的儲氣庫，進行可行性論證，先後進行了室內實驗、數值模擬及現場試驗，開展儲氣庫建設關鍵技術攻關，形成了6 項儲氣庫注採工程關鍵配套技術和6 項技術創新 [1]。始於2002 年的江漢油田黃場鹽穴儲氣庫溶腔試驗已經取得成功，初步設計40 個溶腔，儲氣庫總庫容量達52×108m3。在枯竭油氣藏改建儲氣庫方面，基於對43 個油氣藏的對比篩選，最終確定將廣華油藏作為中石化枯竭砂岩油藏改建儲氣庫的首選之一，設計庫容量為34.5×108m3。

2.2 在實踐中不斷完善和細化與鑽採注相關的儲氣庫建設配套技術，形成了核心能力

基於文96 區塊的地質特徵及注採井的特殊要求，對文96 儲氣庫的井身結構、固井設計、完井設計、儲層保護技術等方面進行了詳細研究，不斷優化井身結構設計。室內實驗優選水泥漿體系，針對儲層特點優化固井工藝；設計射孔完井一體化管柱，研發射孔完井一體化投產施工技術，形成了適合該儲氣庫的注採井鑽井配套技術[2]。現場鑽井實踐結果顯示，注採井鑽井週期明顯縮短、井身質量合格、固井優良率高、完井及儲層保護效果好，達到了工程設計的要求，充分證明了上述注採井鑽井配套技術的科學性和實用性。

為了實施井口集中管理，滿足後期生產頻繁操作的要求，減少土地佔用，通過綜合對比分析，注採井採用叢式井組布井。新井均部署在構造高部位，全部採用雙靶定向井的方式。這樣做，既能鑽全氣層，又可以減少邊水對儲氣庫運行產生的不良影響。同時，優化鑽井地質鑽井工程設計，還減少了不必要的成本和支出。實鑽過程中使用鹽水泥漿，取消自然電位測井，油層套管固井質量檢查，回接完成後全井段一次電測；不採取三開控壓鑽進方式鑽井。密切結合區塊地質特點和基層生產實際，以更好的優化方案設計、降低儲氣庫鑽井費用[3]。對儲氣庫壓縮機的主機設計、成橇設計、電氣控制設計和製造工藝進行技術攻關，先後破解了高壓氣缸、高壓容器、高壓冷卻器、高壓氣缸注油、高壓填料設計和振動控制、高精度氣液分離、長薄壁缸套製造等12 項關鍵技術難題。經過運行驗證，機組設備運行穩定、能效高，部分指標優於國外同類機組，取得了良好的社會效益和經濟效益。

2.3 通過強化管理，掌握儲氣庫運營規律，保證項目的安全平穩運行

儲氣庫處於“強注強採”式生產狀態，處於多週期、大排量吞吐的週期運行過程之中。因此，需要充分利用儲氣庫動靜態資料，實時開展儲氣庫動態監測與分析、評價工作，以保證儲氣庫注採平穩。在儲氣庫運行中，注重強化生產狀況監控和分析，堅持氣藏動態管理，堅持月度、季度、年度氣藏動態分析，開展氣藏地質研究，及時掌握儲氣庫的運行規律。遵循“高注低採”的原則，根據調峰和應急生產需要，制訂合理的生產製度。加強設備管理，嚴格執行設備管理制度和操作規程，嚴格落實設備緊固、防腐、潤滑、調整、清潔十字作業法，按要求開展維護保養，確保了設備的正常運行。

SCADA 系統實現了對文96 儲氣庫集註站及井場注採全過程的數據採集和集中管理、遠程監視和控制等，在網絡通信方面實現了智能化的集中管理，儲氣庫站控室可對工藝現場與各注採氣井場進行遠程生產調度與監視控制，確保了儲氣庫安全、平穩、高效、經濟的運行（圖2）。

圖2 文96 儲氣庫實現了智能化集中管理

2.4 強化環保意識，實施綠色鑽井，保住藍天碧水

圍繞“保護綠水藍天，共建綠色家園”的目標，中石化儲氣庫建設初期，以“綠色鑽井”創建活動為載體，扼守安全紅線不動搖。將生產垃圾、生活垃圾集中存放、集中處理，對泥漿藥品採取上蓋下墊，確保藥品不落地，並與施工工程方簽訂環保責任狀。實施網電鑽機改造，文23 儲氣庫建設過程中共計減少CO2排放量5 304 t、氮氧化物排放量65 t。儲氣庫運行中，站內設置有可燃氣體檢測報警系統，排出的廢水經過二次利用和汙水處理器處理，才會排到站外。質量清潔能源使管道沿線近1 億人口和生產企業受益。

