巴金紅 ，康延鵬，姜海濤，周冬林，焦雨佳，李銳敏，任眾鑫，齊得山，井 崗，閆鳳林

（1.中國石油天然氣股份有限公司鹽穴儲(chǔ)氣庫技術(shù)研究中心，江蘇鎮(zhèn)江 212002；2.中國石油西氣東輸管道公司，江蘇南京 210000）

與其他類型的儲(chǔ)氣庫相比，鹽穴儲(chǔ)氣庫具有以下特點(diǎn)：（1）單個(gè)的鹽腔即可實(shí)現(xiàn)注采氣功能，因此氣庫可以邊建設(shè)邊投產(chǎn)，單個(gè)鹽腔在完成注氣排鹵后即可發(fā)揮注采氣作用；（2）鹽穴儲(chǔ)氣庫墊底氣占庫容的比例較低，為庫容的三分之一左右，最高時(shí)為油氣藏型儲(chǔ)氣庫墊底氣占比的一半左右，墊底氣投資相對較低并且在必要時(shí)鹽穴儲(chǔ)氣庫墊底氣可以完全回收；（3）鹽穴儲(chǔ)氣庫可以實(shí)現(xiàn)一年多周期注采，平衡期非常短甚至可以說不存在平衡期，金壇儲(chǔ)氣庫從注氣切換到采氣狀態(tài)最快只需要3 h，年度內(nèi)的注采氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)的工作氣量；（4）鹽穴儲(chǔ)氣庫的存儲(chǔ)空間均為獨(dú)立的單個(gè)鹽腔，能夠成為單個(gè)鹽腔的前提是腔體的密封性能完好，包括鹽層和夾層。因此，鹽穴儲(chǔ)氣庫鹽腔幾乎不存在傳統(tǒng)意義上的天然氣損耗，天然氣的損耗僅僅發(fā)生在地面管線輸送過程中并且很低；（5）與油氣藏等儲(chǔ)氣庫相比，鹽穴儲(chǔ)氣庫注采氣通道更為連續(xù)通暢，從鹽腔到井下管柱構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，單個(gè)鹽腔注采氣能力大并且采氣能力不存在采氣末期逐步衰減的現(xiàn)象[1]。

雖然鹽穴儲(chǔ)氣庫具有其他地下儲(chǔ)氣庫不具備的眾多優(yōu)點(diǎn)，但是鹽穴儲(chǔ)氣庫無論是在國外還是國內(nèi)具備的規(guī)模都非常小、占比都非常低。鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)構(gòu)想最早是由德國人在1916 年提出的，1959 年蘇聯(lián)建成了世界第一個(gè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫。隨后，歐美等國家相繼開啟了鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)征程，在20 世紀(jì)70～80 年代達(dá)到建設(shè)高峰期。截至目前，全世界共有100 多座鹽穴地下儲(chǔ)氣庫，工作氣量達(dá)到360×108m3左右，只占到全世界地下儲(chǔ)氣庫工作氣量的9 %左右[1]。

中國的鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)從2000 年左右開始，也是從中石油的江蘇金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)開始的，到現(xiàn)在將近有20 年的發(fā)展歷程。截至目前，有且僅有江蘇金壇地區(qū)開展了鹽穴地下儲(chǔ)氣庫工程建設(shè)并且形成一定的庫容和工作氣量，包括中石油金壇儲(chǔ)氣庫、中石化金壇儲(chǔ)氣庫、港華金壇儲(chǔ)氣庫。中石油金壇儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)庫容26×108m3、工作氣量17×108m3，形成庫容10×108m3、工作氣量7×108m3；中石化金壇儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)庫容11.79×108m3、工作氣量7.23×108m3，形成庫容1×108m3、工作氣量0.6×108m3；港華金壇儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)庫容10×108m3、工作氣量6×108m3，形成庫容1.5×108m3、工作氣量0.88×108m3。國內(nèi)三座鹽穴地下儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)總庫容47.8×108m3、總工作氣量30.23×108m3，形成總庫容12.5×108m3、總工作氣量8.48×108m3，僅占全國地下儲(chǔ)氣庫工作氣量的7 %左右。

