天然气作为一种高效清洁的天然燃料,其应用覆盖各行各业,并走进千家万户。受气候条件和用户类型等多方面因素影响,不同季节、不同时间天然气的消耗速度和需求量存在很大的不均衡性。以首都北京为例,白天和晚上的用气量不一样,夏季和冬季的用气量不一样,甚至相差4~10倍。天然气自身的压缩性使天然气管网具有一定的储气调峰能力,但远远不足以解决用气量大幅波动的问题,此时,就需要地下储气库这个“得力帮手”大显神通了。地下储气库是如何大显神通的?
解决调峰问题。当市场需求低于管道天然气供气量时,可以把多余的天然气资源注入地下储气库储存起来;当市场需求量大于管道天然气供气量时,再把地下储气库储存的天然气采出来补充供气。
保障供气安全。当出现气源中断、输气系统停输时,可将地下储气库作为气源保证连续供气,保障生产和生活需要,起到安全供气的作用。
优化管网运行。无论是天然气管网系统还是天然气生产系统,都很容易受到市场对天然气需求量季节性变化的影响,地下储气库可以大幅度缓解两者受市场影响的程度,有助于实现均衡生产和作业。同时,因为有了地下储气库,天然气生产和管道运输之间也可以实现一定程度的调节,从而最大限度地利用管道的输气能力,提高运行效率和输气效率,降低输气成本。
战略储备。地下储气库也是一种重要的能源战略储备设施,在关键时刻,能够为国家提供必要的能源供给,维护国家的能源安全。
提高经济效益。地下储气库直接影响天然气的价格。在市场经济下,天然气价格会因供求关系变化而发生波动,在用气高峰、供不应求时,天然气价格最高,此时借助地下储气库,一方面供气方可以获得可观的经营利润,另一方面可以一定程度缓解供需矛盾,使天然气价格有所下降,帮助用气方获取客观的收益。
地下储气库对天然气管网那么重要,常用的地下储气库有哪些?
枯竭油气藏储气库。指利用开采枯竭已经废弃的油气藏或开采到一定程度已经退役的油气藏而建造的储气库,具有天然的密封性。因其以油气藏身份存在时,油气藏面积、储层厚度、盖层气密封、原始地层压力和温度以及储气层孔隙度、渗透率及均质性等地质情况均已明了,油气井运行规范也已建立,故改建储气库无需进行地质勘探,且部分油气井和地面设施可恢复利用,所以建库周期短,建设投资及运行费用低,且储气量大,是最常用、最经济的一种地下储气形式。我国的第一座商业运行储气库——天津大张坨地下储气库,就属于枯竭油气藏储气库。
含水层储气库。指在密封可靠的地质盖层下注入高压天然气,驱替岩层中的水而形成的人工气藏,储气空间由含水砂层和不透气覆盖层组成。储存气包括工作气和垫层气:工作气是指在储存周期内储进和重新采出的气体,垫层气是指作为工作气和地层水之间的缓冲垫层并持续保留在储库内的气体。工作气和垫层气的比例取决于含水砂层的渗透性,渗透性越好,天然气置换地层水的速度越快,工作气和垫层气的比例也就越大。含水层储气库具有结构完整、储量大、钻井可以一步到位等优点;但所需垫层气用量较大,而这部分气体是不能采出来的,气水界面难以控制。因此,建设成本高,建设周期长,从勘探到投产一般需要10~15年。
盐穴储气库。指在地下盐层或盐丘中,利用淡水溶解岩层形成封闭的盐溶洞穴储存天然气。这种储气库的许多优点是其他类型储气库不可比拟的:在建造方面,可以按照调峰或储备的实际需求确定造腔容积,并根据不同时期用气需求的增加分几期扩建;在操作性能方面,密封性好,垫层气用量少,注采转换灵活,调峰能力强,可用于日调峰和周调峰。但是,盐穴储气库建设周期比较长,容量较小,单位有效容积的建设成本高。金坛储气库是目前中国最大的盐穴储气库,且是国内第一次采用氮气代替柴油作为阻溶剂造腔成功的案例。
中国地下储气库发展以1999年大港大张坨储气库全面建设为开端,推动了中国由采输气调峰向地下储气调峰的历史性转型升级。