摘要：到2020年，中國地下儲氣庫的工作氣需求量將超過500×108m3，其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭型氣藏改建地下儲氣庫而獲得。為此，分析指出枯竭氣藏型地下儲氣庫的建設與氣藏開發本身具有較大的差異性，兩者在建庫與開發條件、開采方式、設計準則、運行過程、工程要求、儲層改造及監測7個方面都存在著較大差異。因此，在地下儲氣庫的建設和運行管理過程中，不能照搬氣藏開發的模式，必須關注地下儲氣庫建設的5個關鍵問題：庫容參數設計、井網部署、氣庫安全、氣庫監測和氣庫運行優化。做好以上5個方面的工作，將會大大縮短建庫周期，提高枯竭氣藏改建儲氣庫的運行效率。
關鍵詞：枯竭氣藏；地下儲氣庫建設；氣藏開發；差異性；庫容參數；井網部署；安全；監測；庫群優化
地下儲氣庫是天然氣產業中上下游不可分割的重要組成部分，隨著中國天然氣工業的快速發展，對地下儲氣庫的需求將越來越迫切。目前中國正在建設的地下儲氣庫絕大部分是由枯竭氣藏改建而成的，根據預測，到2020年，全國地下儲氣庫的工作氣需求量將超過500×108m3[1]，而其中60%～70%的工作氣量將通過枯竭氣藏改建而獲得，因此，抓住枯竭氣藏改建地下儲氣庫建設的關鍵，做好枯竭氣藏改建地下儲氣庫的建設和運行管理工作，對我國地下儲氣庫的建設具有重要意義。
1 氣藏開發與儲氣庫建設的差異性
氣田開發與地下儲氣庫建設存在較大的差異性，這種差異性主要表現在以下7個方面：
1) 建庫與開采條件的差異：氣藏開發需要把各種復雜條件下的天然氣通過各種方式開采出來；地下儲氣庫則需要利用條件最好的氣藏建設而成。
2) 開采方式的差異：氣藏開發需要最大限度地提高采收率，開采周期長達(或超過)10年；地下儲氣庫則需要在很短的時間(一般是1個注采周期，即3～4月)內把氣庫中的有效工作氣全部開采出來，并且還需要在1個注采周期內將地下儲氣庫注滿達到滿庫容。
3) 設計準則的差異：氣藏開采盡量保持穩產；地下儲氣庫產能設計則以滿足地區月(日)最大調峰需求為原則。
4) 運行過程的差異：氣藏開發一般產量遞減；地下儲氣庫的產量則逐年遞增。
5) 工程要求的差異：氣藏開發采氣井壽命為10～20年，且開采過程單向從高壓到低壓；地下儲氣庫井壽命要求30～50年，且井筒內壓力頻繁變化。
6) 對儲層改造的差異：氣藏開發可通過大規模壓力酸化來提高單井產能；而地下儲氣庫生產壽命長，如果儲層改造不具備相當長的有效期(8～10年或更長)，則一般不進行儲層改造，氣庫儲層改造的目的主要是改善井底污染。
7) 監測差異：氣藏開發一般不單獨鉆監測井；地下儲氣庫建設運行過程中有時會大量部署監測井，以控制監測庫區及周邊的各種異常情況。
2 枯竭氣藏改建儲氣庫應關注的重要問題
正是由于氣藏開發與地下儲氣庫建設存在著較大的差異，因此在地下儲氣庫的建設和運行管理過程中，不能照搬氣藏開發的模式，必須關注地下儲氣庫建設的以下關鍵問題。
2.1 應注重庫容參數和單井注采氣能力設計的科學合理性
對于庫容量來說，枯竭氣藏型地下儲氣庫的庫容量不能等同于氣藏的儲量，需考慮多方面因素來確定。地質儲量指氣藏原始含氣孔隙體積的含氣量，動態儲量是在氣藏較低速開采條件下對應的可動用儲量。庫容量則是地下儲氣庫在高速注采過程中壓力波及的地層可動含氣孔隙體積對應的氣量。由于受氣藏多年開采、壓力下降和水侵等多種因素的影響，枯竭氣藏改建地下儲氣庫后的氣體占據就的孔隙體積往往小于原始孔隙體積[2]。