究其原因，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）國外鹽穴儲(chǔ)氣庫的建庫地質(zhì)條件雖然總體上相對國內(nèi)較好，很多都是在鹽丘中建設(shè)的并且有些鹽穴儲(chǔ)氣庫臨近海邊、具有得天獨(dú)厚的鹵水排放渠道可以大大加快鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)速度、縮短建設(shè)周期，但是鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)成本還是相對較高。據(jù)一些統(tǒng)計(jì)資料顯示，國外鹽穴地下儲(chǔ)氣庫單方工作氣投資能夠達(dá)到油氣藏型地下儲(chǔ)氣庫的3～8 倍；（2）國內(nèi)雖然鹽礦資源豐富，但是適合建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫的并不多。通過對中國地下鹽礦特征及鹽穴建庫地質(zhì)評價(jià)研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)含鹽系地層基本為陸相沉積，鹽類物質(zhì)由地表水或地下水?dāng)y帶進(jìn)入內(nèi)陸盆地蒸發(fā)沉積形成礦床，普遍存在礦層層數(shù)多、單層厚度薄、累積厚度薄以及夾層多等特征，以層狀巖鹽為主。另外，還有些巖鹽埋深較深，有的埋深能夠達(dá)到數(shù)千米。不利的地質(zhì)條件導(dǎo)致很多地方不具備建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫的條件，即使具備建設(shè)條件也會(huì)大大增加投資，經(jīng)濟(jì)效益較差；（3）儲(chǔ)氣庫投資效益回收通道尚未建立、市場機(jī)制暫未形成是儲(chǔ)氣庫建設(shè)速度緩慢的又一重要影響因素，油氣藏型儲(chǔ)氣庫大都?xì)w屬于中石油、中石化，在未形成價(jià)格機(jī)制以前可以通過與管道綁定、在管輸費(fèi)中體現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)一定儲(chǔ)氣費(fèi)價(jià)值，而鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)由于礦權(quán)歸屬地方鹽礦的原因，今后將主要依賴地方政府、鹽礦、燃?xì)夤境袚?dān)建設(shè)，投資回收渠道不明、價(jià)格市場機(jī)制未形成對地方政府、鹽礦以及燃?xì)夤镜耐顿Y積極性產(chǎn)生極大影響，大大延緩了鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)步伐，也降低了鹽穴儲(chǔ)氣庫在國內(nèi)儲(chǔ)氣庫中的占比，隨著近期國家關(guān)于調(diào)峰儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)各項(xiàng)配套政策的推進(jìn)與落地，這種情況將很快得到改善。

為此，不斷優(yōu)化鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)工藝設(shè)計(jì)、創(chuàng)新鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)思路、探索鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)新工藝新技術(shù)以及研究與儲(chǔ)氣庫商業(yè)化運(yùn)營配套的各項(xiàng)政策與機(jī)制，從而加快鹽穴建設(shè)周期、降低鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)投資、提高各方建設(shè)鹽穴地下儲(chǔ)氣庫的積極性，是推動(dòng)國內(nèi)鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)邁向新臺(tái)階的重要舉措。國內(nèi)井礦鹽開采歷史悠久，在采鹵制鹽的過程中形成了大量的老腔閑置，老腔利用即是一個(gè)既能加快鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)周期，又能降低鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)成本的最有效的途徑。

1 老腔利用現(xiàn)狀

圖1 金壇鹽礦采鹵制鹽形成的老腔分布圖（2005 年）

1.1 單井單腔老腔

單井單腔類型老腔改造利用是伴隨著原中石油金壇儲(chǔ)氣庫的建設(shè)開始的，原中石油金壇儲(chǔ)氣庫位于江蘇省常州市金壇區(qū)直溪鎮(zhèn)金壇鹽礦，金壇鹽礦礦區(qū)面積60.5 km2，礦石儲(chǔ)量162.42×108t，氯化鈉儲(chǔ)量125.38×108t，鹽盆有茅興礦、茅溪礦、趙家棚礦、新金冠礦、崗龍礦5 個(gè)鹽業(yè)開采礦區(qū)，礦權(quán)均歸屬于中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，年生產(chǎn)規(guī)模約為300×104t。1988 年第一口鹽井-茅1 井開始采鹽，到現(xiàn)在積累了大量的老腔。2005 年，中石油在對金壇鹽礦老腔全面調(diào)研的基礎(chǔ)上，制定了一整套老腔篩選評價(jià)利用的程序?qū)饓}礦43 口老腔進(jìn)行了逐一篩選（見圖1），最終選擇6 口老腔進(jìn)行了改造利用（其中5 口投入注采氣生產(chǎn)、1 口作為觀察井使用），形成腔體凈體積共計(jì)72×104m3左右，庫容大約8 900×104m3，工作氣約5 000×104m3。2012 年，金壇港華燃?xì)夤驹俅卫弥宣}老腔三個(gè)，形成腔體體積50×104m3，庫容7 000×104m3，工作氣4 000×104m3。目前，中鹽正在對其他老腔進(jìn)行篩選評價(jià)，計(jì)劃繼續(xù)改造利用老腔。

