倪海龙

　　

　　

　　当今世界，能源问题已经成为所有国家的发展咽喉，只有保证能源供应的畅通无阻才可能保证经济、社会发展的持续稳定。

　　为保国之发展命脉，有人踏上荒漠孤地，有人深入茫茫戈壁，有人驶入怒海狂波，有人……当源源不断的地下天然气和“黑色血液”喷薄而出，如何妥善将其保存，用行舍藏？同样事关经济、社会稳定。

　　作为清洁能源的天然气在我国的一次能源消费结构中快速增长，根据预测，到2030年，天然气消费量将突破5000亿立方米。而与此同时，用气高峰背后，面临的是巨大的削峰填谷压力和世界各国在天然气能源上的博弈。

　　天然气夏季用量少，管道负荷增大；冬季用量大，仅靠管道和气田难以满足高峰月用气需求。如何实现冬春之交天然气“调峰保供”，保国之经济、民之生活所需？作为油气进口大国之一，在世界天然气争端频发的情况下，面对未来可能发生的能源之战，我们是否已经做好储气战略准备？

　　储为国计，备为民生，气安天下。万家灯火背后，总有人在负重前行。这，就是中国地下储气库建设者们历20年风霜雨雪，持续攻关的意义所在。

　　

使命在身，肩挑重任 

　　什么是气藏型地下储气库？不就是找个地方把气装进去么？这有什么难度？它对国家和百姓有着怎样的作用？对很多普通老百姓来说，他们或许会有一系列的疑问。但对专业人员来说，他们深知这背后需要面临的是一系列的世界级难题。

　　气藏型地下储气库是一种将天然气注入已开发到一定程度的原生储气构造进行储存的储气空间。它由以原生储气构造及其盖层、断层、监测层等组成的储气地质体，用于实现天然气注入与采出的注采气管柱，以及实现注入与采出天然气处理与输送的地面设施组成，具有季节调峰、事故应急供气、国家能源战略储备、平衡冬夏用气峰谷差等功能，是应对突发供气短缺的战略性基础设施和保证安全平稳供气的重大民生工程。

　　气藏型地下储气库因其作用被人形象地称为“天然气粮仓”，夏天丰收时存起来，冬天需要时开仓提取。但与一般的粮仓不同，它对仓库空间的大小、存取“粮食”的速度、密封性能等要求要高很多，需要储气库专家们在地下找到“天生丽质”的构造，确保“粮仓”的储存空间大、气质优良、密封性好、孔渗条件好，才能保障里面的“粮食”充足、安全、稳定。到了用气高峰，供气紧张，气源量不足，供暖温度不够，或者是气源中断、管网出现技术故障时，通过采集、脱水、增压、降温、祛除杂质等多道工序，将“粮仓”里的天然气变成“温顺”而又“充实”的“出库之气”及时输送，让厂矿企业正常运营，让千家万户百姓温暖过冬。从保证国计民生的重要性上来说，地下储气库被称为“天然气调峰保供的杀手锏”和“国家能源安全保障的重要保护神”。

　　气藏型地下储气库储气规模大、成本低，是世界最主要的储气方式。早在1915年，加拿大就开始使用储气库了，他们在建库技术、运营管理模式、法律法规等方面都处于世界领先水平。美国是天然气生产和消费大国，他们的天然气储备规模很大。据统计，目前美国本土48个州内有394座储气库，总库容量现已达到2200亿立方米，有效工作气量为1361亿立方米。现在，世界许多国家都越来越重视天然气的储备问题。

　　与国外相比，我国的地下储气库发展相对较晚。20世纪70年代末，中国第一次尝试用废弃气藏建设储气库，直到20世纪90年代以前，相关工作还长期处于停滞阶段，天然气“产供储销”体系不健全。改变落后局面，犹如箭在弦上，不得不发。

