鄒才能：你可知儲氣庫能源“安全底氣”？

　　編者按

　　2020年6月16日，由石油觀察智庫、上海期貨交易所、上海國際能源交易中心、上海石油天然氣交易中心和中國金融信息中心聯(lián)合主辦的在線直播節(jié)目【石油觀察空中會】第11講“船、罐、庫——新油氣儲備”順利開講，由中國科學(xué)院院士、中國石油勘探開發(fā)研究院副院長鄒才能主講。

　　中國天然氣工業(yè)跨越發(fā)展

　　天然氣是指賦存在地層中的烴類和非烴類氣態(tài)混合物，以CH4為主，含有少量CO2、H2S、N2等非烴類氣體，通常是油田伴生氣或氣層氣。天然氣無色、無味、無毒，易散發(fā)、熱值高，是良好的燃料和清潔的化石能源。天然氣也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制造氮肥、炭黑、化學(xué)藥品和液化石油氣等，合成乙烯、丙烷、丁烷等化工品。

　　1.天然氣與石油、煤炭、新能源“四分天下”

　　21世紀(jì)，隨著世界能源結(jié)構(gòu)的變化，煤炭發(fā)展進(jìn)入“轉(zhuǎn)型期”，石油發(fā)展邁入“穩(wěn)定期”，天然氣發(fā)展步入“鼎盛期”，新能源發(fā)展?jié)u入“黃金期”。在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油占比34%、天然氣占比24%、煤炭占比27%、新能源占比15%，形成“四分天下”的能源格局。

　　2.世界天然氣工業(yè)歷經(jīng)百年發(fā)展史

　　自1921年以來，世界天然氣工業(yè)歷經(jīng)了100年的發(fā)展史，主要有初始期、成長期、跨越期和革命期四個階段。全球天然氣產(chǎn)量快速增長，從1921年的200億方快速增長至2019年的4.11萬億方。特別是2006年以來，美國頁巖氣革命帶動了全球非常規(guī)天然氣的發(fā)展。

　　大氣田是全球天然氣產(chǎn)量快速增長的主要貢獻(xiàn)。2019年全球天然氣產(chǎn)量4.11萬億方，同比增長6%，超過近十年平均增速（2.7%）。全球探明剩余可采儲量205萬億方，儲采比51，近30年全球儲采比均維持在50以上。目前，全球共發(fā)現(xiàn)氣田約4400個。2019年，產(chǎn)量50億方以上氣田104個，總產(chǎn)量1.97萬億方，占全球產(chǎn)量的48%；產(chǎn)量10億方以上氣田327個，總產(chǎn)量2.51萬億方，占全球產(chǎn)量的61%。

　　大盆地在全球天然氣生產(chǎn)中擔(dān)當(dāng)大角色。全球前十大天然氣盆地探明可采儲量達(dá)106.9萬億方，占全球儲量的33%。波斯灣盆地、西西伯利亞盆地和阿姆河盆地是全球前三大天然氣盆地，儲量與資源量規(guī)模遠(yuǎn)超其它盆地。三大盆地探明可采儲量83.3萬億方，占全球儲量的26%，2019年產(chǎn)量9441億方，占全球產(chǎn)量的24%。

　　生產(chǎn)大國對全球天然氣產(chǎn)量增長的貢獻(xiàn)持續(xù)增強(qiáng)。世界十大產(chǎn)氣國天然氣產(chǎn)量份額逐年上升，2019年達(dá)71%。其中，美國和俄羅斯占全球產(chǎn)量的41%，中國產(chǎn)量為1762億方，占全球產(chǎn)量的4.3%，位列世界第六大產(chǎn)氣國。

　　儲運(yùn)技術(shù)進(jìn)步助推天然氣貿(mào)易全球化。液化天然氣（LNG）成套技術(shù)使天然氣遠(yuǎn)洋運(yùn)輸和全球貿(mào)易成為現(xiàn)實(shí)。2019年，世界天然氣管道貿(mào)易量8596億方、LNG貿(mào)易量4966億方。未來，LNG在天然氣工業(yè)中的市場份額將進(jìn)一步增加，LNG罐箱運(yùn)輸克服天然氣管網(wǎng)儲氣調(diào)峰能力不足等缺點(diǎn)，利用公路、鐵路等海陸通道實(shí)現(xiàn)“一罐到底”的多式聯(lián)運(yùn)，助力全球LNG物流模式升級，解決天然氣供應(yīng)“最后1公里”的難題。

