楊明清 吳佼翰 卞瑋 李勇劍

1.中國石化石油工程技術服務有限公司；2.中國石油大學（華東）文學院；3.墨爾本大學

天然氣是一種高效清潔能源，在能源消費中占比越來越大。由于天然氣生產(chǎn)地與消費地之間有一定的距離，加之季節(jié)性利用不均衡，地下儲氣庫應運而生，成為天然氣調(diào)峰及戰(zhàn)略儲備的重要手段［1］。目前，美國、俄羅斯、烏克蘭、加拿大、德國、中國等都建設了儲氣庫［2］，全世界約有600個儲氣庫，其年供氣量達到3 400×108m3，占天然氣供應總量的10%左右［3］。俄羅斯是天然氣生產(chǎn)、消費、出口大國，俄羅斯境內(nèi)有成熟的天然氣供應網(wǎng)絡（UGSS），儲氣庫是該供應網(wǎng)絡的重要組成部分，承擔著俄羅斯15%～20%天然氣供應任務［4］。我國自2009年初開始設計、建設儲氣庫，陸續(xù)建成了25座儲氣庫，其年天然氣供應量約為30×108m3，在天然氣調(diào)峰方面發(fā)揮了重要作用。目前，文23儲氣庫還在建設中，中國儲氣庫在天然氣供應、能源戰(zhàn)略保障等方面將發(fā)揮更大的作用。

1 俄羅斯儲氣庫發(fā)展及需求

1.1 俄羅斯儲氣庫發(fā)展

20世紀40年代，薩拉托夫至莫斯科的天然氣管道承擔著莫斯科的主要供氣任務，日供氣量達到1.0×106m3，盡管如此，仍不能滿足莫斯科冬季用氣要求，季節(jié)性用氣不均衡問題已經(jīng)凸顯［5］。1946—1955年，莫斯科建造了7座加氣站，每座加氣站安裝了長約17 m、直徑約3 m的圓柱形儲氣罐，罐內(nèi)工作壓力達0.6 MPa，每年天然氣供應量約1.1×106m3，在調(diào)峰方面起到了積極作用［6］。20世紀50年代中期，前蘇聯(lián)天然氣行業(yè)快速發(fā)展，為了解決用氣季節(jié)性不均衡問題，前蘇聯(lián)科學家考慮建設天然氣地下儲氣庫，首先考慮在枯竭油氣藏建設儲氣庫，其次在滿足地質(zhì)條件的含水層和鹽穴層建設儲氣庫［7］。1956年，科學家開始在莫斯科、梁贊和卡盧加等地區(qū)進行地質(zhì)勘查，尋找合適的儲氣庫建設位置。1958年5月，古比雪夫石油天然氣公司首次對烏法的巴什卡托夫枯竭天然氣藏進行注氣試驗，該氣藏埋深約400 m，初始地層壓力為4.52 MPa，初始天然氣儲量約為30×106m3，注入天然氣量 9.28×106m3，氣藏壓力從1.65 MPa增至3.27 MPa，初步證明了儲氣庫建設的可行性。1958年，前蘇聯(lián)專家在薩拉托夫地區(qū)的葉爾尚斯基—庫爾久姆油田選擇了4口井進行注氣試驗，注氣壓力為3.5 MPa，基本達到了預期效果。與此同時，含水層儲氣庫的理論研究、勘查、設計等工作相繼展開。1957年，在卡盧加地區(qū)鉆出第1口井儲氣庫井，1958年，在莫斯科的謝爾科沃地區(qū)又鉆了1口儲氣庫井，選擇這兩個地區(qū)進行儲氣庫鉆井并非偶然，因為專家們對該地區(qū)地質(zhì)條件比較熟悉，認為該地層適合建設儲氣庫，并且著名的達沙瓦—基輔—布良斯克—莫斯科（DKBM）輸氣管線就在附近［8］。1959年，經(jīng)過前期勘查、鉆井等一系列工作，卡盧加儲氣庫建成，該儲氣庫共鉆井40口，用兩臺735 KB壓縮機向其中2～4口井注入天然氣，采用兩級增壓方式，第1次將天然氣壓力由2.5 MPa增至5.5 MPa，第2次由5.5 MPa提高至12.5 MPa，3個月內(nèi)共注入天然氣23×106m3，日采氣能力0.5×106m3。1960年9月份向曉爾科沃儲氣庫注入天然氣，該儲氣庫有效容積達到（12～13）×108m3，在 12月份，由于極寒天氣，日采氣量達到（0.18～0.20）×108m3［9］。20世紀60年代末，莫斯科每年消耗天然氣近100×108m3，用氣不均衡問題日益突出［10］。前蘇聯(lián)第1批儲氣庫的成功建設具有重大意義，初步形成了儲氣庫選址、地質(zhì)評價、設計、鉆井、注采氣、地面工程、安全評估等系列技術，為后續(xù)儲氣庫建設提供了經(jīng)驗，此后，前蘇聯(lián)境內(nèi)一大批儲氣庫相繼建成。

