中国天然气地下储气库现状及发展趋势

ATURALGAS&LNG天然气与LNG57摘　要　储气库在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。中国天然气地下储气库建设处于发展初期，形成的调峰能力无法满足高速增长的调峰需求。通过分析天然气消费市场与天然气资源分离、能源结构优化目标、消费需求日益增长、进口天然气四大战略通道初步形成等诸多因素，提出如何在资源与市场分离的情况下合理布局地下储气库，实现地下储气库工作气量占年消费量的10%，达到基本供需平衡，保障天然气产业高速可持续发展。关键词　天然气　地下储气库　现状　布局　挑战　趋势中国天然气地下储气库现状及发展趋势魏　欢1,2　田　静1,2　李建中1,2　王　影1(1中国石油勘探开发研究院廊坊分院　2中国石油天然气集团公司油气地下储库工程重点实验室)一、中国天然气地下储气库发展现状1999年，随着陕京管道的建设，我国开始筹建国内第一座调峰储气库——大张坨储气库，保障京津冀地区冬季调峰及安全平稳供气。2005年，西气东输第一座盐穴储气库——金坛储气库开工建设，为长三角地区调峰保供发挥了重要作用。2011年，第一批商业储气库开工建设，并于2013－2014年陆续投入运行，部分储气库已发挥调峰作用。“十一五”以来，随着国内骨干管网的建成投产，为满足全国八大地区不断增长的天然气市场需求，中国政府积极推进地下储气库建设，并取得了阶段性进展。目前，全国已建成地下储气库25座（见表1），2014年调峰量30亿立方米[1]，占天然气年消费量的1.7%，距世界平均水平10%有较大差距。目前国内储气库运营商只有中国石油和中国石化两家，其中中国石油已建成24座（盐穴型1座，油气藏型23座），现已全部投运；中国石化建成油气藏型储气库1座。目前，国内已投运的储气库在环渤海、长三角、西南、中西部、西北、东北和中南地区均有分布，其中24座分布在长江以北地区（见图1）。二、中国天然气地下储气库面临的挑战1.天然气需求持续增加，对外依存度大幅提高2000年以来，中国天然气市场进入快速发展期，2013年以前受资源推动、低气价驱动、宏观经济拉动以及环保政策引导等因素的刺激，天然气消费量以每年17%的速度增长，中国已经成为世界第三大天然气消费国。2014年，中国经济社会发展进入了“新常态”，经济增长速度总体58INTERNATIONALPETROLEUMECONOMICS国际石油经济No.62015图1　中国已投运地下储气库分布资料来源：中国石油勘探开发研究院廊坊分院放缓，加之国内天然气价格多次上调以及国际原油和煤炭价格持续下跌等因素影响，天然气市场需求增速放缓，但天然气销售量总体仍然呈增长趋势。据国家发改委统计，2014年中国天然气表观消费量为1786亿立方米，同比增长了5.6%。随着我国环境问题的日益严峻，作为清洁能源，天然气成为我国治理雾霾问题的重要能源资源，也是未来能源结构朝绿色低碳化发展的主要能源。2013年，国务院出台的《大气污染防治行动计划》明确要求加快调整能源结构，增加清洁能源（天然气、煤制天然气、煤层资料来源：中国石油勘探开发研究院廊坊分院地区储气库（群）类型投产时间数量（座）运营商环渤海大港油气藏1999年6中国石油京58油气藏2007年3中国石油板南油气藏2014年3中国石油苏桥油气藏2013年5中国石油长三角金坛盐穴2012年1中国石油刘庄油气藏2011年1中国石油东北喇嘛甸油气藏1975年1中国石油双6油气藏2013年1中国石油西南相国寺油气藏2013年1中国石油西北呼图壁油气藏2013年1中国石油中西部陕224油气藏2014年1中国石油中南中原文96油气藏2012年1中国石化合计25表1　中国已建地下储气库基本情况ATURALGAS&LNG天然气与LNG59气）供应。