對于儲氣庫工作氣量的設計來說，不應過高追求枯竭氣藏型地下儲氣庫的工作氣比例，應綜合考慮地質、地面和經濟等各方面因素，合理加以確定。理論上儲氣庫的工作氣量是氣庫上下限壓力范圍內的最大采氣量，在實際運行過程中是1個注采周期內儲氣庫所有井在上下限壓力范圍內注(采)氣量之和。工作氣量的確定與儲氣庫下限壓力關系密切，但一定要考慮在1個注采周期內整個儲氣庫的運行壓力能否均勻有效控制在上下限運行壓力范圍以內。過低的下限壓力可能導致氣藏邊底水侵入，反而降低儲氣庫的達容速度和工作氣規模。對于滲透性較差的地下儲氣庫，過高的工作氣比例需要有大量的注采井才能實現，這將帶來較大的成本壓力。因此，對地下儲氣庫工作氣量的設計而言，不僅要考慮地質條件的可行性，還應對地面設施和管道等各種條件加以綜合考慮。
對于單井產能的設計來說，地下儲氣庫氣井單井注采氣能力的確定一定要考慮調峰高峰期或短期應急大排量采氣的需要。氣藏開發氣井產量主要是根據氣井產能并結合方案設計的采氣速度進行配產確定。地下儲氣庫氣井注采能力的設計主要由儲層滲流能力和井筒性質決定，應最大限度地發揮氣井的采氣能力[3]，滿足儲氣庫大流量調峰和應急的需要，相同條件下，儲氣庫氣井配產量通常可達到氣藏開發井配產量的2～3倍。
2.2 儲氣庫的井網部署應以最大限度控制庫容、滿足工作氣注采需要為目的，不應過分強調“稀井高產”
儲氣庫注采井網部署與氣藏開發井網部署存在較大的區別，這主要是由于儲氣庫采用大流量雙向循環注采所致。井網部署是否合理直接關系到儲氣庫運行效率的高低。氣藏開發井網部署一般是在構造高部位或儲層發育區集中布井，“稀井高產”以獲取較長的穩產年限和較高的采收率。儲氣庫井網部署則要滿足強采強注的要求，需要一定的井網密度，且布井要兼顧儲層發育區、不發育區及水淹區，以擴大氣體波及效果和提高庫容動用程度。
2.3 高度重視地下儲氣庫的安全
作為調峰和保障安全供氣的主要設施，地下儲氣庫一般建設在天然氣管道下游用戶區附近，而儲氣庫的服役年限又都較長(一般超過50年)，因此儲氣庫的安全要求相比氣藏開發更加嚴格，氣井及儲氣庫本身的安全必須引起高度的重視。
一般來講，儲氣庫的安全風險主要來源于儲氣庫注采井的安全與否。總結歸納儲氣庫各類井存在的安全風險主要包括以下9項：①地震或地質災害造成的套管變形、套管錯斷和固井質量下降；②注采交變應力造成的井下設備損壞和固井質量下降；③設計缺陷、設備缺陷及疲勞損傷；④油套管等井下設備的腐蝕；⑤井下作業事故；⑥第三方破壞或機械損壞；⑦洪水等自然災害造成的井口破壞；⑧周邊環境影響；⑨違章指揮與違章作業。為保證儲氣庫注采井的安全，應保證建井質量，加強注采井的監測和安全評估，根據安全評估及時制訂風險井的處理方法。
除了井的安全外，儲氣庫本身的地質風險也必須高度重視。地質風險主要表現在4個方面：①地震或地質災害引起斷層開啟活動而導致天然氣泄漏；②注采交變應力誘導斷層開啟而導致天然氣泄漏；③超壓注氣導致蓋層破裂或突破蓋層封堵而導致天然氣泄漏；④高速注氣導致天然氣沿著高滲透帶從溢出點泄漏。為了應對儲氣庫的地質風險，應加強儲氣庫的地質評價和監測，對超原始地層條件注采進行充分試驗和論證。
2.4 應高度關注儲氣庫的動態監測，包括對儲氣庫的全方位動態監測和氣井的安全檢測
由于儲氣庫采取高速注采且注采頻繁交替，不同的注采周期內注采速度和注采量會有差異，加上儲層非均質性的影響，每個注采周期內，地下油氣水分布都不可能完全相同，因此加強儲氣庫監測是及時了解儲氣庫動態與安全狀況、做好儲氣庫運行管理必不可少的環節。
儲氣庫監測體系一般有6大項，主要包括儲氣庫蓋層密封性監測、儲氣庫斷裂系統密封性監測、上覆淺層水監測、儲氣庫內部溫度壓力及流體組分監測、儲氣庫氣液界面及流體運移監測、儲氣庫周邊及溢出點監測。監測內容主要是常規壓力、溫度、地層水烴類含量、地層流體組成和氣液界面，有時根據需要采用示蹤劑或氣體同位素等進行監測。
對于氣井的檢測，一般包括固井質量檢測、井下設備腐蝕與損壞監測和套管外氣體聚集檢測。固井質量檢測主要通過測井方法實現，井下設備的腐蝕與損壞情況主要通過磁脈沖探傷測井儀檢測，管外氣體聚集情況主要通過高靈敏溫度測井儀檢測。