1.2 俄羅斯儲氣庫需求

俄羅斯天然氣生產(chǎn)主要集中在西南部地區(qū)，天然氣消費則主要集中在莫斯科、圣彼得堡等大城市及西南部的一些中小城市。俄羅斯冬季寒冷，天然氣用量很大，使得俄羅斯天然氣利用產(chǎn)生季節(jié)性不均衡問題［11］。俄羅斯天然氣股份有限公司董事會主席米列爾說：“俄羅斯地域廣闊，天然氣產(chǎn)地與用戶之間相距遙遠，因此建立儲氣庫進行調(diào)峰非常必要。儲氣庫的建立，使得俄羅斯供氣系統(tǒng)非常完善，滿足了俄羅斯民眾日益增長的天然氣需求，增加了天然氣供應的靈活性、高效性”［12］。俄羅斯2017年各月份天然氣需求占比見圖1。

圖1 俄羅斯2017年各月份天然氣需求占比Fig. 1 Russia’s monthly natural gas demand ratio in 2017

由圖1可以看出，在8月份，天然氣消費量只占全年消費量的5.2%，而在寒冷的12月份，則達到12.9%［13］，由此可見，俄羅斯季節(jié)性用氣不均非常明顯。俄羅斯儲氣庫采氣時間一般為 120～150 d，半峰期 60～90 d，在最寒冷的 2～3 周達到最大值［14］。最近10年，俄羅斯儲氣庫年產(chǎn)氣量、日最大產(chǎn)氣量逐年增加，2017—2018年，俄羅斯儲氣庫年產(chǎn)氣量達到720×108m3，日最大產(chǎn)氣量達到8.05×108m3［15］，見圖2。

2 俄羅斯儲氣庫現(xiàn)狀

俄羅斯儲氣庫的管理及運營歸屬于俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司，早在2007年，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司成立了專門的儲氣庫經(jīng)營管理單位，這些單位分布在俄羅斯18個城市，包括13個運營主體共計22個分公司，其中儲氣庫管理及運營分公司16個，井下大修及事故處理分公司4個，輔助分公司2個［16］。目前，俄羅斯在用儲氣庫共22套，儲氣庫井數(shù)量約2600口，在建及設計儲氣庫6套，正在勘查儲氣庫9套［17］，其分布見圖3。

圖3 俄羅斯儲氣庫分布Fig. 3 Distribution of Russian gas storage reservoirs

2.1 在用儲氣庫

目前，俄羅斯境內(nèi)在用儲氣庫共22套，有效容積小于50×108m3的儲氣庫20套，大于50×108m3的儲氣庫2套。將有效容積小于50×108m3儲氣庫自北向南進行編號，1—20號分別為：1加里寧格勒儲氣庫、2加特契納儲氣庫、3涅瓦儲氣庫、4曉爾科沃儲氣庫、5卡盧加儲氣庫、6烏維佐夫儲氣庫、7布基恩儲氣庫、8卡拉書勒儲氣庫、9佩夏內(nèi)—烏苗特儲氣庫、10葉爾尚斯基—庫爾久姆儲氣庫、11德米特里儲氣庫、12斯捷普諾夫儲氣庫、13阿馬納儲氣庫、14米哈伊洛夫儲氣庫、15基留什金儲氣庫、16堪楚林儲氣庫、17穆辛儲氣庫、18索夫霍茲儲氣庫、19庫謝夫儲氣庫、20克拉斯諾達爾儲氣庫。將有效容積大于50×108m3儲氣庫自北向南進行編號：1卡西莫夫儲氣庫、2北斯塔夫羅波爾儲氣庫［18］。有效容積大于50×108m3儲氣庫主要參數(shù)［19］見表1。

表1 有效容積大于50×108 m3儲氣庫主要參數(shù)Table 1 Main parameters of gas storage reservoirs with effective capacity greater than 50×108 m3