　　虽然意义重大，但对我们国家来说，要扭转局势，并非易事。

　　据了解，与国外储气库普遍构造简单、储层高渗、埋深小于1500米相比，中国建库主体为复杂断块气藏，构造破碎、储层低渗、非均质性强、流体复杂、埋藏深。“如果把地台比作一个盘子的话，中国的地台就是一个布满密密麻麻裂缝的盘子，而俄罗斯、北美的地台却非常完整。”复杂地质条件给气藏型储气库的选址、设计、建设、运行带来一系列巨大的理论技术挑战：如复杂断块动态密封评价没有理论指导；国外方法设计无法实现；缺乏适用的工程建设技术和装备……一面是国家对气藏型储气库的重大战略需要，一面是众多无法逃避的先天不足。20世纪90年代末，当中国地下储气库建设者笃定要突破中国气藏型地下储气库技术诸多瓶颈，将这一使命责任扛在肩上时，就没想过要在困难前退缩。他们能做的，唯有直面不足，迎难而上。

　　从一开始，他们没有任何实践经验，经过多次国外调研、咨询，走上模仿借鉴之路，通过引进、吸收再结合中国实际情况，最终确定了将大港油田大张坨作为开发凝析气藏的第一座储气库。中国地下储气库建设在艰难中迈开探索的步伐。

　　随着21世纪初中国天然气储量、产量迅速增长，重大天然气管道工程不断开工建设并投入运行，尤其是陕京二、三线，西气东输一、二、三线，中缅管线等输气管道的建设运行，中国地下储气库的建设也在不断探索实践中得到了飞速的发展，接连在选址研究、工程建设、注采运行、运行管理等方面取得重大进展。与此同时，不同类型储气库建库的技术攻关也屡获突破：长三角地区启动建设我国第一座盐穴型储气库——金坛储气库，以京津冀为中心，陆续建成投产了板中北、京58等9座气藏型储气库。之后中国的地下储气库建设迎来了迅猛突破期：呼图壁、相国寺、双6等16座高水平的储气库先后建成并投入使用，调峰覆盖10余省市，为2亿居民生活用气提供了巨大的保障……截至目前，中国共建成27座储气库，每年冬季可供应超过100亿立方米天然气。简单来说我们的储气规模已经够一个三口之家用上一亿年。艰难困苦玉汝于成，璀璨灯火、温暖生活背后是中国地下储气库建设者20年不间断地持续攻关。

　　20年披荆斩棘，他们始终牢记使命，爬坡越岭，冲破重重关卡取得了令人瞩目的成绩。他们创建了复杂断块储气库动态密封理论、复杂储层高速注采渗流理论和优化设计方法，攻克了复杂地质条件储气库工程建设关键技术，建立了复杂储气库长期运行风险预警与管控技术，构建了成套建库技术及标准体系，形成了我国地下储气库新型产业。

　　20年奋勇拼搏，他们不仅成功解决了多项世界级难题，填补了我国天然气产业链“储”的空白，更让我国的地下储气库技术从原先的停滞不前跻身国际领先水平。

　　20年奋力追赶，他们将责任使命扛在肩，越是艰险越向前，终使我们国家在储气库建设很多领域赶上了有百年储气库建设历史的发达国家，用奋斗和实干书写了储气建库的不朽诗行。

　　

挑战极限，勇闯禁区

　　2019年12月14日，历史会记住这一天，储气库工作有了最科学的评价。

　　这一天，由12名院士领衔的专家组，高度评价了中国石油复杂地质条件下气藏型储气库建设技术：创造了“断裂系统复杂、储层埋藏最深、地层温度最高、注气压力最高、地层压力系数最低”等储气库建设的世界第一，创新成果整体达到国际先进水平。这几个“最”字，是对中国石油储气库建设的褒奖，更是对中国地下储气库建设者勇于挑战，勇闯储气库建设禁区精神的肯定和鼓励。

