科技日报记者 金 凤
盐穴是盐矿经过注水溶解、开采后形成的地下空间，如今正蝶变为一座座地下能源储备宝库。
在江苏省淮安市的江苏国能石油天然气有限公司张兴储气库（以下简称“张兴储气库”）项目现场，科技日报记者看到，天然气与卤水在地下空间的辗转腾挪，变换为显示大屏上一组组闪烁的数据。
前不久，张兴储气库输气联络线完成施工并通过注气排卤试验，标志着张兴储气库一期工程完工。
自2023年10月试生产以来，张兴储气库已经在地下盐穴形成6亿立方米的库容，累计注气量达1.6亿立方米。储存这1.6亿立方米天然气的地下盐穴相当于280个标准游泳池的总容积，天然气储存量可供50万户家庭用气160天。
创新连通井模式，缩短建造周期
在中国工程院院士罗平亚看来，盐穴作为天然的地下存储空间，能高效实现能源的长期存储与调峰，为破解国家能源大规模储备难题提供重要方案。
然而，我国盐穴开发利用并非一蹴而就。
“我国盐矿的盐层薄、夹层多、杂质含量高，一些外国专家一度认为我国不可能建成地下储气库。但经过我们十多年的科技攻关，目前已经形成了连通井盐穴高效建库和沉渣空隙储气扩容的‘中国方案’，今年7月在淮安建成的世界首座连通井盐穴储气库，带动了传统盐化工行业向盐穴储能新产业的转型升级。”中国工程院院士杨春和说。
“盐穴储气库就像一个深埋地下的‘高压气罐’。”杨春和向记者介绍，要建设盐穴储气库，首先要向地下数百米至两千多米的盐矿钻井注入淡水溶解盐岩，建造出体积数十万立方米的盐穴，然后再注入高压气体排出卤水。
2022年，江苏省盐业集团有限责任公司旗下的江苏苏盐井神股份有限公司（以下简称“苏盐神井”）与中国石油集团储气库有限公司成立合资公司——江苏国能石油天然气有限公司（以下简称“江苏国能”），负责张兴储气库项目的建设与运营。
在此过程中，张兴储气库项目首创了连通井盐穴储气库造腔技术。
“所谓连通井，指的是向地下盐矿中同时打两个垂直方向盐井，并在地下水平方向将两井打通，随后注入淡水、溶解盐矿，在两端形成一个充满卤水的类似U形管的地下空间。”江苏国能董事长刘正友介绍，连通井造腔结束后，再从地面插入一根长长的排卤管柱进入连通井的底部，这时向两端盐井注入天然气，便可将卤水从溶腔底部经排卤管排出，而两口井的溶腔则可用于储存天然气。
相较于传统的单井造腔，连通井造腔过程中生产的卤水更多、含卤量更高。刘正友给记者算了一笔账：“连通井造腔的卤水生产能力达250方/小时，远超单井的100方/小时，且卤水氯化钠含量超过300克/升，较单井的290克/升也更高。”
在进行连通井造腔的过程中，苏盐井神、中国科学院武汉岩土力学研究所、江苏省制盐工业研究所有限公司等单位组成的科研团队，采用钻井、地震、声呐等方法，融合钻井轨迹、采卤历史、水溶造腔仿真技术，建构出地下“储气罐”的三维形态。
建库过程中，如何溶蚀更多盐岩中的杂质，成为团队面临的一大难题。“淮安盐盆中含有特殊盐岩成分钙芒硝，团队通过自主研发的难溶夹层溶漓技术，用制碱钙液促进钙芒硝的溶解，提升难溶夹层的溶蚀成功率。”中国科学院武汉岩土力学研究所副所长施锡林介绍，团队同时建立盐矿注水溶盐过程中的不溶物动态堆积模型，构建连通井全井段腔体形态仿真模型，开发连通井水溶造腔仿真软件，打破了连通井造腔缺乏设计工具的局限。
经过系列技术的攻关，张兴储气库的连通井造腔周期缩短50%。刘正友介绍，采用传统单井单腔技术溶解40万立方米的固体盐，通常需要4至5年，而连通井技术只需要约2年。
巧用沉渣空隙，扩容储气空间
尽管连通井造腔技术提高了盐穴建造速率，但盐穴中仍有大量不溶物堆积形成的沉渣，如何扩大储气规模、提升建库经济性，是团队面临的第二道难题。
“为此，团队提出利用沉渣储气的技术构想，采用首创的低位排卤技术实现储气扩容。”施锡林介绍，他们首先通过建库沉渣空隙检测评价体系，给沉渣层做了一次精细的“CT扫描”，并通过岩心实验和测井技术精准测算出这些碎屑中有多少空隙可以用来存气；其次，运用多相运移模型，同时模拟气、液、固三种物质在沉渣中的复杂互动，预演注气排卤全过程。
此外，团队还运用“高位注气—底部排卤”工艺，从盐穴顶部注气、从沉渣底部排卤。“底部排卤有点类似‘司马光砸缸’。”中国科学院武汉岩土力学研究所研究员李银平打了个比方，“盐穴里有沉渣，类似于大水缸里堆了很多砂石，团队借鉴‘司马光砸缸’的智慧，在盐穴沉渣的底部建立一个通道，就能排出沉渣空隙中的卤水，从而让更多天然气进入沉渣的空隙。”
刘正友介绍，低位排卤技术充分利用了沉渣空隙，使储气库的有效库容增加约20%，同时垫底气比例从40%降低到20%，显著提升了储气库的储气能力。
每年4月至10月是用气低谷期，江苏国能利用张兴储气库高效储气。而在11月至次年2月的用气高峰期，江苏国能则集中采气，供居民使用。
如何确保安全、高效地从储气库采集天然气？刘正友介绍，团队创新采用了“三段式”保压运行方法：“首先是用高压气体，将盐穴中的天然气自然地挤压出来。压力不足时，再从盐穴顶部注入氮气形成气垫，将天然气推出来。最后通过向盐穴底部注卤水，将剩余天然气顶出。”刘正友表示，整个过程通过“以注保采、气液置换”的方式，将腔体压力波动控制在极小范围内，从而保障储库的力学稳定性。
“目前，储气库的日注气能力达600万立方米，日采气能力达800万立方米。2025年计划注气量4亿立方米，计划采气量1.5亿立方米。”刘正友介绍。
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