天然气基础设施系列专题之一：我国天然气的地下储气设施.pdf

研究 院 能源化工部 潘翔 能源化工总监兼首席原油研究员 0755-82767160 panxianghtfc 从业资格号： F3023104 投资咨询号： Z0013188 联系人： 宋晨阳 天然气研究员 0755-23887993 songchenyanghtfc 从业资格号： F3042880 相关研究： 汽油消费模型的实证分析（以北京市为例） -汽油消费系列专题之一 2018-12-18 汽油消费边际放缓的影响因素探究-汽油消费系列专题之二 2018-12-18 现阶段新能源汽车对汽油替代影响有限 2018-07-24 双积分政策将成为新能源汽车核心驱动 2018-07-24 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 天然气基础设施系列专题之一 我国 天然气的地下储气设施 在天然气供应与消费之间 ,始终存在着可靠、安全、平稳、连续供气与消费需求量在时间上严重不 均衡的固有矛盾 ,而且随着天然气国际贸易的发展和边远气田的开发 ,输气的平均运距和运时大大增加 ,这一矛盾不断加剧。气温的季节性变化、某些生产企业的工艺特性和人们的生活方式，都会引起天然气消费需求量不均衡。 在天然气工业体系中，天然气储运设施是联系天然气生产与使用的纽带，是将开采出来并经净化处理达标的合格天然气提交给用户的不可或缺的中间环节。在天然气供应与消费之间，一直存在着可靠、安全、平稳、连续供气与消费需求量季节、昼夜、小时不均衡性的固有矛盾。解决这一矛盾的主要措施是实施天然气储备。 地下储气库是 天然气仓储设 备之一，地下储气库是 将气体从产地输送到衰竭的油气藏或其它地质构造中加以储存 ,到消费高峰期采出以满足市场需求的一种储气设施，可以随时（季节性、每天、每小时）平衡气体消费和供气。此外，地下储气库还可以在气源中断或管网出现技术故障时，保证不间断供气 。 本 专题 梳理了 部分现已投产的重要的天然气地下储气库的基本信息，为天然气基础设施专题 报告的构成之一 。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 2 / 16 天然气地下储气库的意义 在天然气供应与消费之间 ,始终存在着可靠、安全、平稳、连续供气与消费需求量在时间上严重不均衡的固有矛盾 ,而且随着天然气国际贸易的发展和边远气田的开发 ,输气的平均运距和运时大大增加 ,这一矛盾不断加剧。气温的季节性变化、某些生产企业的工艺特性和人们的生活方式 ，都会 引起天然气消费需求量不均衡 。 天然气消费需求量的不均衡性 ,主要分为 以下三种： 小时不均衡性、昼夜不均衡性、月 (季节 )不均衡性 地下储气库是将气体从产地输送到衰竭的油气藏或其它地质构造中加以储存 ,到消费高峰期采出以满足市场需求的一种储气设施 ， 可以随时（季节性、每天、每小时）平衡气体消费和供气。此外，地下储气库还可以在气源中断或管网出现技术故障时，保证不间断供气。 地下储气库的主要作用和功能有 以下几点： 首先，解决调峰问题，平衡峰谷差。地下储气库可缓解因各类用户对天然气需求量的不同和负荷变化而带来的供气不均衡性。当前市场需求低于天然气供气量时，可以利用地下储气库把多余的天然气资源储存起来，当市场需求量大于天然气供气量时，之前被储存在储气库中的天然气就可以补足管道供气量。这样就能很好地满足市场需求，不浪费天然气。 在现实情况中，一些用户根据生产和生 活的需要会临时增加随天然气的需求量，这时候就可以利用地下储气库提供应急供气服务。另外，长期使用的天然气管道，出现突发事故或遇到自然灾害是不可避免的，并且也要按计划对供气管道进行检修，出现这些情况的时候地下储气库就派上大用场。 其次，优化系统运行。以往无论是管道系统的运行，还是天然气的生产系统，很容易受到市场对天然气需求量季节性变化的影响，利用地下储气库可以减少两者受市场的影响，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均衡，最大限度地利用输气管道的能力。因 为运行效率和输气效率都得到很大提高，输气成本也会明显下降。 此外，地下储气库直接影响着天然气的价格，可提高经济效益。目前，欧洲不少能源公司都把地下储气库作为优化贸易的一个手段，向市场提供一定比例的储气量用于交易，额外提供的服务价格也由市场来决定。