建成地下“氣口袋”靠這些本領(lǐng)

　　近日，10位兩院院士和4位專家鑒定認(rèn)為，22個(gè)中石油天然氣儲(chǔ)氣庫建設(shè)總體處于國際先進(jìn)水平，在復(fù)雜地質(zhì)條件下儲(chǔ)氣庫的選址與建設(shè)技術(shù)國際領(lǐng)先。這就意味著，“在中國，通過建設(shè)更多儲(chǔ)氣庫調(diào)節(jié)‘氣荒’的技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)成熟，中國有能力建設(shè)更多難度更大的儲(chǔ)氣庫。”中石油西南油田分公司教授級(jí)高工馬新華說。

　　注得進(jìn)，評(píng)測(cè)模型找到精確“氣口袋”

　　地下儲(chǔ)氣庫是把天然氣注入地下圈閉或人造洞穴形成的一種儲(chǔ)氣場(chǎng)所，它往往選擇枯竭的油氣田作為“氣口袋”的居所。

　　中國工程院院士羅亞平在鑒定會(huì)上表示，我國儲(chǔ)氣庫的地質(zhì)資源特別匱乏，從上世紀(jì)勘探出133個(gè)儲(chǔ)氣庫地址，經(jīng)過三輪篩查只選定了22個(gè)。

　　目前，國內(nèi)建成的22個(gè)儲(chǔ)氣庫，埋深最深的達(dá)到5000米，相較于世界上90%儲(chǔ)氣庫都埋在小于2000米的地層，我國的平均深度要比它們?cè)偕?00米。“不是我們喜歡挑戰(zhàn)難度，而是中國的地質(zhì)條件太過復(fù)雜。”馬新華告訴科技日?qǐng)?bào)記者，我國已建儲(chǔ)氣庫多數(shù)為陸相沉積環(huán)境，地質(zhì)構(gòu)造破碎，如果將國外儲(chǔ)氣庫比作較完整的碗裝水，中國的儲(chǔ)氣庫就如一個(gè)已經(jīng)有很多裂紋的破碗，還需要裝很多水，不精細(xì)控制裝水量和裝水的壓力，怎么可能避免泄漏？

　　經(jīng)過17年儲(chǔ)氣庫建設(shè)與自主技術(shù)攻關(guān)，中石油創(chuàng)建了以儲(chǔ)氣庫地質(zhì)體為對(duì)象的評(píng)價(jià)方法——動(dòng)態(tài)密封性評(píng)價(jià)。通過對(duì)蓋層、斷層、托底層、儲(chǔ)藏層不同的力學(xué)模型分析，找到合適的儲(chǔ)氣庫選址或技術(shù)方案，通過對(duì)內(nèi)部氣流、水氣運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析，形成分區(qū)庫容設(shè)計(jì)、產(chǎn)能評(píng)價(jià)、注采井網(wǎng)部署等儲(chǔ)氣庫地質(zhì)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以保證“氣口袋”居所的合適與建設(shè)的科學(xué)。

　　存得住，新型材料填補(bǔ)地層“漏洞”

　　地下“氣口袋”實(shí)際就是枯竭氣藏，它們經(jīng)過長期開采，地層壓力最大降到原始?jí)毫Φ?0%，建庫鉆井過程中地層易漏、垮塌。而且，因?yàn)?ldquo;氣口袋”是在夏季集中注氣、冬季集中采氣，相比于在一年中勻速運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)氣井，儲(chǔ)氣庫井就是在變速運(yùn)輸。常規(guī)氣井的注采壓力是由高到低緩慢變化，儲(chǔ)氣庫井的注采壓力則是高低壓劇烈交叉變化，這就很容易讓夾在井管與底層之間的固井水泥在壓縮與膨脹間開裂，發(fā)生天然氣泄漏。這兩種情況都對(duì)天然氣的存儲(chǔ)提出挑戰(zhàn)。

　　2015年10月，美國洛杉磯西北阿里索峽谷儲(chǔ)氣庫就因固井管柱失效等原因，存儲(chǔ)的天然氣持續(xù)泄漏兩個(gè)月，峽谷內(nèi)釋放到空氣中的甲烷氣體已達(dá)10.7萬噸，事故初期每天的甲烷泄漏量造成的環(huán)境影響，相當(dāng)于20萬輛汽車一整年的二氧化碳排放量造成的溫室效應(yīng)。

　　為保證地層在建庫鉆井過程中的承壓能力，使裂紋較多的儲(chǔ)氣庫不外泄天然氣，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種復(fù)合凝膠堵漏材料，它是通過井管周圍空隙中壓力變化被擠進(jìn)漏縫中，吸附地層中的水氣以實(shí)現(xiàn)顆粒的變形和壓實(shí)，聚集成封堵帶保證鉆井不會(huì)因周圍壓力的變化而垮塌；項(xiàng)目組還針對(duì)水泥環(huán)壁裂變的情況，自主研發(fā)了兩套晶須納米材料類的高強(qiáng)低彈模韌性水泥漿，在中國西南儲(chǔ)氣庫——相國寺儲(chǔ)氣庫應(yīng)用中固井質(zhì)量合格率100%，實(shí)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度與耐溫和穩(wěn)固性上的領(lǐng)先。

　　采得出，大型裝備自己造

　　儲(chǔ)氣庫中天然氣的使用有個(gè)形象的名詞叫做“大吞大吐”，正常油氣田的運(yùn)行速率是全年容量的3%，儲(chǔ)氣庫的運(yùn)行速率半年要達(dá)到容量的50%。當(dāng)儲(chǔ)氣袋癟著肚子時(shí)，注氣輕而易舉；當(dāng)它快撐滿時(shí)，注氣壓力就變得“步履維艱”。馬新華給出一個(gè)數(shù)據(jù)——注氣到最后階段，井口的壓力將達(dá)到40兆帕，相當(dāng)于400多個(gè)大氣壓。

　　這樣的大氣壓強(qiáng)需要對(duì)應(yīng)地面高壓大流量的核心技術(shù)與裝備。針對(duì)儲(chǔ)氣庫地面裝置規(guī)模大、運(yùn)行工況復(fù)雜、注氣壓力高、采出氣介質(zhì)二氧化碳腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了儲(chǔ)氣庫地面注采核心技術(shù)和裝備，譬如與中國航天西安向陽航天材料股份有限公司研制了大口徑高鋼級(jí)雙金屬復(fù)合管，與不銹鋼純材相比成本降低60%，應(yīng)用于呼圖壁儲(chǔ)氣庫，經(jīng)濟(jì)有效地解決了大流量采氣管道二氧化碳腐蝕難題。

　　除此之外，項(xiàng)目組集成創(chuàng)新制造了大功率高壓注氣往復(fù)式壓縮機(jī)組，對(duì)照于美國Ariel壓縮機(jī)5816kW、41兆帕排氣壓、140萬立方米/日排氣量的性能指標(biāo)，國產(chǎn)設(shè)備的指標(biāo)達(dá)到6000kW、排氣壓力43兆帕、排氣量153萬立方米/日，優(yōu)于美國同類機(jī)型。 （記者 何 亮 瞿 劍）