單井單腔類型老腔改造利用的關(guān)鍵技術(shù)路線是：（1）篩選。從地質(zhì)條件來看，需具備良好的蓋層、鄰近斷層及裂縫發(fā)育少、規(guī)模小等；從腔體條件來看，需具備一定的腔體體積以滿足經(jīng)濟(jì)性要求、與鄰近腔體之間滿足安全礦柱要求、腔體之間無串通、具備一定厚度頂板；從地面條件來看，井口與周圍建筑物等滿足安全距離要求。（2）評價(jià)。包括密封性評價(jià)和穩(wěn)定性評價(jià)。（3）改造。對老腔原有井筒進(jìn)行套銑，按照儲(chǔ)氣庫標(biāo)準(zhǔn)重新下入完井管柱。

1.2 對接連通老腔

國內(nèi)鹽礦資源豐富，塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地、江漢盆地等地方都有儲(chǔ)量豐富的鹽礦資源。但是，采取金壇鹽礦單井單腔的方式進(jìn)行采鹵制鹽的鹽礦非常少，有些鹽礦早期有些零散的單井單腔，現(xiàn)在都普遍采用對井連通方式進(jìn)行開采，并且以定向水平對接連通井的開采方式為主（見圖2）。對井連通開采主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）經(jīng)過較短建槽期就可以返出高濃度鹵水；（2）產(chǎn)能大幅提高，一組水平對接井產(chǎn)能是一對直井產(chǎn)能的2～4 倍；（3）井下事故極少，鹵水井生產(chǎn)修井處理費(fèi)用大幅降低；（4）自下而上逐層開采，服務(wù)年限較長；（5）最大限度利用礦區(qū)巖鹽資源，采收率較高，經(jīng)濟(jì)效益較好[2，3]。

2017 年，原中石油金壇儲(chǔ)氣庫在江蘇淮安開展了對接連通老腔改造利用工程試驗(yàn)研究。首先通過對鹽礦歷史采鹵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析初步篩選出體積較大并且頂板未被溶蝕的對接連通老腔，然后通過修井和測井進(jìn)一步篩選出井筒條件較好、便于后續(xù)聲吶儀器下入進(jìn)行聲吶檢測的對接連通老腔，最后進(jìn)行聲吶檢測確定腔體的體積與形狀[4]。由于定向水平對接連通井井距較大，當(dāng)從其中一口井注水、另一口井采鹵時(shí)，鹵水在流經(jīng)定向水平通道前或者一部分后就達(dá)到飽和。因此，在開采初期，溶蝕只發(fā)生在兩口井周圍40 m～50 m 范圍，水平連接通道幾乎無法被溶蝕，在后續(xù)的開采過程中也一直如此，而兩口井分別由于不溶物沉渣導(dǎo)致腔體底部逐步抬升。因此，對接連通的兩口井的聲吶檢測結(jié)果是只檢測出直井和定向井井眼周圍、距離鉆井初始井底200 m 處的腔體的體積與形狀（見圖3、圖4），也再次驗(yàn)證了對接連通井井距較大時(shí)，兩口井之間的連通通道幾乎不被溶蝕，鹽礦企業(yè)最初設(shè)想通過水平對接連通實(shí)現(xiàn)自下而上分層開采、最大程度利用礦區(qū)巖鹽資源的想法無法實(shí)現(xiàn)，需要找到井距的臨界值從而優(yōu)化鉆井實(shí)施。

對接連通老腔的改造利用暫時(shí)還沒有完整的工程實(shí)踐案例，但是改造利用的思路已經(jīng)基本清晰，除應(yīng)用單井單腔老腔篩選評價(jià)及改造利用技術(shù)之外，需要重點(diǎn)考慮的是注氣排鹵工藝。目前大致上有這么幾種方案：在兩口對接連通老腔之間再鉆一口新井與水平連通通道相連，如果鉆井過程中井眼與水平通道有一定的偏差，可以對新井溶蝕一段時(shí)間使之與水平通道相連，然后從兩口老腔同時(shí)注氣，重新鉆井排鹵[1]；對原有的兩口對接連通老腔直接進(jìn)行套銑，分別進(jìn)行注氣排鹵；封堵原有兩口老腔，分別鉆兩口新井與兩口老腔連通，進(jìn)行注氣排鹵[5-9]。方案可以根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比取舍。

