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疫情未了、冬季快到,天然气不会断供靠的是科技“底气”!
发布时间:2020-11-03     作者:中国石油学会石油地质专业委   来源:科普中国   分享到:

上世纪90年代以来,我国天然气工业发展进入了快车道,尤其是迈入新世纪后,天然气消费量快速增长,它也成为千家万户必不可少的生活必需品。2020年初,新冠肺炎疫情席卷全球,油价持续低迷,每一个“黑天鹅事件”都在触动天然气这个连接千家万户的“敏感神经网路”。冬季用气高峰即将来临,这些事件叠加而至,更凸显天然气储备对社会风险防控及国家能源安全的重要意义。

天然气大规模应用以来,就一直面临着供应中断或不够用的问题:一是因为进口天然气随时存在不定期减供的风险;二是我国东部大城市用气大户与中西部天然气产地距离远,存在中途供应中断风险;三是冬季极寒天气和冰雪灾害等频繁出现,用气量激增,短期天然气供应不足;四是冬季和夏季天然气用气量差别很大,天然气用量面临“夏季用不完、冬季不够用”的困局。为了解决这些问题,建设一种类似于“粮仓”或“银行”的“储气库”,就成为天然气“产供储销”产业链安全平稳运行的重大战略问题。

自1915年北美建成第一座储气库以来,储气库已经有上百年历史,目前已经建成近700座。相对于国外,我国在这一领域落后了近百年。建设地下储气库,选址评价、方案设计、工程建设及安全管控等理论技术要求高、难度大,与地面储气库相比,是完全不同的概念。虽然国外的地下建库理论和技术已基本成熟,但我国地质条件与国外截然不同,我国的建库对象与地下油气藏一样独特而复杂,具有构造破碎、低孔低渗、非均质性强等特点,国外建库理论和技术无法满足我国需求,我国独特地质条件下的储气库建设是科技攻关的世界级难题。

面对复杂地质条件下的选址、设计、建设和管控等巨大挑战,中石油汇集业界顶级专家,打造了由中石油马新华教授牵头,联合了国内顶尖科研院所的一批专家学者组成的中国储气库科技研发团队,针对我国在储气库领域的4项关键基础理论技术尚处于空白状态,既不能照搬国外经验,但又是建库的必需的实际情况,开展了20多年的持续攻关。

四大难题个个都是储气库领域的硬骨头,又几乎是储气库科技皇冠上的珍珠。一是基于复杂地质条件下储气库密封评价指标体系的选址理论,这如同射击的靶点选择,是理论基础中的基础;二是储气库设计方法,核心问题是破解短期高速注气渗流机理并提高设计精度,差之毫厘谬以千里,不可不慎;三是建库技术,地面核心装备和地下储库钻井和完井技术都需要科技攻关,我们不能全靠进口装备、国外的浅层建库理论与技术又无法适用,攻关难度可想而知;四是长时间高低压转换工况带来的各类安全风险识别定位管控技术有待攻克,风险管控如履薄冰。

20年来,我国石油科学家们挑灯看剑、科技闯关和实践探索,研发出储气库“四大理论技术”:复杂地质体动态密封理论突破了复杂断块选库禁区,扩大了将枯竭气藏改建成储气库的范围,为优选储气库址提供了理论和技术支撑;复杂地质条件下气藏型储气库库容动用理论及优化设计方法,解决了储气空间高效动用难题;工程建设关键技术解决了巨大力量交替剧烈变化条件下水泥环长期密封、大压差钻井防漏和高压大流量注采关键装备研制难题;长期运行风险预警与管控技术,使储气库里的气“注得进、存得住、采得出、管得好”,实现了“大吞大吐”运行至今零事故。四大理论技术的突破,为我国储气库建设奠定了坚实基础。

2000年,我国首座储气库——大张坨储气库在渤海湾拔地而起。随后相继建成的江苏金坛储气库、相国寺储气库、辽河油田双6储气库、华北苏桥储气库群、新疆呼图壁储气库,也在一次次冬季供暖期天然气使用高峰时段,起到了无可取代的调峰作用,呈现出现实而又深远的意义与价值。经过20年的科技攻关和建设,我国天然气工业飞跃发展;展开中国石油的版图,7大地区14座储气库群27座储气库赫然在目。虽然储气库在中国石油大家族中姗姗来迟,然而一经问世,便成为天然气储备、天然气工业乃至国家能源安全不可或缺的重要基础设施。

下面我们为大家进一步科普一下储气库和我国储气库的发展情况。

老话说:“家中有粮,心中不慌。”现代油企之于城市冬供则讲:“库中有气,难见气荒。”可见,储气库,是一个既专业而又通俗的十分接地气的称谓。

由此联想,人们就将储气库喻为天然气的“粮仓”。赶上冬季用气高峰,当城市供暖出现气源不足、供气紧张、居民室温不够,甚或气源中断、管网出现技术故障等紧要关头时,储气库就成了救急的天使,中国石油也便成了开仓济世的“放粮官”,把储气库里的天然气安全平稳输送到千家万户,让严寒的城市涌入暖流。

诚然,与欧美发达国家百年成长经历相比,我国储气库到上世纪90年代才开始孕育。然而一旦起步,成长的速度却是相当惊人。特别是近10年来,我国储气库规模已经达到400多亿立方米,调峰能力130亿立方米,冬季最高日调峰量已经超过1亿立方米。打个通俗的比方,就是我国的储气规模,已经足够一个三口之家干干净净用上1亿年。

当然,越是宝贵的东西越是来之不易,将储气库打造问世的过程,实在是一个筚路蓝缕、攻坚克难的艰巨工程。因为,储气库深藏在看不见、摸不着的数千米地下,中国石油储气库人想要把储气库伺弄好、利用好,可不是件易事。

先来说说大名鼎鼎的相国寺储气库吧,它绝对代表着我国储气库建设的高端水平。这座大西南地区的首座储气库,构造高陡、储层较薄、物性相对国外储气库差很多、枯竭低压气藏等等,且地表高山及煤矿采空区限制……难题一道又一道。中国石油储气库人通过自主创新,建立多项建库特色技术,成功解决了低压储层防漏、薄储层大井眼定向钻探和高陡构造风险监测等多项世界级难题。

又何止大西南?新疆北疆呼图壁储气库,同样是我国目前建设规模和建设难度堪称之最的储气库。埋深较深的多层水侵砂岩储层天然属性,让呼图壁储气库的建设之路铺满荆棘,储气库技术专家首次提出有效孔隙空间分区评价法,实现了对储气规模的优化设计,让注进的天然气“存得住”,关键用气时“采得出”。

还有天津大张坨储气库、华北苏桥储气库、辽河双6储气库等等,成功应用了储气库动态密封理论,解决了复杂断块气藏建库难题,这些库在冬季用气高峰期,为京津冀地区提供了宝贵气源。

20多年求索与奋斗,中国石油的科学家们在储气库领域的科技攻关成就可圈可点,14座储气库群,27座储气库,凝结着中石油科学家们创新的智慧,科技创新成果也为业界瞩目。中国石油的马新华教授领衔团队研发出的储气库“四大理论技术”,改变了我国储气库“选址无理论、设计无方法、建设无技术、管控无手段”的困局,解决了世界上复杂地质条件储气库技术的难题,使我国石油界在世界储气库科技领域有了一席之地,为中国地下储气库大规模建设奠定了基础,推动了我国地下储气库大规模建设,结束了我国“有气无库”的历史,提升了我国能源储备能力,长了中国科学家的志气,也将为中华民族伟大复兴夯实国家能源“安全底气”。

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