　　本世紀(jì)中葉將進(jìn)入天然氣“鼎盛期”。據(jù)預(yù)測，2030年天然氣消費(fèi)量將超越煤炭，2040年將超越石油，成為向非化石能源發(fā)展路上最主要的能源，世界將在本世紀(jì)中葉進(jìn)入“天然氣時代”。2019年9月17日，第三十屆國際天然氣技術(shù)大會在西班牙巴塞羅那召開，提出了“天然氣是新能源共生共榮的最佳伙伴”，進(jìn)一步明確了天然氣在未來能源發(fā)展中的重要地位。

　　3.中國天然氣產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展

　　建國以來，我國天然氣工業(yè)取得了重大成就，實(shí)現(xiàn)了從解放初期的“一窮二白”到現(xiàn)在“能源科技強(qiáng)國與生產(chǎn)大國”的成功跨越。1949年，我國天然氣年產(chǎn)量僅0.1億方，2019年天然氣年產(chǎn)量1762億方，躍居世界第六大產(chǎn)氣國。70年來，中國天然氣工業(yè)經(jīng)歷了發(fā)展起步、緩慢增長、快速增長“三個跨越發(fā)展階段”，目前已初步形成天然氣“產(chǎn)運(yùn)儲銷”體系。

　　天然氣發(fā)展支撐“中國藍(lán)”

　　1.英國“氣代煤”戰(zhàn)略：大力發(fā)展天然氣

　　20世紀(jì)以來，氣候與環(huán)境問題逐漸受到關(guān)注。1952年12月，著名“倫敦大霧”事件導(dǎo)致4700多人因呼吸道疾病死亡，后又有8000多人死于非命，成為20世紀(jì)世界十大環(huán)境公害事件之一。其后，英國通過實(shí)施“氣代煤”戰(zhàn)略，制定了《英國能源改革法案》，強(qiáng)力保障政策落地，大幅減少煤炭使用，大力發(fā)展天然氣。50年間，英國煤炭消費(fèi)從1965年的1.3億噸油當(dāng)量降至2018年的760萬噸油當(dāng)量，煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比由65%降至4%。同時，清潔能源消費(fèi)量從2012年的517萬噸油當(dāng)量快速增長至2018年的1.2億噸油當(dāng)量，增長22倍。自此，英國從“霧霾時代”步入“藍(lán)天時代”。

　　2.天然氣工業(yè)助推“美麗中國”建設(shè)

　　2014年初，我國華北及中東部地區(qū)被霧霾籠罩，環(huán)境狀況與1952年的倫敦極其相似，不清潔的能源結(jié)構(gòu)是一部分原因。2018年，我國能源消費(fèi)總量26.4億噸油當(dāng)量，其中煤炭、石油、天然氣和新能源分別占比68%、7%、6%和19%，呈現(xiàn)“一大三小”特征。

　　黨的十八大報(bào)告指出：把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)各方面和全過程，努力建設(shè)美麗中國，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。在“綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”理念指導(dǎo)下，大力發(fā)展天然氣成為中國清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)過一系列治理措施，2019年北京空氣質(zhì)量PM2.5年均濃度為42μg/m3，全年重污染日僅4天，創(chuàng)2013年監(jiān)測以來最低值，效果顯著。

　　3.天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量快速增長

　　新世紀(jì)以來，我國天然氣消費(fèi)呈爆發(fā)式增長，從2000年的253億方到2019年突破3000億方，但與世界平均水平仍有差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國天然氣在一次能源消費(fèi)中占比僅為7.3%，遠(yuǎn)低于世界23.9%的平均水平；人均年用氣量僅為202方，不足世界平均484方的50%，更是低于美國（2270方/年/人）、俄羅斯（2970方/年/人）等國家。據(jù)預(yù)測，2035年我國天然氣市場需求量將達(dá)7000億方，對外依存度或?qū)⑼黄?0%。