　　中国主要以陆相含油气盆地为主，油气地质条件复杂，给气藏型储气库选址带来极大难度。

　　一直以来，储气库选址条件主要参考国外储气库选址标准，如埋藏浅、不含酸性气田、构造简单、无断层或极少断层，储层高孔、高渗等。国外700多座储气库埋深几乎都在2500米以内，80％的储气库埋深在2000米以内，其构造环境大多符合条件。而中国符合上述条件的油气藏构造屈指可数，几乎没有选择的余地。中国地下储气库建设者最初向禁区发起挑战时透着诸多“不得不干”的无奈，但也正是这股子被逼上梁山不能回头的决然，让他们把诸多挑战变成了机遇，把诸多不可能变成了可能。

　　华北苏桥储气库群，储气库主体埋深超过4500米，是世界上埋深最大的储气库。因为埋藏很深，开发建设时，中国地下储气库建设者们面临的是地层压力高、固井难度大、地面注采管道压力高、地面注采设备风险等级高等一系列重大工程技术难题。这样的深度，在国外储气库选址标准上是不能挑战的“禁区”。但他们没有选择，作为中石油天然气发展战略的重要组成部分，华北苏桥储气库群对于优化京津冀地区能源结构，满足冬季用气调峰需求，推进区域低碳、清洁发展具有重大意义。在无前人经验可供借鉴的情况下，他们相继攻克了诸多重大工程技术难题。华北苏桥储气库群顺利建成投产，并取得了良好的效果，为首都北京安全供气做出了重大贡献。

　　金坛储气库是中国乃至亚洲第一座盐穴储气库。20世纪90年代末和21世纪初，为保障西气东输安全稳定地给长三角地区供气，缓解长三角地区天然气消费紧张局面，国家决定在南方地区建立储气库。但借鉴国外经验，储气库建设科研人员发现老路走不通，南方地区适合建库的油气藏很少。正当大家一筹莫展时，有人提出可以利用注水溶盐后盐层形成的大洞储存天然气。这个提议在当时的中国受到很多专家和政府机构的反对，他们认为盐穴大洞储气不太可能，还可能引发地质塌陷等风险。面临国家和市场需求，中国地下储气库建设者并没有轻言放弃，而是勇敢地向禁区发起了挑战，他们开展了一系列科研攻关，研发了造腔模拟技术、稳定性评价技术、密封性评价技术等技术，研究形成了腔体气密封性试压技术，解决了造腔形态和腔体密封性等难题。通过科技创新，用真实的数据和详细的论证，打消了专家和政府机构的担心。中国盐穴储气建设工程是一项地下空间利用能源储备先导性试验战略性工程，具有超前意义、战略意义。金坛储气库就是大规模进行地下空间利用的壮举。同时，为油、气、电以及核废料等能源的储备提供了成型的经验。在江苏淮安，首次开展12米厚泥岩隔层溶蚀垮塌工艺试验，并取得良好效果；在江苏楚州，首次开展了盐矿双井采卤溶腔改建储气库的现场试验，并取得成功，形成了“两注一排”注采工艺……这些突破性的创新与尝试，勇闯盐穴储气库建设的禁区，开拓了中国复杂条件盐穴储气库建设的新领域。

　　20年栉风沐雨，中国地下储气库建设者结合中国实际情况，通过大胆创新、科学论证、挑战极限，勇闯一个又一个储气库选址禁区，终建成了一批世界上难度最大的储气库，走出了一条具有中国特色的储气库选址、建设之路。

　　——在复杂地层流体建库上，尽管国外储气库建库选址要求气藏不能含有酸性气体介质，但为了保障京津冀供气需要，他们在华北永22高含硫气藏和陕224含硫气藏，经过精心设计，采用大流量干式高效脱硫等工艺措施，有效建成了高含硫气藏储气库；

