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【科技日?qǐng)?bào)】這座世界首座連通井鹽穴儲(chǔ)氣庫，讓鹽礦采空區(qū)“蝶變”儲(chǔ)能寶庫
鹽穴，鹽礦經(jīng)過注水溶解、開采后形成的地下空間，如今正蝶變?yōu)橐蛔叵履茉磧?chǔ)備寶庫。
在江蘇淮安的江蘇國能石油天然氣有限公司張興儲(chǔ)氣庫（以下簡(jiǎn)稱張興儲(chǔ)氣庫）項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，科技日?qǐng)?bào)記者看到，天然氣與鹵水在地下空間的輾轉(zhuǎn)騰挪，變換為顯示大屏上閃爍的一組組數(shù)據(jù)。
前不久，張興儲(chǔ)氣庫輸氣聯(lián)絡(luò)線完成施工并通過注氣排鹵試驗(yàn)，標(biāo)志著張興儲(chǔ)氣庫一期工程完工。
自2023年10月試生產(chǎn)以來，張興儲(chǔ)氣庫已經(jīng)在地下鹽穴形成6億立方米的庫容，累計(jì)注氣量達(dá)1.6億立方米。儲(chǔ)存這1.6億立方米天然氣的地下鹽穴相當(dāng)于280個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池的總?cè)莘e，可以供50萬戶家庭用氣160天。
在中國工程院院士羅平亞看來，鹽穴作為天然的地下存儲(chǔ)空間，能高效實(shí)現(xiàn)能源的長期存儲(chǔ)與調(diào)峰，為破解國家能源大規(guī)模儲(chǔ)備難題提供重要方案。
然而，我國鹽穴開發(fā)利用并非一蹴而就。
“我國鹽礦的鹽層薄、夾層多、雜質(zhì)含量高，一些外國專家一度認(rèn)為我國不可能建成地下儲(chǔ)氣庫。但經(jīng)過我們十多年的科技攻關(guān)，目前已經(jīng)形成了連通井鹽穴高效建庫和沉渣空隙儲(chǔ)氣擴(kuò)容的‘中國方案’，在淮安建成了世界首座連通井鹽穴儲(chǔ)氣庫，帶動(dòng)了傳統(tǒng)鹽化工行業(yè)向鹽穴儲(chǔ)能新產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。”8月20日，江蘇省鹽業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱蘇鹽集團(tuán)）召開的“蘇鹽井神院士工作站鹽礦深地儲(chǔ)能成果發(fā)布暨學(xué)術(shù)研討會(huì)”中，中國工程院院士楊春和自豪地說。
首創(chuàng)“連通井”模式，建造周期縮短近半
“鹽穴儲(chǔ)氣庫就像一個(gè)深埋地下的‘高壓氣罐’。”楊春和向記者介紹，要建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫，首先要向地下數(shù)百米至兩千多米的鹽礦鉆井，然后注入淡水溶解鹽巖，建造出體積數(shù)十萬立方米的鹽穴。再注入高壓氣體排出鹵水后，便形成地下儲(chǔ)氣庫。
2022年，蘇鹽集團(tuán)旗下的江蘇蘇鹽井神股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱蘇鹽井神）與中國石油集團(tuán)儲(chǔ)氣庫有限公司成立合資公司——江蘇國能石油天然氣有限公司（以下簡(jiǎn)稱江蘇國能），負(fù)責(zé)張興儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目的建設(shè)與運(yùn)營。
與眾不同的是，張興儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目首創(chuàng)連通井鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔技術(shù)。
“所謂連通井，指的是向地下鹽礦中同時(shí)打兩個(gè)垂直方向鹽井，并在地下水平方向?qū)删蛲ǎS后注入淡水、溶解鹽礦，在兩端形成一個(gè)充滿鹵水的類似U形管的地下空間。”江蘇國能董事長劉正友介紹，連通井造腔結(jié)束后，再從地面插入一根長長的排鹵管柱進(jìn)入連通井的底部，這時(shí)向兩端鹽井注入天然氣，便可將鹵水從溶腔底部經(jīng)排鹵管排出，而兩口井的溶腔則可以儲(chǔ)存天然氣。
相較于傳統(tǒng)的單井造腔，連通井造腔過程中生產(chǎn)的鹵水更多、含鹵量更高。劉正友給記者算了一筆賬：“連通井造腔的鹵水生產(chǎn)能力達(dá)250方/小時(shí)，遠(yuǎn)超單井的100方/小時(shí)，且鹵水氯化鈉含量超過300克/升，較單井的290克/升也更高。”