按照建設時間劃分。有效容積小于50×108m3的儲氣庫建設時間如下：1950—1960年，共建成2套，分別為5號、13號；1960—1970年，共建成5套，分別為2號、4號、9號、10號、14號；1970—1980年，共建成6套，分別為3號、11號、12號、15號、16號、18號；1980—1990年，共建成3套，分別為7號、17號、20號；1990—2007年，共建成3套，分別為6號、8號、19號。2007年至今，只完成1套，即1號儲氣庫。有效容積大于50×108m3的儲氣庫建設時間如下：1970—1980年，完成1號儲氣庫建設；1980—1990年，完成2號儲氣庫建設［20］。

按照每套儲氣庫包含單體個數(shù)劃分，有4套復合儲氣庫，每個復合儲氣庫含有2個單體儲氣庫，4套復合儲氣庫分別為1號、2號、8號、10號，其余18個為單體儲氣庫，將復合儲氣庫折算成單體儲氣庫，總共相當于26個單體儲氣庫。按照儲藏類型劃分，枯竭油氣藏儲氣庫17個，含水儲氣庫8個，巖穴儲氣庫1個［21］。由此可見，俄羅斯在用儲氣庫主要集中在西南部的伏爾加聯(lián)邦區(qū)及烏拉爾聯(lián)邦區(qū)，這里油氣資源豐富、人口稠密。儲氣庫類型以枯竭油氣藏為主，建設時間主要集中在20世紀70—80年代。

2.2 在建儲氣庫

將在建儲氣庫自北向南進行編號，1—6號分別為：1新莫斯科儲氣庫、2別德諾杰米揚諾夫斯克儲氣庫、3烏德穆爾特儲氣庫、4阿爾布佐夫儲氣庫、5沙特羅夫儲氣庫、6伏爾加格勒儲氣庫［22］。其中，烏德穆爾特系列儲氣庫共有5個單體儲氣庫，儲氣庫有效半徑10 km，有效容積26×108m3，日最大采氣量0.43×108m3，日最大注氣量0.17×108m3［23］。正在建設的儲氣庫主要分布在俄羅斯西南部的伏爾加聯(lián)邦區(qū)及烏拉爾聯(lián)邦區(qū)，是在用儲氣庫的補充和完善。

2.3 勘查中儲氣庫

將勘查中儲氣庫自北向南進行編號，1—9號分別為：1阿爾漢格爾斯克儲氣庫、2斯卡林儲氣庫、3蒂吉恩儲氣庫、4科爾馬科夫儲氣庫、5阿欽斯克儲氣庫、6安加爾斯克儲氣庫、7達吉斯坦儲氣庫、8布拉戈維申斯克儲氣庫、9阿德尼坎儲氣庫［24］?？辈橹袃鈳煊蓚鹘y(tǒng)的俄羅斯西南部地區(qū)向北、向東發(fā)展，其中2套建在西北部地區(qū)，5套建在中部地區(qū)，2套建在遠東地區(qū)。

3 俄羅斯儲氣庫建設關鍵技術

根據(jù)俄羅斯多年的儲氣庫建設經(jīng)驗，俄羅斯專家總結(jié)了8項儲氣庫建設關鍵技術：（1）儲氣庫地質(zhì)建模技術，包括儲氣庫圈閉面積預測技術、儲氣量預測技術、地層壓力預測技術、鉆井數(shù)量確定技術等；（2）儲氣庫建造技術，包括鉆井技術、固井技術、定向鉆井技術、完井技術等；（3）地球物理勘查技術，包括地震、重力、聲、電、核檢測技術等；（4）儲氣庫生產(chǎn)過程監(jiān)控技術，包括儲氣量監(jiān)測技術、地層壓力監(jiān)測技術、注氣量監(jiān)測技術、采氣量監(jiān)測技術等；（5）儲氣庫診斷技術，包括地面管線探傷技術、井下套管完整性檢測技術、儲氣庫密封性檢測技術等；（6）儲氣庫修井技術，包括套管修補技術、儲氣庫密封技術等；（7）天然氣運輸技術，包括天然氣地面高壓輸送技術、過濾技術、干燥技術、安全保障技術等；（8）天然氣注入技術，包括大功率壓縮機研發(fā)技術、注入過程控制技術等［25］。