　　——在特殊储层条件建库上，他们通过大胆创新，在大庆深层火山储层上选址建库，并取得了重大突破。目前，正在开展的先导工程试验取得良好效果；正在攻克火山岩储层高速注采机理、强底水火山岩储层高速注采储层空间动用、火山岩储层高速注采气井产能设计与优化等一系列世界性难题。以大庆升平火山岩气藏建库为代表的储气库开创了世界储气库建设史上新的历史，为世界上第一座火山岩气藏型储气库的建设奠定了基础；

　　——在复杂地质构造建库上，他们在大港、华北、辽河等油田选择了多个断块条件复杂的气藏改建储气库。在精心管理、科学运行、有效监测的前提下，这些储气库建设都取得了良好的效果，弥补了中国库址资源稀缺的短板。

　　“世上本没有路，走的人多了也就成了路。”对中国地下储气库建设者来说，他们最初面临的一个又一个禁区亦如一片又一片无人敢涉足的荒原，勇敢地迈出第一步并不是匹夫逞一时之勇，而是经过一番严谨科学论断，持续攻关克难之后的自信无畏，如此迎接他们的自然是引路通行，一马踏平川。自此，中国的储气库建设迎来了跨越式发展。

　　

勇于创新，攻坚克难

　　不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。从原先在停滞不前的困境中寻求国外借鉴，到被逼于无奈在各种艰难的环境中突围寻找机遇，再到冲破藩篱创造出自己的一片天地。地下储气库人在地下深处奏响了一曲来自中国储气建设者勇于创新、攻坚克难的赞歌。是他们，创立了适合中国地质条件储气库地质选址的理论及关键技术，为中国地下储气库的高效、快速建设打下了坚实基础。

　　呼图壁储气库距北疆输气环网8公里、西气东输二线直线距离22公里，是我国目前规模最大、建设难度最大的储气库。为攻下这座“高峰”，中国地下储气库建设者付出了巨大的努力。这座储气库为多层水侵砂岩储层，埋深较深（3580米），建库区域发育三条大型断层，摆在建设者面前的是天然气大规模注入埋深如此大的储气圈闭中如何能“存得住、存多少、采得出、可监控”的问题。事实上，这些难题只是众多储气库建设过程中遇到拦路虎的一个缩影。

　　为攻克这些难题，多人组成的攻关团队“聚众智，集众慧”展开了艰苦卓绝的攻坚并取得了卓越的成就。

　　与油气藏勘探开发不同，建设气藏储气库除了需要评价圈闭原始静态密封性之外，还需要预先考虑气藏建库后由于周期注采交变地应力变化导致的盖层变形、断层滑移错动对原始封闭性的影响。为解决这一难题，主持参与攻关的科研技术成员创建了储气地质体动态密封理论，建立了以盖层“动态突破、交变疲劳”、断层“柔性连接、剪切滑移”为核心的动态密封理论体系，实现了选址评价由静态定性到动态定量的根本转变。

　　针对气藏储气库注采过程中需要面临的一系列难题，科研人员建立了储气库高速注采不稳定渗流理论与模型，揭示了储气库“分区差异动用、高速有限供流”的注采机理，创新形成了库容分区动用方法。以呼图壁储气库为例，为回答圈闭究竟能存多少天然气的问题，技术专家们首次提出了储气库有效孔隙空间分区的评价方法，将建库区流体划分为建库前纯气带、气驱水纯气带、气水过渡带和水淹带4个区带。在储层精细描述基础上，分别估算油气藏原始、建库前和建成后储气空间大小和储气库运行压力，从而实现对储气规模的优化设计。以相关技术为基础，他们形成了库容与井网预测模型，构建了建库地质方案优化设计方法与标准体系，大幅度提高了储气库库容、工作气量等关键指标的科学性。