　　4.中國天然氣供應(yīng)安全面臨“四大挑戰(zhàn)”

　　一是進(jìn)口通道受制于人，進(jìn)口氣可能因多種因素發(fā)生不定期減供；二是消費(fèi)市場與資源地距離遠(yuǎn)，我國主要天然氣消費(fèi)在東部沿海，而主力氣區(qū)遠(yuǎn)在中西部，穿越地貌復(fù)雜地區(qū)，存在中斷風(fēng)險(xiǎn)；三是極端天氣頻繁出現(xiàn)，如2004年、2008年、2017年極寒天氣和2009冰雪災(zāi)害等，用氣量陡增，短期天然氣供應(yīng)不足；四是儲氣調(diào)峰能力不足，季節(jié)峰谷差大，面臨夏季無處存儲、冬季難以增供的困局。

　　地下儲氣庫保民生保安全

　　儲氣庫是天然氣工業(yè)“產(chǎn)供儲銷”體系中的重要環(huán)節(jié)，其作用不可替代。2020年4月，因疫情導(dǎo)致全球油氣消費(fèi)量下降，到港油氣無處儲存，約1650萬噸LNG因無法接收而被迫“浮動儲存”于海上，儲氣庫將大有作為。

　　1.地下儲氣庫：天然氣工業(yè)的“糧倉”和“銀行”

　　早在上世紀(jì)50年代，美國和國際天然氣聯(lián)盟（IGU）先后提出地下儲氣庫的定義。美國認(rèn)為，地下儲氣庫是用具有密閉蓋層的地下鹽丘或枯竭油氣藏儲存天然氣，供后續(xù)使用。國際天然氣聯(lián)盟認(rèn)為，地下儲氣庫是用來注入和采出地下儲存天然氣的地下和地面設(shè)施。中國地下儲氣庫研究始于1998年，時任中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院副院長的馬新華教授，組建了我國第一支地下儲氣庫攻關(guān)研究團(tuán)隊(duì)。在馬新華教授的帶領(lǐng)下，中國儲氣庫科技工作者出版了國內(nèi)第一本儲氣庫綜合性專著《中國天然氣地下儲氣庫》，首次明確提出了適合我國特點(diǎn)的地下儲氣庫定義：地下儲氣庫是將天然氣重新注入天然或人工的地下構(gòu)造中，形成的一種人工氣田或氣藏。

　　地下儲氣庫包括氣藏型、含水層型、鹽穴型、礦坑型四種類型，具有季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急保供、戰(zhàn)略儲備和市場調(diào)節(jié)四大功能，可以在極寒天氣保溫暖、極端條件保安全、減供期間保生產(chǎn)，發(fā)揮了保民生、保安全等重要作用。2017年，我國北方地區(qū)遭遇極寒天氣，中亞進(jìn)口氣突發(fā)減供，儲氣庫在關(guān)鍵時刻快速增加應(yīng)急供氣2000～5000萬方，為千家萬戶帶來了溫暖。“俄烏斗氣”危機(jī)中，烏克蘭利用350億方地下儲氣庫儲備能力，多次成功化解斷供危機(jī)，保證了極端條件下的天然氣供應(yīng)安全。2020年疫情期間，我國天然氣需求驟減，管道壓力陡增，儲氣庫發(fā)揮應(yīng)急儲氣作用，日均注氣2000萬方，保障了氣田的平穩(wěn)生產(chǎn)，確保了進(jìn)口購氣合同正常履約。

　　2.世界儲氣庫工業(yè)已有百年發(fā)展史

　　自1915年全球建成第一座儲氣庫以來，儲氣庫已走過百年發(fā)展史。總體來看，發(fā)展歷程主要分為三個階段：一是發(fā)展初期，主要部署在重點(diǎn)消費(fèi)市場區(qū)、進(jìn)口氣管道沿線；二是快速發(fā)展期，主要部署在重點(diǎn)消費(fèi)市場區(qū)，兼顧戰(zhàn)略儲備；三是平穩(wěn)發(fā)展期，與天然氣產(chǎn)區(qū)、市場、管網(wǎng)協(xié)調(diào)配套。