这样储气库运营商可获得对天然气价格潜在的影响力。 同时，地下储气库与石油储备一样，是国家的一种战略储备，也可以确保国家能源安全 。 地下储气库由于其储存量大 ,可长期使用的特点非常适合用于天然气的战略储备 ,特别是对于天然气依靠大量进口的国家 ,储存足够的天然气是很有必要的 。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 3 / 16 海外发达国家的 天然气调峰手段 海外发达国家主要依靠地下储气库和 LNG 接收站两种方式来进行调峰，各个国家根据自身的自然资源、地质条件、消费分布等选择合适的方式。 以美国为代表的欧美发达国家以地下储气库为主 美国天然气资源丰富且占能源消费比例高，储气行业发展较早，因此有一套完备的天然气储气体系来满足调峰需求。 美国以地下储气库为主要的调峰手段，是目前全球地下储气库发展和应用最成功的国家之一。根据 EIA 数据，截至 2016 年底，美国地下储气库总规模 2616 亿立方米，占全美天然气消费量的 33.6%，能够满足约 108 天的天然气用气需求。截至 2017 年 9 月，美国共有 389个地下储气库处于正常运营状态，储气库遍布在美国各州，在人口密集、冬季用气量大的东部地区分布最为密集，与天然气发电厂的分布位臵相关，同时呈现出地理分布与消费需求相呼应的特点。 以日韩为代表的资源匮乏型国家以 LNG 接收站调峰为主 由于建立地下储气库需要满足特殊 的地质条件，因而并不是所有的国家都能够建立起大规模的地下储气设施来满足生产生活的需要。日本国土面积小、自然资源匮乏，地质条件的局限使得其没有办法大面积发展地下储气库，因而主要运用 LNG 接收站来进行储气。日本LNG 接收站储罐在设计时就考虑了季节调峰、应急备用等因素，因而容量大，能够满足日本的冬季天然气用气高峰需求。经过长期发展，现在日本已经建立起国家战略储备和商业储备相结合的储气调峰体系，国家和民间企业的储备量分别为消费量的 30 天和 50 天。截至 2016 年底，日本共建成并投运的 LNG 接收站数量达到了 34 个，有效 保证了储气调峰的需要。 天然气地下储气库的类型 （ 此部分内容来源于中石 油 石油科普 ，详见参考文献） 地下储气库是将从天然气田采出的天然气选择异地重新注入地下可以保存气体的空间而形成的一种人工气田或气藏。地下储气库主要建设在靠近下游天然气用户城市的附近 ,用来大量储存天然气、液化石油气和人工燃气，保障下游用户的调峰需要。地下储气库能够较好地解决城市用气不均匀性问题，起到季节调峰作用，同时当输气干线发生突发性重大自然灾害或管道泄漏等事故造成短时间供气中断时，它还可兼作应急后备气源，大大提高了供气的可靠性。地下储气 库储气量大，安全可靠，己被世界各国广泛采用。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 4 / 16 利用地下储气库进行调峰比建设地面球罐等方式进行调峰具有以下优点 :一是储存量大 ,机动性强 ,调峰范围广；二是经济合理 ,虽然一次性投资大 ,但经久耐用 ,使用年限长；第三是安全系数大 ,其安全性要远远高于地面设施。 天然气的地下储存通常有下列几种方式：利用枯竭的油气田储气；利用含水多孔地层储气；利用盐矿层建造储气库储气；利用岩穴储气。其中利用枯竭的油气田储气最为经济，利用岩穴储气造价较高，其他两种方式在有适宜地质构造的地方可以采用。 利用枯竭的油气田储气 利用已经开采、枯竭废弃的气藏或开采到一定程度的退役气藏，转为地下储气库是在各种地下岩层类型中建造储气库的最好选择。这种储气库地层的孔隙度、渗透率、有无水浸现象、构造形状和大小、油气岩层厚度、有关井身和井结构的准确数据及地层和邻近地层隔绝的可靠性等已掌握，可大大节省投资，因此已枯竭的油田和气田是最好和最可靠的地下储气库。 利用含水多孔地层储气 图 1 地下含水层储气库示意图 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究 院 含水层型地下储气库是人为地将天然气注入地下合适的含水层而形成的人工气藏。这种储气库的原理，天然气储气库由含水砂层及一个不透气的背斜覆盖层组成。其性能和储气能力依据不同地质条件而有很大差别。 