　　他们还创新形成了储气库井注采工艺技术，经过不断研究、实践，明确了强注强采对储层物性的影响机理、注采管柱失效机理，建立了渗透率与孔隙度随应力变化、注采工况下的井壁稳定性、注采管柱耦合振动等理论模型。以此为基础，创新形成了满足强注强采条件的注采完井方式与工艺参数等。经过长期的现场跟踪和室内研究，他们创建了注采管柱冲蚀流量与管柱选材C值取值图版，大幅降低了选材要求、管柱尺寸，节省了投资成本。

　　储气库注采变化频繁、流量变化大，需要地面装置、设施的调节具有非常强的适应性，给地面处理装置带来了极大的挑战。为此，他们创新开发了地下地上一体化的工艺模拟软件，创新形成了变流量精准注采、超高压密相输送等储气库地面工艺技术、标准体系，使单台地面装置处理能力达到1000万立方米/天，且能够适应从几十至几百万立方米的流量变化，大幅提高了储气库地面处理的能力及效率。

　　储气库的建设离不开大型设备的支撑。在中国储气库建设初期，储气库注采核心装备主要以进口为主。近年来，中国地下储气库建设者们瞄准这一需求，在储气库核心装备制造上持续发力，自力更生，研制出压力等级为40兆帕的大功率高压、高转速往复式注气压缩机组，日注气能力达到150万立方米，使我国成为除美国以外，世界上第二个具备制造同等级压缩机的国家。同时，他们首创了水下爆燃制管和振动模态无损检测技术，制造了中国最大口径、最高钢级的双金属复合管，研制了井下泄漏定位检测装备、油套管氦气检测装备等，推动实现了相关领域核心装备的国产化。大国重器横空出世，为我国成为气藏储气库建设强国提供了有利支撑。

　　相国寺储气库是西南地区唯一投运的储气库，每年都能为京津冀及川渝地区供气逾50亿立方米。但在建设过程中，同样面临大部分枯竭气藏改建的储气库气藏地层压力系数低的问题，其地层压力系数低至0.1，造成储层钻井过程中极易储层污染、泥浆漏失，严重影响储层建库效率和单井注采能力的发挥。针对这一难题，储气库钻完井科技人员研发了不同类型的堵漏材料，以吸水树脂复合凝胶承压堵漏材料及无固相储层保护钻井液体系为代表的各类产品，配套形成了超低压储层钻井防漏堵漏技术，实现了低压地层、30兆帕压差下的安全钻井和储层保护。借助相关技术，辽河、大港、华北、新疆等一批低压枯竭气藏改建储气库的改建也得以顺利攻克。

　　安全无小事，责任大于天。持续攻坚克难的同时，建设者们并不忘为储气库的安全建立起保护屏障。他们创立了全生命周期的安全风险管控体系，首创了拉伸/压缩交替变化下管柱密封评价准则与设计方法；形成了多因素耦合的注采设施泄漏定量评价技术；构建了储气库地层—井筒—地面“三位一体”风险管控体系，储气库运行至今零事故。

　　在储气库井注采过程中，井筒承受高低压剧烈变化，极易造成固井水泥环破裂，从而导致固井失效。科研人员研制了适应超低压、交变载荷工况的储气库钻完井技术，其中抗200℃晶须纳米材料高强低弹韧性水泥浆体系攻克了世界上深度最深、温度最高的储气库固井难题，固井质量合格率100％，为高速交替注采条件下井筒密封提供了保障，大大提高了井筒的注采安全。

　　中国复杂多夹层盐层具有泥质含量高、隔层厚度大等特点，造腔难度非常大。盐穴储气库建设者不断探索与实践，厘清了复杂多夹层条件下盐岩溶蚀规律、成腔控制机理等，创新形成了厚夹层造腔过程垮塌预测模型与控制工艺，在全世界首次采用了全井筒套铣老腔改造工艺等。系列盐穴储气库关键造腔工艺支撑了中国复杂地质条件下的盐穴储气库建设，保障了西气东输等重大管道工程的安全运行。