　　目前，全球共有地下儲氣庫近700座，工作氣量超4000億方，占天然氣消費(fèi)總量12%，主要分布在北美、歐盟、獨(dú)聯(lián)體三大地區(qū)。其中，美國近400座，工作氣量超1300億方；俄羅斯20余座，工作氣量超700億方；歐盟近150座，工作氣量超1000億方。從儲氣庫類型來看，氣藏型儲氣庫是建設(shè)主體，工作氣量超3000億方，約占全球總工作氣量的80%，采氣能力近50億方/天，約占全球采氣能力的60%。

　　世界最大氣藏型儲氣庫（Severo-Stavropolskoe）位于俄羅斯，于1979年建成投產(chǎn)，工作氣量240億方，最大注氣能力1.48億方/天，最大采氣能力1.66億方/天。世界最大含水層型儲氣庫（Kasimovskoe）位于俄羅斯，庫容220億方，工作氣量120億方，最大采氣量1億方/天。世界最大鹽穴型儲氣庫（Etzel）位于德國，包括鹽腔51個，總工作氣量45億方，最大采氣能力1.2億方/天。

　　3.中國儲氣庫工業(yè)面臨“四大挑戰(zhàn)”

　　國外以淺層簡單構(gòu)造、高滲氣藏為主的建庫理論和技術(shù)已基本成熟。但中國地質(zhì)條件獨(dú)特、復(fù)雜，建庫對象以中深層復(fù)雜斷塊、非均質(zhì)低滲氣藏為主，國外建庫理論和技術(shù)無法滿足需求，我國復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫建設(shè)是世界級難題。

　　我國儲氣庫建設(shè)主要面臨四大挑戰(zhàn)：一是選址無理論，利用復(fù)雜氣藏建設(shè)儲氣庫，必須解決密封問題，建立評價指標(biāo)體系，否則將面臨無庫可選的困局；二是設(shè)計(jì)無方法，國外設(shè)計(jì)方法不適用于我國復(fù)雜儲層建庫，必須攻克短期高速注采滲流機(jī)理，提高設(shè)計(jì)精度；三是建庫無技術(shù)，深層鉆井、固井技術(shù)存在瓶頸，地面核心裝備依賴進(jìn)口；四是安全風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)“點(diǎn)多面廣”的特點(diǎn)，識別定位管控難?？梢哉f，在我國復(fù)雜的地質(zhì)條件下，建成一座儲氣庫的難度是尋找一個氣田的數(shù)倍。

　　4.我國復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫四大理論技術(shù)創(chuàng)新

　　1998年，原中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院組建了全國首個儲氣庫研究項(xiàng)目組，拉開了我國地下儲氣庫研究的序幕。中國石油集團(tuán)公司在2005年正式成立儲氣庫研究中心，2013年建成儲氣庫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2017年成立儲氣庫分公司，2019年成立儲氣庫專標(biāo)委和儲氣庫評估中心，為我國儲氣庫研究與建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

　　自2000年以來，馬新華教授帶領(lǐng)中國儲氣庫科研團(tuán)隊(duì)，依托國家課題和中國石油集團(tuán)公司重大專項(xiàng)，組織24家“產(chǎn)學(xué)研用”單位，針對“四大挑戰(zhàn)”，圍繞選址、設(shè)計(jì)、建設(shè)和安全運(yùn)行，不斷開展復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)地下儲氣庫基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和核心裝備研發(fā)，開創(chuàng)了復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫理論技術(shù)體系。