近年来，天然气消费占一次能源的比重明显提高，2014年天然气消费占一次能源比重上升至6.3%[2]（见图2），根据《能源发展战略行动计划（2014－2020年）》，到2020年，我国天然气占一次能源的比重将提升至10%以上，天然气利用量将达到3600亿立方米。因此，未来的一段时间内，中国的天然气市场仍将处于高速发展阶段，总体趋势为东部发达地区增速趋缓，西部资源地区增长较快，主要消费区域为环渤海、长三角、东南和中南地区。2014年中国天然气进口量已达580亿立方米，对外依存度从2007年的2.0%飙升到32.2%（见图3）[3]。随着中俄东线天然气管道开工建设，我国四大天然气进口通道初步形成，预计到2030年，我国天然气进口量将超过1800亿立方米，占天然气年消费量的40%[2]。根据国外经验，一旦国家的天然气对外依存度达到和超过30%，地下储气库工作气量就需要达到年消费量的12%以上，如果进口依存度超过50%，绝大部分国家的储气库工作气量将达到天然气年消费量的15%以上[4]。2.城市燃气比例增加，调峰需求存在地域性差异在天然气需求不断增加的同时，中国天然气消费结构也逐步从初期的以工业燃料和化工为主向多元化发展[5,6]。2000年以前，中国天然气消费以化工用气和工业燃料用气为主，城市燃气和发电用气仅占较少部分（见图4）。随着长距离输气管道的建成投产，天然气消费区域从油气田周边地区向经济发达的中东部地区市场扩展。2014年以来，高端市场天然气消费量不断增加，用气行业也发生了转变，城市燃气正逐步发展成为第一大用气行业，而在京津冀鲁地区、长三角地区、珠三角地区等大气污染重点防控区，建设天然气调峰电站使发电用气比例也有所增加[7,8]。2014年，城市燃气和发电用气占天然气年消费量的比例为53.6%，较2000年上升31.9个百分点[2]（见图4），城市燃气的小时、日、月用气不均衡特点，决定了其成为拉动天然气调峰需求增长的主要动力之一。根据历年用气波动情况和四大行业（城市燃气、发电、工业、化工）用气特点，中国石油规划总院预测，到2020年，八大地区（环渤海、中西部、西北、东北、长三角、中南、西南、东南）调峰需求占年消费量的比197819801985199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201490%煤炭石油天然气水电、核电、风电年80%70%60%50%40%30%20%10%0%图2　1978－2014年中国一次能源消费结构变化趋势图4　2000年与2014年全国天然气消费结构图3　2000－2014年中国天然气产量、表观消费量和对外依存度关系数据来源：国家统计局，中国石油集团经济技术研究院资料来源：中国石油集团经济技术研究院资料来源：国家统计局，国家发改委，前瞻网天然气产量表观消费量对外依存度200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014年亿立方米200018001600140012001000800600400200035%30%25%20%15%10%5%0%2000年2014年城市燃气工业燃料发电化工45%40%30%35%25%20%15%5%10%0%60INTERNATIONALPETROLEUMECONOMICS国际石油经济No.62015例将为11%左右。从各区的调峰需求来看，受市场发育程度和气候季节温差的影响，环渤海、中西部、西北、东北地区调峰需求最高，尤其是环渤海地区用气波动性更为突出，调峰需求居八大地区之首，长三角及中南地区调峰需求中等，西南及东南地区调峰需求较小（见图5），由此可见，北方采暖区调峰需求明显高于南方地区，沿海高端消费市场地区调峰需求明显高于内陆地区，季节性供需矛盾突出。3.建库资源分布情况从“十二五”期间我国库址资源筛选及评价结果来看，中国优质、大型的建库资源主要集中在西北、西南地区和东北部分地区。东部主要建库区的渤海湾盆地，油气藏构造断裂系统复杂，构造破碎，建成大规模储气库的可能性较小；东部南方地区由于地质构造普查不足，基础资料严重匮乏，建库资源有限。