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儲氣庫發展建設面臨的主要問題

儘管中石化儲氣庫建設取得了顯著的進步, 但由於存在著建庫地質條件複雜、建設投資大、建設運行週期長、運行管理風險高等不利因素, 以及發展起步較晚、經驗不足、技術不配套、管理體系不完善等客觀因素, 致使其在儲氣庫建設和運行中依然面臨著很多的問題，歸納於下。

3.1 儲氣庫建設投資大、週期長，建設籌資難

儲氣庫的自然屬性決定了其建設難度大，建庫週期長。從開工建設到運營達到設計產能一般需要幾年甚至十幾年的時間。投資費用包括勘探投資、鑽井工程費、地面工程費、墊底氣費、礦產補償費、人工成本、管理費用及企業增值稅、建設期借款利息、企業流動資金等。一座儲氣庫的投資通常在幾億元至十幾億元。巨大的投資規模、較長的建設週期，導致儲氣庫建設投資回收時間長、風險大，建設籌資難[4]。

3.2 儲氣庫選址資源稀缺，建設技術要求高

儲氣庫建設對地質條件的要求相對苛刻，適宜建設儲氣庫的庫址對於每一個國家來說都是稀缺資源。從目前中石化天然氣主要消費區來看，經勘察，具備建設儲氣庫的氣藏資源較少且大多數都已納入儲氣庫建設規劃，不能滿足未來的天然氣調峰需要，需要積極尋找新的建庫目標。從已納入建庫目標的油氣藏看，大多油氣層埋藏深、滲透率較低、嚴重水淹，大大增加了儲氣庫的建設難度。另外，在儲氣庫大型化、標準化和達容達產等方面技術尚不成熟，工程建設難度大、技術要求高也成為制約儲氣庫發展的問題之一[5]。

3.3 儲氣庫建設發展歷程短，運行管理經驗不足

中石化儲氣庫從開始建設到現在時間很短，雖然在儲氣庫日常動態監測、評價優化、安全管理等方面積累了一定的運行經驗，但基於地質、井筒和地面三位一體的鏈條式管理尚處於初級階段，運行管理體系標準還處於逐步建立健全和調整完善階段。當前中石化的儲氣庫投產年限不長，但在高速強注強採下，注採管柱失效、圈閉密封性破壞等風險大大加劇，存在著安全監測、風險防範及完整性措施不健全的現象，正嚴重影響和威脅著儲氣庫的安全運行。據國外的數據和資料，美國和歐洲曾報告了65 例儲氣庫洩露安全事故，造成了人員傷亡和財產損失[6]。因此，在儲氣庫安全保供方面，本質安全需要引起高度重視。

3.4 缺乏相關配套政策支持，影響儲氣庫建設速度

近年來，國家雖然相繼出臺了一系列政策，鼓勵各種所有制經濟參與儲氣設施投資、建設、運營，但在投資主體的放開、儲氣調峰定價機制的完善、投融資和財政政策支持等方面仍然缺少配套的落實措施。在儲氣庫建設投資資金保障、設施折舊方式方法、稅收優惠政策、企業運行成本補償、國家專項財政補貼等方面，給予的實質性、落地性支持政策仍顯不足[7]。目前直接面臨儲氣庫中大量的墊底氣進項稅難以抵扣的現實問題，大大增加了儲氣企業的現實經營負擔，儲氣庫建設效益難以體現，影響了儲氣庫投資建設主體的積極性。中石化文96 等4 座儲氣庫預計墊底氣量合計將達69.4×108m3，形成增值稅進項稅約12.7 億元，初步測算，企業需要多達數十年的時間才能加以消化。

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對中石化儲氣庫建設和運營的相關建議

我國天然氣供應安全問題依然凸現，迫切需要將天然氣戰略儲備建設問題納入現代能源市場體系建設，依照因地制宜、安全環保、經濟合理的原則，政府提供相關支持政策，建立以國家戰略儲氣庫為基礎、油氣企業商業儲氣庫為主體的政企儲備體系，政府統籌協調，企業自主經營，市場化運作。為推動上述目標的早日實現，筆者在此提出對中石化儲氣庫建設和運營的建議，分述於下。