4 俄羅斯儲氣庫發(fā)展規(guī)劃及中俄合作展望

4.1 俄羅斯儲氣庫發(fā)展規(guī)劃

近年來，為了鞏固天然氣霸主地位，保證天然氣消費及出口，俄羅斯一直大力發(fā)展儲氣庫建設，目前，俄羅斯天然氣消費總量約4 000×108m3［26］，其中儲氣庫供氣量約720×108m3［27］，約占供氣總量的18%，儲氣庫供氣量不能完全解決俄羅斯用氣不均問題，不能滿足俄羅斯戰(zhàn)略儲備需要，俄羅斯天然氣股份有限公司董事會副主席阿納年科夫說：“俄羅斯的儲氣庫在秋冬季節(jié)供氣過程中起到了至關重要的作用，如果沒有儲氣庫，俄羅斯天然氣供氣系統(tǒng)將難以維系，儲氣庫供氣量占總供氣量的22%～25%比較合適，該數(shù)量與俄羅斯天然氣出口量相當”［28］。2008年，俄羅斯制定了《2030年天然氣工業(yè)發(fā)展總體方案》，計劃到2030年，俄羅斯儲氣庫年供氣能力871×108m3，日供氣能力10.51×108m3［29］，該方案已經(jīng)實施了10年 ，這10年中，俄羅斯儲氣庫發(fā)展較快，由此判斷，2030年有望超額完成既定目標。

4.2 中俄合作展望

俄羅斯儲氣庫建設已經(jīng)長達半個多世紀，積累了豐富的經(jīng)驗，多年來，俄羅斯一直與周邊國家開展儲氣庫建設合作。1991年以來，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司在拉脫維亞境內(nèi)儲存天然氣，并參與了拉脫維亞因初康斯儲氣庫的重建和擴建［30］。1993年，俄羅斯與奧地利、德國、英國展開合作，在此基礎上，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司全俄天然氣研究所與德國建設并經(jīng)營西歐最大的列杰儲氣庫［31］。此后，俄羅斯與亞美尼亞、拉脫維亞、白俄羅斯、烏茲別克斯坦等國家展開一系列合作，保證其在鄰國的天然氣供應能力，其目標為在歐洲所建儲氣庫的供氣量不少于出口量的 5%［32］。

中國是天然氣需求大國，俄羅斯是天然氣出口大國，中俄是很好的戰(zhàn)略聯(lián)盟關系，隨著中國“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，中俄兩國已經(jīng)在多個領域開展合作，為中俄儲氣庫合作帶來新的機遇。多年來，俄羅斯先后與多個國家展開儲氣庫建設方面的合作，為中俄合作積累了經(jīng)驗，俄羅斯與中國合作的愿望越來越強烈，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司天然氣董事會成員、天然氣部門負責人阿克秀吉提出：“中國是天然氣需求大國，我們可以考慮和中國合作建設儲氣庫”［33］。由此看來，中俄在儲氣庫方面開展合作是可行的，可達到雙贏的效果。

5 結(jié)論及建議

（1）俄羅斯儲氣庫建設起步較早，20世紀50年代已經(jīng)完成了首批2套儲氣庫建設任務，走在了世界前列；60—80年代建設了12套儲氣庫，達到了儲氣庫建設頂峰，對其他國家儲氣庫建設起到了引領作用。

（2）俄羅斯已經(jīng)形成了比較完善的儲氣庫供氣體系，在用的22套儲氣庫的供氣比例達到18%，高于世界10%的平均水平；正在建設及規(guī)劃的6套儲氣庫使俄羅斯西部地區(qū)供氣系統(tǒng)更加完善；正在勘查的9套儲氣庫向西北部、東部發(fā)展，建成后將大大緩解俄羅斯西北部及遠東地區(qū)季節(jié)性供氣不均衡現(xiàn)象，俄羅斯儲氣庫供氣比例將進一步增加。

（3）俄羅斯形成了相對成熟的儲氣庫建設配套技術，該技術涵蓋了地質(zhì)建模、建造過程監(jiān)控、自動化監(jiān)控、后期診斷及修復、安全環(huán)保等儲氣庫全生命周期。

（4）與俄羅斯相比，中國儲氣庫建設起步較晚，在相關理論研究、儲氣庫建設、相關標準制定、運營模式等方面與俄羅斯有一定的差距。中國處于儲氣庫大發(fā)展階段，需要強大的技術支持，中俄之間存在著很大的互補性，建議中俄之間開展合作，取長補短，實現(xiàn)共贏。