　　当一座又一座储气库如地底下的春笋萌芽建设并相继投入运行，如何最大限度地发挥其调峰作用成了储气库建设者们思考的问题，为此，他们摸索出了一套不同类型储气库调峰优化运行的方法。针对不同地质条件的储气库，建立了储气库动态库存与瞬时调峰能力预测模型，构建了以最大工作气采出量为原则的储气库运行调峰模式。在库群协同过程中，创新形成了库群协同调峰优化预测模型，最大限度地保证了每座储气库优化运行，同时保障了储气库整体最大调峰能力的发挥。

　　“千仓万箱，非一耕所得；干天之木，非旬日所长。”20年遇山开山，遇水搭桥，持续攻坚克难换来的是累累硕果，而这些仅是中国地下储库建设过程中众多技术创新的典型代表，在其建设运行过程还有很多优秀的技术成果，均是20年来中国地下储气库建设者不断创新的智慧结晶，是储气库建设过程中形成的宝贵财富。正是这些智慧的财富，换来了气网如织、光热灿烂、国泰民安。

　　

团聚众智，共成大事

　　事实证明，中国气藏型储气库建设是一项利国利民的重大工程。自建设实施以来，中国石油天然气股份有限公司先后建成22座储气库，创造了“断裂系统最复杂”等多项建库世界纪录。近3年调峰采气225亿立方米，创造直接经济效益238亿元。对国民经济贡献1506亿元，惠及4亿人口。储气调峰不仅保障了北京地区冬季50%的用气量，为京津冀“蓝天保卫战”做出重大贡献，还在中亚进口气减供、西气东输管道因自然灾害中断等突发事件中发挥了应急保障关键作用。而这些，还只是储气库相关项目发挥作用的特写。

　　集众智、聚众力、成大事。历20年风霜雨雪，参与气藏储气库的建设者们对此有深刻的共鸣。“众多零散项目的大集合”很多人亲身经历这场20年建设变迁的人如是形容最终项目的大集成。据他们回忆，相关建设从20世纪90年代末在一些小课题的支撑下开始研究储气库的选址问题。之后，随着地下储气库业务的逐渐壮大，各个油气田开始根据需要自行设立了一些项目进行攻关。2000年到2012年间，根据研究侧重点的不同，一些专项开始设立，但总体呈分散状态。2013年，中石油将分散的项目整合成了一个大项目，自此，中国气藏储气库这份事业团聚起众人，成为大家一个共同的目标和理想。

　　据统计，从2000年1月起，中石油曾在国家科技部、财政部等支持下，先后设立过国家课题2项、中国石油集团公司级重大专项2项、重大工程试验项目1项、重点科技项目20余项、油田公司级科研课题100余项。众人拾柴火焰高，正是有了这些大大小小课题的助力，才最终迎来了中国地下储气库建设的大升级。

　　在这之后，针对选址评价、可行性研究、方案设计、工程技术研发、现场试验等问题，众多相关建设者们组成的队伍展开了持续而又艰难的创新攻关。至此，与之相关的建设早已不仅仅局限于一个单位甚至几个单位，而是“一支浩浩荡荡的队伍”——20多家涵盖产学研用的单位在内，超过2000人参与到项目的攻关中。冰冻三尺，非一日之寒。每一个领域取得点滴突破，汇聚起了我国气藏储气库建设项目发展的成功版图。积力无不胜，众智无不成。正是这群来自五湖四海，但为着共同理想而团聚在一起的气藏储气库建设者，石破天惊，开创了我国气藏储气的新纪元，为我国能源事业的战略发展竖起了一道保护屏。

　　“未来10年，中国天然气的调峰缺口将进一步扩大到115亿立方米，天然气对外依存度将超过50％，为中国能源安全保障体系带来较大的挑战，对地下储气库的需求更加迫切。”“用之则行，舍之则藏，唯我与尔有是夫。”面对未来挑战和机遇，中国气藏储气库建设者在20年的实战和积累之上，有了更多的底气和自信。未来已来，且从容应变。