摘要：北美地区是天然气储气库建设起步最早、规模最大的地区，通过对其天然气储气库建设历史的回顾和现状分析，得出如下结论：①北美地区目前是天然气储气库建设最成熟的区域；②天然气工业快速发展和管道建设促进了储气库的建设；③储气库注呆周期与地质条件相关；④注采井一般遵循“大进大出”原则，从钻井和固井等方面综合考虑设计方案；⑤采用设置观察井、老井封堵和注采井安全措施等方法来保障储气库安全运行；⑥完备的法律法规和标准规范促进了储气库建设。我国天然气储气库建设相对滞后，借鉴北美地区成熟的储气库建设经验，针对国内储气库建设提出如下建议：①加强天然气储气库建设要与管道建设紧密联系在一起，这是安全平稳供气、天然气行业快速健康发展的有力保障；②重视储气库建设前期评价和研究工作；③要注重气井安全，保障储气库安全运行；④应制定和完善相应标准和规范、法律法规，以指导储气库建设。
关键词：天然气；地下储气库；注采周期；废气油气藏；盐穴；北美；中国；建议
1 北美天然气储气库概况
1.1 北美天然气地下储气库现状
北美是储气库开发建设最早的地区，1915年加拿大在安大略省Welland气田建成全球第一座储气库，1916年美国在纽约州Buffalo附近的Zoar枯竭气田建成第二座储气库，也是美国境内的第一座储气库[1]。截止到2009年，北美地区共有天然气储气库441座(表1)，最大工作气量1282×108m3，日最高供气能力25.36×108m3。占全世界630座储气库的70%，全世界工作气量3294×108m3的38.92%，日供气能力占全世界76.86×108m3的32.98%。其中枯竭油气藏天然气地下储气库有350座，为储气库建设的主体类型；盐穴类型储气库有40座，主要分布在美国和加拿大境内；含水层构造天然气储气库有51座，全部位于美国境内。
1.2 北美地区天然气储气库建设发展状况
根据北美地区目前运行的天然气储气库建设时间(图1、2)，可以将天然气储气库发展划分为初步建设、快速发展和补充完善3个阶段。
1.2.1初步建设阶段(1916—1950年)
这一阶段北美地区储气库建设主要集中在美国境内，这也是美国天然气工业发展初期。20世纪20年代末随着管输技术的发展，天然气管道长输成为事实，1927—1931年美国境内共建成12条主要输气干线，掀起天然气管道建设的第一次高潮，同时天然气消费量快速增长，1930年达到了345×108m3。由于长距离输送，消费量扩大，季节性消费量波动大，安全平稳供气成为当时最为急迫的问题。利用储气库进行调解是确保安全平稳供气的最有效途径，因此储气库建设得到了较快的发展。储气库建设与输气管网建设几乎同步，从1931—1950年这20a时间里建成储气库78座。
该阶段储气库类型主要以废弃油气藏为主，储气库工程技术不断进步。在此期间建成在肯塔基州建成Doe Run Upper第一座含水层储气库。
1.2.2快速建设阶段(1951—1980年)
这一阶段处于北美地区美国天然气行业快速发展阶段，天然气消费量、储产量快速增长，天然气管网建设加速，逐渐形成完善的管网体系，天然气储气库随之快速建设，与管网配套完善。加拿大天然气储气库建设不断增加。1951—1980年北美地区共建设储气库256座，其中美国234座，加拿大22座。
储气库建设技术在此期间快速发展，相关行业标准陆续确立。储气库类型从单一废弃油气藏类型建设，发展到含水构造储气库和盐穴储气库多种类型共同建设。
1.2.3成熟完善阶段(1981年―现在)
随着北美地区天然气市场经过快速发展阶段进入成熟期后，天然气集输管网日趋完善，管道建设开始处于平稳发展状态，储气库建设也相应进入平稳发展阶段。目前美国集气干线约有50×104km，配套管道300×104km，建成储气库389座，形成了一个完善的
天然气储运系统[2]。
2 北美储气库建设经验
2.1 储气库建设与天然气工业和输气管道建设同时起步