尤其是长三角及东南沿海地区油气藏构造少，已探明的油气藏大都为构造破碎的断块小油气藏或零散油气藏，建库规模非常有限。中国的盐矿层总厚度虽大，但盐层单层厚度小，可集中开采的盐层厚度薄，盐岩段内部夹层多，含盐品位低，大大增加了建设盐穴储气库的难度。三、中国天然气地下储气库发展趋势1.有序推进储气库建设，工作气量逐步达到年消费量的10%以上地下储气库调峰应急储备是天然气供应链中的重要组成部分，也是世界天然气利用发达国家的普遍选择。美国和俄罗斯两个天然气消费生产大国的地下储气库总工作气量分别占其年消费量的17.4%和17.0%（不包括战略储备气图5　2020年八大地区天然气调峰需求分布资料来源：中国石油勘探开发研究院廊坊分院，中国石油规划总院ATURALGAS&LNG天然气与LNG61①部分数据参考2015年6月在法国巴黎召开的第26届世界天然气大会（WGC）工作报告，即2012-2015TrienniumWorkReports，WORKINGCOMMITTEE2:UNDERGROUNDGASSTORAGE。部消费市场地区以建设中小型油气藏型、盐穴型储气库群为主，解决本地区调峰问题。此外，还应在渤海湾盆地、松辽盆地以及南方盆地积极开展含水层建库目标的研究与勘探，寻找含水层建库有利目标，建设多元化类型地下储气库，满足不同调峰需求。针对我国建库地质资源的不均衡性，地下储气库建设要逐渐摆脱那种单纯为某个干线配备储气库的模式，而应通过各干线之间的联络线将调峰能力较强的地区剩余工作气调配到调峰能力较弱的地区。特别是联络线附近的储气库，可根据不同地区的调峰需求，在各干线之间进行调配，进而确保重点地区、重点城市的调峰需求。在没有建设大型储气库的地质条件下，应考虑将多个距离较近的小型气库组成储气库群，统一规划，统一建设，统一调配，这样既可以扩大调峰规模，降低投资成本，又能更加灵活有效地发挥储气库的应急调节作用。3.建立数字化储气库，实现储层－井筒－地面全生命周期一体化运行管理地下储气库是强注强采、交变载荷、多周期的注采过程，全生命周期使用达50年以上，与气藏开发相比，其注采气速度是气藏开发的20～30倍。储气库构造断层圈闭的密封性，在多周期交变载荷工况条件下，受储层非均质性、气体高速流等影响极大。同时活跃的边底水使储气库运行特征更加复杂，这些特点决定了地下储气库在地质风险评估、注采气井钻采工艺及地面集输工艺等方面有着与气田开发显著的差异。中国储气库建设受地质条件复杂性等因素影响，在储气库设计、建设、运行管理等方面与发达国家存在差距。因此，在学习和借鉴国外储气库先进技术和经验的同时，加强中国地质特点储气库核心技术攻关，建立以储层渗流为核心、井筒－地面为约束条件等，集地下地面于一体的三维仿真数值模拟技术，建立数字化储气库，实现储气库地下－井筒－地面一体化设计、运行管理，提高储气库运行效率，科学指导储气库扩容达产，防范并预警地下储气库建设运行过程中面临的安全风险。量）。部分发达国家和地区的调峰应急储备达到年消费量的17%～27%①，而中国储气库建设规模与国外相比，存在较大差距。截至2014年底，全国建成的地下储气库调峰能力仅占天然气年消费量的1.7%，调峰工作气量的增长与消费量增长不匹配，远远不能满足冬季用气高峰的调峰需求。据中国石油规划总院预测，到2020年中国的天然气调峰需求约占年消费量的11%左右，而储气库作为最主要的调峰方式，储气调峰规模至少应达到10%以上，才能基本满足调峰及保供需求。因此，中国在“十二五”建设国家商业储备库的基础上，还需要建设一大批地下储气库，应继续加大储气库库址筛选和前期评价的力度，按照“筛选一批、评价一批、规划一批、建设一批”的原则，有序地加大储气库建设投入，使调峰规模逐步赶上天然气消费高速增长的需求。2.全国整体规划，合理安排储气库建设布局根据建库资源的分布情况，从国家层面协调企业、地方统筹布局全国地下储气库规划，按照保重点及需求程度，分步实施