1-压缩机站 及配气站 2-注采 气井 3-盖层 4-天然气 5-气水 界面 6-储气 层 7-输气干线 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 5 / 16 含水层要有一定的孔隙度、渗透率。储气岩层的渗透性对于用天然气置换水 的速度起决定作用。同时，它对于储库的最大供气能力、工作气和垫层气的比例也有很大影响。工作气是指在储存周期内储进和重新排出的气体，而垫层气是指在储库内持续保留或作为工作气和水之间的缓冲垫层的气体。如岩层的渗透性越小，工作气与垫层气的比例就越小，因而越不利。不透气覆盖层的形式对工作气和垫层气的比例也有很大影响，特别是当储气岩层的渗透性很小时，平面盖层的结构是不适宜的，因为它需要非常多的垫层气。 利用盐矿层建造储气库 图 2 盐穴储气库示意图 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究 院 一般利用盐矿层建造的储气库容量较小，但是对于周围缺乏多孔结构地下构造层的城市，特别是具有巨大的岩盐矿床地质构造的地区，可采取此种类型储气库。 盐穴天然气储气库建造分两种：一种是利用废弃的采盐盐穴，将井钻到盐层后，把各种管道安装至井下，由工作泵将淡水 通过内管压到岩盐层，饱和盐水从管腔排出，当通过几个测点测出的盐水饱和度达到一定值时，排出盐水的工作即可停止；另一种是新建盐穴储库，这种盐穴是按调峰气量要求，选定气库井位、井数、层位、地层岩盐厚度及盐穴几何形状、容积大小，进行有计划的淋洗造穴。为了防止储库顶部被盐水冲溶，要加入一种遮盖液，它不溶于盐水，而浮于盐水表面。不断地扩大遮盖液液量和改变溶解套管长度，使储库的高度和直径不断扩大，直到达到要求为止。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 6 / 16 我国天然气地下储气库发展历程 在天然气工业体系中，天然气储运设施是联系天然气生产与使用的纽带，是将开采 出来并经净化处理达标的合格天然气提交给用户的不可或缺的中间环节 。在天然气供应与 消费之间， 一直存在着可靠、安全、平稳、连续供气与消费需求量季节、昼夜、小时不均衡性的固有矛盾。解决这一矛盾的主要措施是 实施 天然气储备。 地下储气库容量大，储气压力高，储气成本低，是当今世界天然气的主要储存方式。天然气地下储气库已经成为天然气输配系统的重要组成部分，是季节安全调峰，确保连续平稳供气的重要工程。 随着我国天然气产量的进一步增加以及其在工业和日常生活中的日趋普遍，完善天然气管网、建造地下储气库已经成为发展我国天然气工业的重要组成部分。我国上世纪 90 年代开始了大规模的天然气管网建设工程 。 1999 年，陕京管道筹建以后，我国建设了第一座天然气地下储气库，即大张坨储气库，这座储气库的建设对京津冀地区的调峰与供气保障起到了重要意义。后来，我国又建立了金坛储气库，这是我国第一座盐穴储气库，这座储气库的建立为长江三角洲地区的调峰与供气工作做出了较大贡献。 2011 年，我国开始建设商业储气库，商业储气库的投入与建设一直都没有停止， 2013 年与 2014 年仍然在投入建设，对很多地区的调峰与高峰值量供暖起到了重要作用 。 我国目前投产的天然气地下储气库梳理 本文中梳理了 部分现已投产的重要的天然气地下储气库的基本 信息，作为天然气基础设施研究报告的构成之一。 下表 总结了截至 2019 年年初我国已投产、在建及规划建设的地下储气库。就目前而言，我国已投产的地下储气库（群）有 15 个，其中所属单位以中石油为主，中石化仅有 2 个 。 主要原因是储气库一般依附于长输管道而建，前文中也提到 了原因， 当输气干线发生突发性重大自然灾害或管道泄漏等事故造成短时间供气中断时， 地下储气库 还可兼作应急后备气源 ，因此已投产的地下储气库多为陕京线，西气东输线及川气 东送线的配套设施，又因为长输管道线多以中石油投资建造为主， 所以 ，中石油运营着绝大部分的地下储气库。 此外 香港中华煤气与中盐金坛盐化有限责任公司合作，建设了我国城市燃气首个大规模盐穴储气项目，也是全国第一个商用盐穴天然气储气库。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 7 / 16 据国家统计局 2017 年中国天然气 表观 消费量为 2393 亿立方米 ， 2017 年全国采暖季（ 11 月 -来年 3 月）的天然气表观消费量为 1134 亿立方米 ，目前已投产的地下储气库的调峰气量大约为 165 亿立方米， 地下储气库工作气量仅占年消费量的 6%， 占采暖季消费总量的 15%，远远低于部分发达国家的水平 。 