　　在馬新華科研團(tuán)隊(duì)持續(xù)20年攻關(guān)下，創(chuàng)新了我國復(fù)雜地質(zhì)儲氣庫“四大理論技術(shù)”：一是儲氣庫選址評價地質(zhì)理論，創(chuàng)建了復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫選址評價理論和技術(shù)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜斷塊儲氣庫科學(xué)選址，在全國范圍內(nèi)優(yōu)選儲庫58座，調(diào)峰潛力達(dá)1000億方；二是復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，創(chuàng)建了復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫高速注采滲流理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，庫容設(shè)計(jì)精度和工作氣利用率提高了15%以上；三是創(chuàng)建了復(fù)雜儲氣庫工程建設(shè)技術(shù)，研發(fā)了核心裝備，實(shí)現(xiàn)了世界最深儲氣庫成功固井，研制出我國首臺高壓高轉(zhuǎn)速往復(fù)式注氣壓縮機(jī)組，解決了核心裝備依賴進(jìn)口的“巨大”難題；四是儲氣庫安全運(yùn)行管控技術(shù)，構(gòu)建了地質(zhì)體-井筒-地面“三位一體”的儲氣庫風(fēng)險(xiǎn)管控體系，確保儲氣庫“零事故”安全運(yùn)行20年。“四大理論技術(shù)”改變了我國儲氣庫“選址無理論、設(shè)計(jì)無方法、建設(shè)無技術(shù)、管控?zé)o手段”的困局，引領(lǐng)了世界復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫技術(shù)的發(fā)展，總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為中國地下儲氣庫大規(guī)模建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

　　5.建成儲氣庫27座，調(diào)峰能力超百億方

　　近年來，我國儲氣庫建設(shè)取得了重大成就。2000年，在天津大港建成我國第一座商業(yè)儲氣庫——大張坨儲氣庫；2007年，在江蘇金壇建成我國第一座鹽穴儲氣庫——金壇儲氣庫；2013年，在新疆昌吉建成亞洲最大氣藏型儲氣庫——呼圖壁儲氣庫；2014年，在河北廊坊建成世界最深氣藏儲氣庫——蘇橋儲氣庫。截至2019年，我國已建成儲氣庫27座。其中，中石油23座，中石化3座，港華燃?xì)?座。年調(diào)峰能力130億方，結(jié)束了我國“有氣無庫”的歷史，地下儲氣庫在歷年調(diào)峰保供中發(fā)揮了主體作用，支撐了我國東北、西北、西南一批枯竭氣田改建成地下儲氣庫，為資源型城市轉(zhuǎn)型升級提供了新的增長點(diǎn)。

　　6.建設(shè)千億方級儲備能力是國家能源安全戰(zhàn)略

　　2018年，國家發(fā)改委出臺了《關(guān)于加快儲氣設(shè)施建設(shè)和完善儲氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場機(jī)制的意見》，要求供氣企業(yè)、燃?xì)馄髽I(yè)和地方政府在2020年建成不低于年消費(fèi)量10%、5%和3天的調(diào)峰儲備能力。2020年，政府兩會工作報(bào)告進(jìn)一步要求推動煤炭清潔高效利用，發(fā)展可再生能源，完善石油、天然氣、電力產(chǎn)供銷體系，提升能源儲備能力。未來，我國儲氣庫建設(shè)將按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施，政企并舉、共同發(fā)展，調(diào)峰為主、戰(zhàn)略為輔，氣藏為主、其余為輔”的總體發(fā)展思路，逐步建成1000億方調(diào)峰能力。

　　地下儲氣庫是天然氣工業(yè)的“糧倉”和“銀行”，在天然氣“產(chǎn)供儲銷”體系中不可或缺，在應(yīng)對突發(fā)供氣短缺事件中作用不可替代。四大復(fù)雜地質(zhì)條件儲氣庫理論技術(shù)創(chuàng)新，助推中國儲氣庫高效建設(shè)與安全運(yùn)行，有力支撐了我國地下儲氣庫大規(guī)模建設(shè)，結(jié)束了我國“有氣無庫”的歷史。未來千億方級儲氣能力建設(shè)，將大幅提升能源儲備能力，為中華民族偉大復(fù)興夯實(shí)國家能源“安全底氣”。（鄒才能　工學(xué)博士，中國科學(xué)院院士，石油天然氣地質(zhì)學(xué)家，非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)理論奠基人與能源戰(zhàn)略研究科學(xué)家?，F(xiàn)任中國石油勘探開發(fā)研究院副院長、國家油氣戰(zhàn)略研究中心常務(wù)副主任、國家能源頁巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心主任、中國石油儲氣庫庫容評估中心主任等。）