中國儲能網(wǎng)訊：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)橐蛔叵履茉磧鋵殠臁?
在江蘇淮安的江蘇國能石油天然氣有限公司張興儲氣庫（以下簡稱張興儲氣庫）項目現(xiàn)場，科技日報記者看到，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，張興儲氣庫輸氣聯(lián)絡(luò)線完成施工并通過注氣排鹵試驗，標(biāo)志著張興儲氣庫一期工程完工。
自2023年10月試生產(chǎn)以來，張興儲氣庫已經(jīng)在地下鹽穴形成6億立方米的庫容，累計注氣量達(dá)1.6億立方米。儲存這1.6億立方米天然氣的地下鹽穴相當(dāng)于280個標(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空間，能高效實現(xiàn)能源的長期存儲與調(diào)峰，為破解國家能源大規(guī)模儲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氣庫，帶動了傳統(tǒng)鹽化工行業(yè)向鹽穴儲能新產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。”8月20日，江蘇省鹽業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡稱蘇鹽集團(tuán)）召開的“蘇鹽井神院士工作站鹽礦深地儲能成果發(fā)布暨學(xué)術(shù)研討會”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
“鹽穴儲氣庫就像一個深埋地下的‘高壓氣罐’?！睏畲汉拖蛴浾呓榻B，要建設(shè)鹽穴儲氣庫，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（以下簡稱蘇鹽井神）與中國石油集團(tuán)儲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（以下簡稱江蘇國能），負(fù)責(zé)張興儲氣庫項目的建設(shè)與運(yùn)營。
與眾不同的是，張興儲氣庫項目首創(chuàng)連通井鹽穴儲氣庫造腔技術(shù)。
“所謂連通井，指的是向地下鹽礦中同時打兩個垂直方向鹽井，并在地下水平方向?qū)删蛲ǎS后注入淡水、溶解鹽礦，在兩端形成一個充滿鹵水的類似U形管的地下空間?！苯K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，遠(yuǎn)超單井的100方/小時，且鹵水氯化鈉含量超過300克/升，較單井的290克/升也更高?！?/span>
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，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?！笔╁a林介紹，團(tuán)隊同時建立鹽礦注水溶鹽過程中的不溶物動態(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)計工具的局限。
經(jīng)過系列技術(shù)的攻關(guān)，張興儲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)大儲氣規(guī)模、提升建庫經(jīng)濟(jì)性，是團(tuán)隊面臨的第二道難題。
“團(tuán)隊率先提出利用沉渣儲氣的技術(shù)構(gòu)想，采用首創(chuàng)的低位排鹵技術(shù)實現(xiàn)儲氣擴(kuò)容，解決這個難題?！笔╁a林介紹，團(tuán)隊首先通過建庫沉渣空隙檢測評價體系，給沉渣層做了一次精細(xì)的“CT掃描”，并通過巖心實驗和測井技術(shù)精準(zhǔn)測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，同時模擬氣、液、固三種物質(zhì)在沉渣中的復(fù)雜互動，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’?！敝袊茖W(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員李銀平打了個比方，“鹽穴里有沉渣，類似于大水缸里堆了很多砂石，團(tuán)隊借鑒‘司馬光砸缸’的智慧，在鹽穴沉渣的底部建立一個通道，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?！?/span>
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%，同時墊底氣比例從40%降低到20%，顯著提升了儲氣庫的儲氣能力。
在如今的張興儲氣庫，每年4月至10月的用氣低谷期，是其注氣的儲氣期，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、高效地從儲氣庫采集天然氣？劉正友介紹，團(tuán)隊創(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擠壓出來；壓力不足時，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，整個過程通過“以注保采、氣液置換”的方式，將腔體壓力波動控制在極小范圍內(nèi)，從而保障儲庫的力學(xué)穩(wěn)定性。
“目前，儲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年計劃注氣量4億立方米，計劃采氣量1.5億立方米?！闭驹诮K國能的指揮大廳中，劉正友滿懷信心地與記者分享儲氣庫的應(yīng)用前景。
在張興儲氣庫的地下，越來越多的天然氣正匯集到這座世界首座連通井鹽穴儲氣庫中。
深地儲能，正在千米之下，厚積薄發(fā)。