北美地区储气库建设紧密跟随天然气工业发展和天然气管网建设比，在市场发达、管网完备的地区优先建设储气库来保障平稳供气。针对目标区域深入研究储气库建设条件，对周边废弃油气藏、含水层构造和盐穴等地质资源充分利用，逐渐完善整个区域天然气储运系统。废弃油气藏建设储气库集中分布在美国的东部、中部和西部，加拿大东南部发达地区。含水层储气库主要分布在美国中部偏东伊利诺亚州的寒武纪和奥陶纪的含水层构造中。盐穴储气库主要分布在美国南部得克萨斯、路易斯安那的墨西哥湾盆地和加拿大西南部萨斯喀彻温省的盐层中[3]。
2.2 注采周期
储气库注采周期和储气库类型及注采井技术的进步关系密切。岩穴储气库单穴库容小，具有快速的循环能力或者说库存周转率，适合应急调峰供气。该类储气库可以供气能力甚至可以根据用户要求供气量按小时变化[4]。废弃油气藏和含水构造储气库规模一般相对较大，库存周转率相对较慢，注采周期相对较长。技术进步能够提高储气库的库存周转率，对于废弃油气藏和含水构造储气库效果尤其明显(图3)。主要表现在水平井的应用、增加注采井数、提高压力等其他技术的进步提高储气库的注入和采出能力，从而缩短储气库的注采周期[4]。
根据调研数据废弃油气藏储气库注采周期一般1次/a，平均不足1次/a；含水层构造储气库注采周期一般1次/a，个别的会达到2次/a，如北美地区51座含水层构造储气库只有4座注采周期为2次/a，但平均不足1次/a。盐穴储气库至少1次/a，平均会达到2次/a。图3给出的1998、1992和2005年美国在运不同类型储气库注采周期统计。从中也可以看出盐穴储气库循环能力最好；废弃油气藏储气库循环能力不断提高。2005年盐穴储气库的平均注采周期为2.28次/a，枯竭型储气库0.73次/a，水层型储气库0.66次/a。
2.3 注采井设计
储气库钻井设计一般遵循“大进大出”的原则，尽可能提高气井供气能力，发挥最大的产能。一般采用常规钻井工艺即可，相比油气田开发钻井设计有以下几个方面特点[5～6]。
1) 钻井过程非常重视储层保护工作。钻井一般采用低相对密度、低固相钻井液，欠平衡钻井也被应用在储气库建设中，最大限度地保护储层。
2) 由于循环注、采气压力反复变化、防止气体泄漏和使用寿命等因素，储气库完井要求较高的固井质量。注采井完井各层套管的固井水泥全部上返至地面，防止气体泄漏，同时延长注采井的寿命。
3) 已建成储气库多采用常规直井，部分采用水平井。井型设计一般根据储气库建库地质条件、地层渗流条件和钻井投资等因素确定。2009年北美在运441座储气库注采井合计14287口，其中直井14059口，水平井188口，其他井40口。
2.4 储气库安全运行
2.4.1观察井设置
储气库在气库的周围布置一定数量的观察井，主要用于检查气库盖层密封性、监测地层水活动等，保证储气库安全运行(表2)。其中含水层构造储气库运行观察井最多，占气库总井数的三分之一；废弃油气藏储气库观察井占总井数的五分之一以上。盐穴储气库观察井较少。
2.4.2老井处理
老井处理主要是针对废弃油气藏改建储气库的情形。美国储气库建设对老井的处理要执行联邦政府的有关条例和标准。对不再利用的老井采取封堵措施，其步骤是把水泥返高以上的套管全部套洗回收后对整个井眼进行水泥固封，但对进行过放射性测井的老井直接水泥封固[6]。
2.4.3注采井安全措施
一般的注采井要安装井下安全阀，以保障储气库的安全。盐穴储气库的注采井因为保留了冲洗盐穴用的大口径油管，一般需要安装井口安全[6]。
2.5 制定比较完善的储气库建设相关标准规范和法律
储气库作为保障天然气管道安全运行和平稳供气最有效途径。美国和加拿大及其他很多国家都把储气库建设作为天然气上下游一体化工程的重要组成部分。美国就长输管网地下储气库建设制定了相关法律，美国主要依据《天然气法》、《能源政策法》等监督储气库建设，同时美国石油协会也制定了一些储气库建设规范，如《盐穴储气库设计标准》[7]。加拿大标准委员会于2002年出台了包含废弃油气藏储气库、盐穴储气库和矿坑储气库的建设规范，从使用范围、钻完井技术、库容、地面设备和安全等方面指导本国储气库建设[8]。