我 国的天然气消费呈现出三个主要的特点：一是季节用气一直波动较大，以北京为代表，冬季用气量能够达到夏季的 4-10 倍；二是中国的天然气资源市场距离很远，气田在西部、市场在东部，管道长度超过 4000km；三是进口气量比例高， 2017 年全年，中国天然气进口量为 920 亿方，对外依存度在 40%左右。因为这样的特点，中国天然气消费的调峰保供任务艰巨，难度大，这对进一步强化能源储备提出了迫切要求。 表 1： 我国天然气地下储气库 位置 储气库 连接网管 所属公司 设计气量 （亿立方米） 调峰气量 （亿立方米） 已投产 环渤海 华北苏桥储气库（群） 陕京二三线 中石油 69 23.32 大港板桥储气库 陕京一线 中石油 67.38 30.3 京 58 储气库 陕京二线 中石油 16.8 7.5 大港板南储气库 陕京二线 中石油 10.13 4.27 长三角 苏北刘庄油田气库（群） 西气东输 中石油 4.55 2.45 金坛地下储气库 西气东输 中石油 23.99 7.5 金坛储气库一期 川气东送 中石化 4.59 2.8 港华金坛盐穴储气库一期 与中石油管网联通 港华燃气 1.5 0.88 东北 大庆喇嘛甸储气库 - 中石油 25 3.7 东北 辽河油田双 6 储气库 大沈线、秦沈线、营口盘锦联络线 中石油 36 16 中西部 陕 224 储气库 靖边末站 -陕224 集注站双向输气管道 中石油 10.4 5 西南 重庆相国寺储气库 - 中石油 42.6 22.8 西北 新疆呼图壁储气库 西气东输二线 中石油 117 36 中南 中石化中原文 96 榆济管道 中石化 5.88 2.95 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 8 / 16 已投产总计 约 454 约 165 在建 中原文 23 储气库 - 中石化 104 广华储气库 - 中石化 34.5 已投产 +在建总计 约 593 规划在建 黄场储气库 - 中石化 52 金坛储气库二、三期 - 中石化 11.8 平顶山储气库 - 中石油 18 麻丘储气库 - 中石油 18.4 云应盐穴储气库 - 中石油 8.5 淮安储气库 - 中石油 12.2 陕 45 井区储气库 - 中石油 120 港华金坛储气库（二期） - 港华燃气 10 已投产 +在建 +规划在建总计 约 850 数据 来源： 公开资料 华泰期货研究院 一、 环渤海 区域 大庆油田 大港板桥储气库 （ 群 ） 中石油运营 的 大港板桥储气库 ， 位于天津市大港油田， 是国内 20 世纪 90 年代末启动建设的第 一 批气藏型储气库 。 大张坨 是大港板桥储气库群第一个开始建设的地下储气库，于 1998年开始建设 ， 2000 年投产运行 产， 并 带动了周边 5 座储气库建设， 截止到 2013 年 形成了 有6 座储气库的 大港板桥储气库群 。 其 设计总库容量 69 亿立方米，工作气量 30 亿立方米，采气日处理能力 3400 万立方米、日注气能力 1755 万立方米，为北京地区冬季调峰保供发挥了重要作用 。 其中大张坨储气库是陕京一线 我国建设的第一条天然气长输管道 的配套储气库，大张坨储气库的投产保障了北京地区供气的稳定 ，大港板桥储气库 连接陕京 二 、三号线 ， 承担京津冀地区天然气“错峰填谷”任务，对北京地区冬季调峰保供发挥了重要作用 。 华北油田 苏桥储气库群 苏桥地下储气库群由苏 4、苏 49、顾辛庄及苏 1、苏 20 四座地下储气库组成，其中苏 4 储气库和苏 1、苏 20 储气库位于河北省霸州市境内，苏 49 和顾辛庄储气库位于永清县境内，主要服务京津冀地区， 可以满足京津冀地区城市用气和季节调峰需求 。 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 9 / 16 其 总有效库容 67.38 亿立方米，设计工作气量 23.32 亿立方米 /年，是华北油田自行设计、建设的首座地下储气库群，也是目前世界上最深的储气库群，库群平均深度在 4900 米以上。时间线上， 2013 年 6 月，苏 1、苏 20 两座储气库一期注气试运投产，同年 12 月苏 4 储气库采气投产， 2016 年 3 月 并入陕京二线、三线，向北京供气 ， 2016 年 10 月苏 49 储气库注气投产 ， 2018 年 9 月顾辛庄储气库注 气投产， 苏 桥储气库群 5 座储气库全部投入使用。 