2 老腔利用發(fā)展方向

圖2 鹽礦對接連通開采方式示意圖

圖3 鹽礦對接連通井組三維形態(tài)示意圖（正視圖）

圖4 鹽礦對接連通井組三維形態(tài)示意圖（俯視圖）

國內(nèi)鹽礦資源豐富，巖鹽開采歷史悠久，分布有大量的井礦鹽開采企業(yè)，經(jīng)過幾十年的開采已經(jīng)形成大量的老腔。經(jīng)過初步統(tǒng)計(jì)，僅江蘇淮安、江蘇楚州、江蘇定遠(yuǎn)、江蘇泰安、江蘇豐縣、湖北應(yīng)城、湖北云夢、平頂山葉縣、平頂山舞陽、云南安寧、江西樟樹等地就有500 口以上老腔。老腔是加快鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)步伐、降低鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)投資、提高鹽穴儲(chǔ)氣庫經(jīng)濟(jì)效益的最直接最有效的途徑，如果國內(nèi)鹽礦采鹽形成的老腔能夠得到充分利用，按照1 口井保守10×104m3計(jì)算，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)形成5 000×104m3腔體體積，原中石油金壇儲(chǔ)氣庫全部建成形成腔體體積1 340×104m3，已有老腔的體積將近5 個(gè)金壇儲(chǔ)氣庫。但是，國內(nèi)老腔改造利用成功的只有金壇的10 口老腔，主要原因是國內(nèi)很多老腔由于開采時(shí)間較長、鹽礦企業(yè)追求資源的最大化利用等原因，很多老腔之間都已經(jīng)串通，甚至連成一片（見圖5），有的是幾個(gè)單井單腔連通、有的是壓裂連通、有的是水平對接連通后開采過程中再與其他井相連通，無法像金壇鹽礦的單井單腔那樣改造利用。但是，類比于油氣藏或者水層儲(chǔ)氣庫，他們有個(gè)共同點(diǎn)：在既定的某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)，整體上是圈閉的。不同的是：油氣藏儲(chǔ)氣庫是由油氣藏改建而來，在改建前已經(jīng)知道具備良好的密封性，不需要進(jìn)一步探索；而連通的腔群雖然在剛開始還是獨(dú)立的單井或者對接井時(shí)是密封性能良好的，但是在后續(xù)的溶蝕過程中發(fā)生了變化，需要進(jìn)一步研究，只要區(qū)域范圍內(nèi)不存在大的斷層或者發(fā)育的裂縫等就有極大的可利用性。因此，國內(nèi)老腔利用需要進(jìn)一步向著腔群整體利用的方向發(fā)展，開展相關(guān)理論研究及現(xiàn)場工程試驗(yàn)研究。

圖5 鹽礦腔群連通示意圖

3 結(jié)論

（1）鹽穴儲(chǔ)氣庫具有注采切換靈活、可實(shí)現(xiàn)多周期注采、單井吞吐量大、墊底氣可完全回收以及可邊建設(shè)邊投產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該加快鹽穴儲(chǔ)氣庫的建設(shè)步伐，尤其是配套機(jī)制及政策的落地，對于鹽穴儲(chǔ)氣庫在地方政府、鹽礦以及燃?xì)夤景l(fā)揮季度調(diào)峰、月度調(diào)峰甚至日調(diào)峰有重要意義。

（2）國內(nèi)鹽礦資源豐富、鹽礦企業(yè)眾多、鹽礦資源開采歷史悠久，形成了大量的老腔，國內(nèi)已經(jīng)成功改造利用單井單腔老腔近10 余口，同時(shí)也對對接連通老腔開展了部分工程試驗(yàn)研究，為國內(nèi)老腔改建鹽穴地下儲(chǔ)氣庫奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）國內(nèi)老腔改造利用還處于起步階段，要想利用老腔加快鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)步伐、提高鹽穴儲(chǔ)氣庫在國內(nèi)儲(chǔ)氣庫中的占比，腔群改造利用是老腔改造利用的下步發(fā)展方向，需要深入開展相關(guān)理論研究及工程試驗(yàn)研究。