3 国内储气库建设现状
我国地下储气库发展起步较晚，20世纪70年代曾在大庆油田进行过利用气藏建设储气库的尝试，但直到20世纪90年代初才真正开始研究地下储气库技术，随着陕京输气管道的建设才开始研究建设地下储气库，以确保北京和天津的安全供气。截至2009年底在大港油田利用枯竭凝析气藏建成大张坨、板876、板中北、板中南、板808、板828等6座储气库，设计库容69.6×108m3，工作气量约30.3×108m3，保证京津两大城市的调峰供气。其他在建储气库包括金坛、刘庄、永22、京58和京51等储气库5座，设计工作气量为29.4×108m3，实际工作气量为15.1×108m3[9～12]。我国天然气产量不断增长，2009年全国产量达到830×108m3。全国的天然气储气库储气量仅为消费量的3.6%，远低于世界平均水平10%以上。天然气储气库规模与完善的天然气储运系统还相去甚远。
4 几点启示
4.1 加强天然气储气库建设要与管道建设紧密联系在一起。这是安全平稳供气、天然气行业快速健康发展的有力保障
为缓解天然气季节性消费波动性大带来的峰谷差，保障安全平稳供气，应根据天然气消费量和管网的建设情况进行储气库配套建设。美国19世纪30年代掀起管道建设高潮，储气库建设也快速跟进，逐渐形成完备的天然气储运系统。目前我国天然气工业进入快速发展阶段，天然气消费量不断增大，随着“两气东输”、“陕京”二线建设、“川气东输”等工程建设掀起了管道建设的一个高潮。而储气库建设相对滞后。参照北美地区储气库建设发展情况，我国在输气管线周边、天然气消费发达区域要加大加快储气库建设力度，保障平稳供气，实现天然气工业快速健康发展。
4.2 重视储气库建设前期评价和研究工作
储气库建设因地制宜，充分利用自然资源优势，确定最佳建库方案。北美地区储气库建设废弃油气藏、含水层构造和盐穴储气库并存，我国储气库建设技术等各方面条件不完备的情况下，可以充分借鉴国外经验和成熟的建库技术，争取国家政策支持，加快储气库建设。充分利用国内各油气区的枯竭油气藏进行储气库建设前期评价和研究工作，优选建库方案；利用我国盐岩分布广、层状为主的特点，在天然气消费量的区域周边注重该类储气库前期评价和地质研究工作，建设相应的储气库。
4.3 注重气井安全，保障储气库安全运行
吸收国外储气库安全运行的经验，国内储气库建设工程中从设立储气库运行安全监测井、老井利用安全处理、注采井安装井下安全阀等方面采取必要的措施，保障天然气储气库安全运行。
4.4 制定完善相应标准和规范、法律法规指导天然气储气库建设
我国石油天然气法律建设还很不完善，天然气储备法规方面基本空白，为了天然气工业健康快速发展，保障安全平稳供气，建设完善的天然气集输储运体系，应尽快在天然气储气库建设方面进行标准和规范制定，并应尽快建立石油天然气法律法规指导天然气储气库建设。
参考文献
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[10] 阳小平.大港板桥地区板814断块改建地下储气库可行性研究[C]∥地下储气(油)库工程技术国际研讨会.北京：2008.
[11] 钟晶晶.中石油拟建10大储气库群——京58储气库群年内建成[N].新京报，2010-02-25.
[12] 涂露芳.大港储气库开足马力采气同比增长四成[N].北京日报，2010-01-10.
(本文作者：霍瑶 黄伟岗 温晓红 王亚莉 李俏静 中国石油勘探开发研究院廊坊分院)
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