4.1 加大儲氣庫建設力度，提升儲氣調峰能力

儲氣庫調峰應急儲備是天然氣供應鏈中的重要組成部分，也是世界天然氣利用發達國家的普遍選擇。隨著中俄東線天然氣管道開工建設，加之中亞到新疆、緬甸到雲南、東南沿海液化天然氣進口，我國國內四大天然氣進口通道已經初步建成。預計到2030 年，我國天然氣進口量將超過1 800×108m3，佔天然氣年消費總量的40%[8]。根據國外的經驗：一旦國家的天然氣對外依存度達到或超過30%，儲氣庫工作氣量就需要達到年消費量的12% 以上；如果天然氣對外依存度超過50%，絕大部分國家的儲氣庫工作氣量將達到天然氣年消費量的15% 以上[9]。中石化儲氣庫建設起步晚、規模小，正在按照全國儲氣庫規劃佈局逐步推進。在國家大力推進儲氣庫建設的背景下，中石化應加大儲氣庫的建設佈局，加大儲氣庫庫址篩選和前期評價的力度，有序地加大對儲氣庫建設的投入，使自己的天然氣調峰規模逐步趕上天然氣消費量高速增長的需求。在建設規模上，近期主要考慮調峰儲備，遠期將考慮戰略儲備，儘快將儲氣庫調峰能力提高到全國天然氣消費總量的10% 以上。

已有的經驗表明，儲氣庫前期評價時間需要3 ～ 5 年。為應對天然氣調峰需求的快速增長，儲氣庫建設應早規劃、早研究、早建設、早運營。從國家層面統籌協調企業與地方的關係，佈局全國儲氣庫規劃，完善儲氣庫業務前期評價機制，每年拿出專門資金進行儲氣庫選址的篩選評價。規劃選址論證主要是針對項目在建設前對建設地址的論證和決策，用於確定建設項目所在地區域多方環境因素，達到項目建設基本要求，最終確定項目具體設定地點方位[10]。通過國家牽頭組織，開展全國性的地質勘查，全面掌握適於建設儲氣庫庫址的第一手資料，研究尋找適宜建庫的地質構造和建庫有利目標，有助於為企業建設多種類型的儲氣庫提供基礎支持。

4.3 加強對儲氣庫建設核心技術的攻關，高度重視儲氣庫的安全管理

較之於國外，我國的儲氣庫在技術上仍存在著不少的差距，例如缺乏高壓大型注採核心技術與裝備、注氣壓縮機仍需依賴進口等，這就對鑽完井等建庫工程提出了更高的技術要求。由此提出建議：①中石化儲氣庫建設具有自身的特點，並且不同類型的儲氣庫現有技術水平也參差不齊，應立足國內建庫規劃及選址情況，將有效的科研力量合理應用並集中在關鍵技術攻關上，要加強儲氣庫地質工程評價、注排機理以及低成本儲氣庫監測技術等方面的研究；②學習、借鑑國外儲氣庫建設的先進技術和經驗，對適宜中石化儲氣庫地質特點的核心技術進行攻關，以儲層滲流為核心、井筒－地面為約束條件等，加強數值模擬技術的運用，建成集地下、地面於一體的三維仿真數值模擬數字化儲氣庫，兩化融合，實現儲氣庫地下—井筒—地面一體化的設計、運行、管理；③加強政府、企業、高校間的合作，促進知識、技術和人才的有效集成，建立一種長期穩定、合作共贏的產、學、研產業聯盟和利益共同體[11]；④在國際合作方面，與美國、法國、德國等國家和地區建立學術交流與合作關係，加強學術和信息交流，開展更多的聯合研究項目，以期及早解決相關技術難題。

多種類型的儲氣庫存在著不同的風險因素，需要高度重視對大量可燃易爆氣體的安全管理工作。在安全環保管理、風險管控能力等方面，關注儲氣庫的穩定性評價、優化運行管理、密封性檢測等相對薄弱技術。具體做法包括：①以儲氣庫安全管理的現代化為起點，進行安全分析，促進儲氣庫的安全運行；②以預防事故為中心，對儲氣庫進行系統安全評價，查明薄弱環節，採取有效的安全措施，控制並消除危險；③加強標準化體系建設，下大氣力抓基礎、建標準；④強化生產指揮平臺建設，建成適應儲氣庫運行特點的源頭數據採集、多專業協同、多系統集成、多功能應用的一體化生產指揮平臺，實現生產源頭數據的高度共享、實時管控、實時決策；⑤形成信息化生產指揮應用平臺、生產全過程數字化採集技術、生產現場智能化視頻監控技術、生產前端自動及遠程調控技術、生產全參數智能分析預警等技術。

4.4 不斷優化儲氣庫生產運行效率，有效降低建設管理成本，提高儲氣庫經濟效益

儲氣庫建設是一項複雜的系統工程，因此加強對儲氣庫建設新技術、新工藝的研究，尋求安全高效的造腔方式是提升運行效率的有效途徑。在鑽完井設計、現場施工作業及作業管理等方面不斷取得突破，通過採取鑽井提速、減少非作業時間、壓縮非生產性材料費用等措施有效地降低投資成本，如通過改進造腔工藝技術，提高造腔效率、縮短建庫週期、節約建庫投資。墊底氣所需天然氣體量巨大，資金需求巨大，並且需要長久儲存，是儲氣庫能否獲得基本盈利的關鍵問題之一。因此，有必要積極探索研究利用惰性氣體、二氧化碳等替代天然氣作為儲氣庫墊底氣，努力降低墊底氣投資。一旦這個世界性難題得以破解，將極大地降低儲氣庫建設投資運行成本[12]。