京 58 储气库 京 58 储气库群 位于 河北省廊坊市永清县别古庄镇 ， 距离北京最近的地下储气库群，是 保障了 向北京安全平稳供气的重点工程， 陕京输储配气系统的重要组成部分， 于 2010 年投产使用。 由 3 座储气库 构成 ，肩负着季节调峰供气、应急保障供气和日常削峰填谷平衡管网压力三大重任，对保障华北地区稳定供气具有重要意义。 京 58 储气库 由京 58、永 22 和京 51 三个地下储气库组成， 设计气量为 16.8 亿立方米， 建成后平均调峰供气能力可达每日 6000 万立方米， 其中 永 22 断块库容达 6 亿立方米，工作气量 3 亿立方米；京 51 断块库容达 1.2 亿立方米，工作气量 0.6 亿立方米；最大的京 58 断块库容达 11.5 亿立方米，工作气量 3.9 亿立方米。该储气库群 还仅 仅是中石油华北储气库项目11 个规划库群的一部 。 大港板南储气库 大港板南储气库 位于 天津市大港油田 ， 于 2014 年 6 月投产， 是陕京二、三先配套建设的地下储气库。 大港板南储气库 的投产 有效缓解 了 京津冀地区天然气供应紧张局面，作为大港油田自主建设和管理的第一座储气库，是京津冀地区天然气季节调峰的重点工程之一 。 其 设计总井数 18 口，库容量 10.13 亿立方米，工作气量为 4.27 亿立方米。冬季用气高峰期间，储气库峰值日采气量可达 427 万立方米。 大港板桥储气库在用气低峰期，利用陕京二三线来富裕气量经双向输气管道输至板南储气库集注站，后经过滤分离后进入注气压缩机增压，增压后的天然气通过注采管道注入地下储存。在采气期，用气高峰期，自地下储气库采出，经双向输气管道输至港清三线大港末站，经分配后供给天津市、滨海新 区后渤海新区、沧州地区等地，或者输至港清输气系统后汇入陕京输气系统。 二、 长三角 区域 华泰期货 |天然气专题 2019-03-29 10 / 16 苏州 金坛 盐穴储气库 -西气东输管道工程配套天然气地下储气 库 金坛 盐穴储气库 位于江苏省常州市金坛区，是西气东输管道工厂的重点配套工程， 为西气东输重要的储气源。 盐穴储气就是把盐矿开采完毕以后形成的巨大的空腔改造加工后用来储存天然气，地下盐腔的再利用大大节约了土地资源， 此外， 相比传统的废弃油气田储气场，盐穴储气安全性更高，采气速度快，优势突出。 该储气库是 利用金坛盐矿 6 口老井溶腔，此外再新建 57 口井溶腔 ，其总面积 达 6.41 平方公里 。 整个储气库的建设分为两期实施， 2010 年前为一期工程， 20112020 年为二期工程 ，目前一期工程已经投产使用。 其中一期设计气量 为 23.99 亿立方米，调峰气量 为 7.5 亿立方米 ，主要为 金坛及上海、杭州、南京等大城市服务 。 苏北刘庄油田气库（群） -西气东输管道工程配套天然气地下储气库 刘庄储气库是西气东输继金坛储气库后投产的第二座储气库， 位于苏北地区中部淮阴市 ，其 设计库容 4.55 亿立方米，工作气量 2.45 亿立方米，于 2011 年 10 月建成 投产 。 刘庄储气库 是西气东输一线冀宁联络线的配套工程，也是西气东输利用枯竭油气藏建设的第一个孔隙型地下储气库，深藏于地下 1000 米左右 。 主要为冀宁线用户季节调峰服务。在用气低谷期，冀宁线将富裕的天然气通过苏北淮 安分输站至刘庄气库双向输气管道输送至刘庄储气库集注站，经注气压缩机增压后注入刘庄储气库储存。到了用气高峰期，刘庄储气库储存的天然气由刘庄气库井场采出，在集注站脱水、脱烃处理后，通过淮安分输站至刘庄气库双向输气管道输至淮安分输站，汇入 西气东输冀宁线，参与冀宁线调峰供气。 金坛储气库一期 川气东送配套天然气地下储气库 金坛储气库是川气东送管道重要配套工程，储气库设计储气井 36 口，总库容 11.79 亿立方米，一期工程投产后库容量达 4.59 亿立方米，主要为苏、浙、沪两省一市用气进行季节性调峰和应急调峰， 对川气东送管 道 的稳定运行、季节调峰以及周边地区的安全可靠供气具有重要意义。 中盐金坛盐化有限责任公司探索盐盆地下溶腔综合利用，首先与中石油“西气东输”建设工程合作，于 2007 年建成亚洲第一个盐穴储气库。此后又与香港中华煤气合作，建成国内首个商业盐穴储气库。