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鹽穴，鹽礦經過注水溶解、開采后形成的地下空間，如今正蝶變為一座座地下能源儲備寶庫。
在江蘇淮安的江蘇國能石油天然氣有限公司張興儲氣庫（以下簡稱張興儲氣庫）項目現場，科技日報記者看到，天然氣與鹵水在地下空間的輾轉騰挪，變換為顯示大屏上閃爍的一組組數據。
前不久，張興儲氣庫輸氣聯絡線完成施工并通過注氣排鹵試驗，標志著張興儲氣庫一期工程完工。
自2023年10月試生產以來，張興儲氣庫已經在地下鹽穴形成6億立方米的庫容，累計注氣量達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于280個標準游泳池的總容積，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，能高效實現能源的長期存儲與調峰，為破解國家能源大規模儲備難題提供重要方案。
然而，我國鹽穴開發利用并非一蹴而就。
“我國鹽礦的鹽層薄、夾層多、雜質含量高，一些外國專家一度認為我國不可能建成地下儲氣庫。但經過我們十多年的科技攻關，目前已經形成了連通井鹽穴高效建庫和沉渣空隙儲氣擴容的‘中國方案’，在淮安建成了世界首座連通井鹽穴儲氣庫，帶動了傳統鹽化工行業向鹽穴儲能新產業的轉型升級。”8月20日，江蘇省鹽業集團有限責任公司（以下簡稱蘇鹽集團）召開的“蘇鹽井神院士工作站鹽礦深地儲能成果發布暨學術研討會”中，中國工程院院士楊春和自豪地說。
首創“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’。”楊春和向記者介紹，要建設鹽穴儲氣庫，首先要向地下數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），負責張興儲氣庫項目的建設與運營。
與眾不同的是，張興儲氣庫項目首創連通井鹽穴儲氣庫造腔技術。
“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，并在地下水平方向將兩井打通，隨后注入淡水、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。”江蘇國能董事長劉正友介紹，連通井造腔結束后，再從地面插入一根長長的排鹵管柱進入連通井的底部，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。
相較于傳統的單井造腔，連通井造腔過程中生產的鹵水更多、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能力達250方/小時，遠超單井的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。”
在進行連通井造腔的過程中，蘇鹽井神、中國科學院武漢巖土力學研究所、江蘇省制鹽工業研究所有限公司等單位組成的科研團隊，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，建構出地下“儲氣罐”的三維形態。
建庫過程中，如何溶蝕更多的鹽巖中的雜質，成為團隊面臨的一大難題。中國科學院武漢巖土力學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，團隊通過自主研發的難溶夾層溶漓技術，用制堿鈣液促進鈣芒硝的溶解，提升難溶夾層的溶蝕成功率。”施錫林介紹，團隊同時建立鹽礦注水溶鹽過程中的不溶物動態堆積模型，構建連通井全井段腔體形態仿真模型，開發連通井水溶造腔仿真軟件，打破了連通井造腔缺乏設計工具的局限。
經過系列技術的攻關，張興儲氣庫的連通井造腔周期縮短50%。劉正友介紹，采用傳統單井單腔技術溶解40萬立方米的固體鹽，通常需要4至5年，而連通井技術只需要約2年。
受“司馬光砸缸”啟發，利用沉渣空隙增大儲氣空間
盡管連通井造腔技術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，如何擴大儲氣規模、提升建庫經濟性，是團隊面臨的第二道難題。
“團隊率先提出利用沉渣儲氣的技術構想，采用首創的低位排鹵技術實現儲氣擴容，解決這個難題。”施錫林介紹，團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的“CT掃描”，并通過巖心實驗和測井技術精準測算出這些碎屑中有多少空隙可以用來存氣；其次，運用多相運移模型，同時模擬氣、液、固三種物質在沉渣中的復雜互動，預演注氣排鹵全過程。
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。
“底部排鹵有點類似‘司馬光砸缸’。”中國科學院武漢巖土力學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入沉渣的空隙。”
劉正友介紹，采用低位排鹵技術，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，團隊創新采用了“三段式”保壓運行方法：“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氣形成氣墊，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，從而保障儲庫的力學穩定性。
“目前，儲氣庫的日注氣能力達600萬立方米，日采氣能力達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。”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氣庫的應用前景。
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。
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