為實現儲氣庫降本增效的目標，應強化、優化運行管理，提高運行效率。為此建議：①以數字化、可視化建設為基礎，以自動化和遠程調控為支撐，以智能化輔助決策、輔助管理為特徵，以有效防範安全環保風險為底線，以生產全過程、全天候、無縫隙、立體化、透明化、實時化、超前化、智能化管控為手段，實現儲氣庫開發效益和管理效益的最大化；②強化儲氣庫的全面運營調度，進一步完善我國天然氣管網，加強骨幹管道間的聯絡線和區域輸氣管道的互聯互通建設，深化“互聯網+”思維，充分利用大數據、雲計算、移動互聯網等信息技術，創新生產運行和經營管控模式，實現生產管控實時化、運行一體化、分析智能化、決策最優化[13]；③鑑於建庫地質資源的不均衡性，儲氣庫建設要擺脫單純為某個幹線配備儲氣庫的模式，通過各幹線之間的聯絡線將調峰能力較強地區剩餘的工作氣調配到調峰能力較弱的地區，根據不同地區的調峰需求，在各幹線之間進行調配，進而確保重點地區、重點城市的調峰需求，在調峰需求較高時最大限度地滿足市場需要，加速工作氣的週轉速度，這也是降低成本的有效手段。

4.5 用好用活、積極落實各項激勵政策，加快和促進發展商業儲氣庫

依據投資主體和投資回收渠道，目前儲氣庫建設運營主要有3 種模式：第一種是由上游油氣企業建設運營，努力實行獨立核算；第二種是由下游城鎮燃氣經營企業建設運營；第三種為合作建設運營。推薦採用第三種模式，因為這樣可以在合作方之間分攤儲氣庫建設運營成本、降低商業風險、實現儲氣庫建設資源的有效利用、共享儲氣庫庫容或收益。

建設運營方要充分利用財稅優惠、土地使用、儲氣價格等政策，積極尋求國家政策的支持，包括拓寬融資渠道、合資建庫等。通過PPP 項目公司或社會資本方發行，募集資金用於以特許經營等PPP 形式開展項目建設、運營，吸引更多企業參與商業儲氣設施建設運營，加快商業儲氣設施發展。同步天然氣價格市場化進程，逐步建立儲氣調峰定價機制，在天然氣價格體系中增加儲氣服務費用，使業務鏈上各環節的儲氣庫投資主體均能獲得其合理的相應投資回報，儲氣庫具有獨立的盈利能力，逐步實現儲氣庫運營獨立化、業務商業化、服務標準化。加強儲氣調峰領域的市場監管，市場監管部門、商業銀行、資本市場監管部門等聯合發力，定期向社會公佈各地天然氣市場需求信息，提前給儲氣庫運營商提供預警信息[14]。明確天然氣業務鏈各環節市場主體調峰責任與儲備義務，保障各類社會資本公平有序地參與市場競爭。啟動優秀儲氣庫運營商褒獎機制，推進相關儲氣庫運營商進入政府市場採購的優先供應商目錄，在評標時給予優先權重。

4.6 充分借鑑和分享發達國家的經驗，積極探索適合的戰略儲氣庫建設之路

基礎設施的投資建設成本高，一般的企業主體或個人投資者進入門檻高、投資積極性低。日本經過長期發展已建立起國家戰略儲備和商業儲備相結合的儲氣調峰體系。目前，日本天然氣儲備由國家和民間企業共同承擔，儲備量分別為消費量的30 天和50 天，有效保證了儲氣調峰的需要[15]。據此，建議借鑑發達國家做法，著手開展國家天然氣戰略儲備基地建設規模和選址的論證，積極穩妥推進戰略儲氣設施規劃和實施。當前我國擁有較大的外匯儲備量，因而可以跟蹤國際天然氣價格，通過國家戰略規劃，在天然氣低價區間和淡季天然氣價格較低時，由中石油、中石化等國有企業以國家外匯儲備大量購買天然氣儲存在地下。這樣做，一是可滿足墊底氣的需要，二是可用於經營商品氣。油氣價格漲跌是正常的現象，一旦抓住低價的商機，就可以為企業創造更大更好的經濟效益。

作者簡介：張光華，1965 年生，高級經濟師，博士；長期從事與石油天然氣工業相關戰略規劃等決策支持研究工作；現任中國石化勝利油田分公司經濟開發研究院院長。

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