在進(jìn)行連通井造腔的過程中，蘇鹽井神、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、江蘇省制鹽工業(yè)研究所有限公司等單位組成的科研團(tuán)隊(duì)，采用鉆井、電法、地震、聲吶等方法，融合鉆井軌跡、采鹵歷史、水溶造腔仿真技術(shù)，建構(gòu)出地下“儲(chǔ)氣罐”的三維形態(tài)。
建庫過程中，如何溶蝕更多的鹽巖中的雜質(zhì)，成為團(tuán)隊(duì)面臨的一大難題。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所副所長施錫林告訴記者，“淮安鹽盆中含有特殊鹽巖成分鈣芒硝，團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā)的難溶夾層溶漓技術(shù)，用制堿鈣液促進(jìn)鈣芒硝的溶解，提升難溶夾層的溶蝕成功率。”施錫林介紹，團(tuán)隊(duì)同時(shí)建立鹽礦注水溶鹽過程中的不溶物動(dòng)態(tài)堆積模型，構(gòu)建連通井全井段腔體形態(tài)仿真模型，開發(fā)連通井水溶造腔仿真軟件，打破了連通井造腔缺乏設(shè)計(jì)工具的局限。
經(jīng)過系列技術(shù)的攻關(guān)，張興儲(chǔ)氣庫的連通井造腔周期縮短50%。劉正友介紹，采用傳統(tǒng)單井單腔技術(shù)溶解40萬立方米的固體鹽，通常需要4至5年，而連通井技術(shù)只需要約2年。
受“司馬光砸缸”啟發(fā)，利用沉渣空隙增大儲(chǔ)氣空間
盡管連通井造腔技術(shù)提高了鹽穴建造速率，但鹽穴中仍有大量不溶物堆積形成的沉渣，如何擴(kuò)大儲(chǔ)氣規(guī)模、提升建庫經(jīng)濟(jì)性，是團(tuán)隊(duì)面臨的第二道難題。
“團(tuán)隊(duì)率先提出利用沉渣儲(chǔ)氣的技術(shù)構(gòu)想，采用首創(chuàng)的低位排鹵技術(shù)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣擴(kuò)容，解決這個(gè)難題。”施錫林介紹，團(tuán)隊(duì)首先通過建庫沉渣空隙檢測(cè)評(píng)價(jià)體系，給沉渣層做了一次精細(xì)的“CT掃描”，并通過巖心實(shí)驗(yàn)和測(cè)井技術(shù)精準(zhǔn)測(cè)算出這些碎屑中有多少空隙可以用來存氣；其次，運(yùn)用多相運(yùn)移模型，同時(shí)模擬氣、液、固三種物質(zhì)在沉渣中的復(fù)雜互動(dòng)，預(yù)演注氣排鹵全過程。
而最核心的則是“高位注氣—底部排鹵”工藝，團(tuán)隊(duì)從鹽穴頂部注氣、從沉渣底部排鹵，用高壓擠壓沉渣空隙中的鹵水排到地面。
“底部排鹵有點(diǎn)類似‘司馬光砸缸’。”中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員李銀平打了個(gè)比方，“鹽穴里有沉渣，類似于大水缸里堆了很多砂石，團(tuán)隊(duì)借鑒‘司馬光砸缸’的智慧，在鹽穴沉渣的底部建立一個(gè)通道，就能排出沉渣空隙中的鹵水，從而讓更多天然氣進(jìn)入沉渣的空隙。”
劉正友介紹，采用低位排鹵技術(shù)，沉渣空隙的利用使有效庫容增加約20%，同時(shí)墊底氣比例從40%降低到20%，顯著提升了儲(chǔ)氣庫的儲(chǔ)氣能力。
在如今的張興儲(chǔ)氣庫，每年4月至10月的用氣低谷期，是其注氣的儲(chǔ)氣期，而11月至2月的用氣高峰期，江蘇國能則集中采氣，供居民使用。
如何確保安全、高效地從儲(chǔ)氣庫采集天然氣？劉正友介紹，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了“三段式”保壓運(yùn)行方法：“首先是用高壓氣體，將鹽穴中的天然氣自然地?cái)D壓出來；壓力不足時(shí)，再從鹽穴頂部注入氮?dú)庑纬蓺鈮|，將天然氣推出來；最后通過向鹽穴底部注鹵水，將剩余天然氣頂出。”劉正友表示，整個(gè)過程通過“以注保采、氣液置換”的方式，將腔體壓力波動(dòng)控制在極小范圍內(nèi)，從而保障儲(chǔ)庫的力學(xué)穩(wěn)定性。
“目前，儲(chǔ)氣庫的日注氣能力達(dá)600萬立方米，日采氣能力達(dá)800萬立方米。2025年計(jì)劃注氣量4億立方米，計(jì)劃采氣量1.5億立方米。”站在江蘇國能的指揮大廳中，劉正友滿懷信心地與記者分享儲(chǔ)氣庫的應(yīng)用前景。
在張興儲(chǔ)氣庫的地下，越來越多的天然氣正匯集到這座世界首座連通井鹽穴儲(chǔ)氣庫中。
深地儲(chǔ)能，正在千米之下，厚積薄發(fā)。
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