2.5 應注重單個儲氣庫及整個庫群的注采優化，在最大限度發揮調峰作用的同時，提高整個儲氣庫群運行效率
庫群整體優化是將多座儲氣庫作為既相互獨立又相互聯系的統一體，以采氣計劃、氣庫產能、管網壓力節點、壓縮機功率等為約束條件，協調好各儲氣庫之間的注采氣運行，實現整個儲氣庫群的優化配產配注。總體優化基本模式為：首先進行單一氣庫注采氣能力分析，然后確立庫群優化配置的基本原則及約束條件，在此基礎上建立庫群整體優化數學模型，最后利用建立的模型進行儲氣庫群的配產方案優化。
國內已經開始進行儲氣庫群優化配產的嘗試，中國石油勘探開發研究院廊坊分院根據中國石油大港油田板橋儲氣庫群的不同特點和北京地區天然氣調峰需求變化，制訂了6座儲氣庫最佳的調峰保供方案。
歐洲一些儲氣庫運營公司已經在儲氣庫智能運行優化方面進行了大量研究，目前已經開發出可以同時模擬12座儲氣庫、400口注采井的儲氣庫智能管理系統，將SCADA系統、油藏數值模擬和專家系統等有機結合起來，優化儲氣庫調峰注采方案。
3 建議
中國正在加快地下儲氣庫的建設步伐，2011-2012年，不少枯竭氣藏將會建設為地下儲氣庫，對這些即將投入建設的儲氣庫進行分析，認為主要有以下4個共同點：①埋深大，基本上都超過了2500m；②都是水侵或水淹的氣藏；③儲層非均質性或裂縫系統比較復雜；④儲層的孔滲條件均不太理想，屬于中低滲儲層。對此，提出如下建議：
1) 針對水淹或水侵的枯竭氣藏：①主要進行細致的儲氣庫建庫前期地質研究，分析水侵范圍和侵入量，研究高速注采條件下氣水互驅效率，進而確定合理的庫容和工作氣量；②同時研究注采擴容過程中驅水或排水的可行性，從而布置合理的注采井網。
2) 針對非均質性較強和裂縫系統較復雜的氣藏：①加強儲氣庫非均質性和裂縫系統分布規律的研究，分析高速注采氣條件下不同孔滲帶的氣驅效率；②分析研究不同注采井網對庫容和工作氣量的控制效果；③注氣過程中應及時有效地監測和控制不同相帶、不同儲氣層位或裂縫系統以及斷層附近的氣水運移狀況，及時調整注采井位和注采速度；④應盡量避免高滲透帶或高產井超負荷調峰采氣而引起水錐或水侵，進而導致已經建立起來的庫容和[作氣量損失。
3) 針對中低滲氣藏：①應適當提高儲氣庫的下限壓力，降低儲氣庫工作氣比例，避免為提高工作氣比例而增加過多的井數，導致鉆井投資的增加；②應嚴格控制注采井帶水生產，避免因氣井出水導致注采能力大幅度降低；③應慎重評價和分析儲層改造的持久性和有效性。
4) 針對儲氣庫氣井的安全設計：①充分論證并盡可能提高單井產能，以應對極端條件下的注采氣要求；②嚴格控制建井質量，在井身結構、管柱材質和固井質量等方面嚴格把關；③做好深井交變注采應力條件下井筒安全性的相關研究；④提前做好氣井檢測的技術儲備，制訂注采氣井檢測計劃。
5) 針對儲氣庫的注采運行管理：①應及時制訂注采調峰計劃，尤其是在建庫擴容階段，應分析各種可能條件下的注采調峰方式和應對措施；②在多個儲氣庫同時建設時，應根據儲氣庫規模、注采能力和氣藏類型等優化制訂注采氣運行計劃；③應加強儲氣庫的庫存管理，研究儲氣庫庫存管理的有效分析評價方法；④加強儲氣庫的監測。
參考文獻
[1] 丁國生，梁婧，任永勝，等.建設中國天然氣調峰儲備與應急系統的建議[J].天然氣工業，2009，29(5)：98-100.
[2] 胥紅成，王皆明，李春.水淹枯竭氣藏型地下儲氣庫盤庫方法[J].天然氣工業，2010，30(8)：79-82.
[3] 馬小明，余貝貝，馬東博，等.砂巖枯竭型氣藏改建地下儲氣庫方案設計配套技術[J].天然氣工業，2010，30(8)：67-71.
(本文作者：丁國生 王皆明 中國石油勘探開發研究院廊坊分院)
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