中国天然气工业跨越发展
天然气是指赋存在地层中的烃类和非烃类气态混合物，以CH4为主，含有少量CO2、H2S、N2等非烃类气体，通常是油田伴生气或气层气。天然气无色、无味、无毒，易散发、热值高，是良好的燃料和清洁的化石能源。天然气也是重要的工业原料，广泛用于制造氮肥、炭黑、化学药品和液化石油气等，合成乙烯、丙烷、丁烷等化工品。
1.天然气与石油、煤炭、新能源“四分天下”
21世纪，随着世界能源结构的变化，煤炭发展进入“转型期”，石油发展迈入“稳定期”，天然气发展步入“鼎盛期”，新能源发展渐入“黄金期”。在世界能源消费结构中，石油占比34%、天然气占比24%、煤炭占比27%、新能源占比15%，形成“四分天下”的能源格局。
2.世界天然气工业历经百年发展史
自1921年以来，世界天然气工业历经了100年的发展史，主要有初始期、成长期、跨越期和革命期四个阶段。全球天然气产量快速增长，从1921年的200亿方快速增长至2019年的4.11万亿方。特别是2006年以来，美国页岩气革命带动了全球非常规天然气的发展。
大气田是全球天然气产量快速增长的主要贡献。2019年全球天然气产量4.11万亿方，同比增长6%，超过近十年平均增速（2.7%）。全球探明剩余可采储量205万亿方，储采比51，近30年全球储采比均维持在50以上。目前，全球共发现气田约4400个。2019年，产量50亿方以上气田104个，总产量1.97万亿方，占全球产量的48%；产量10亿方以上气田327个，总产量2.51万亿方，占全球产量的61%。
大盆地在全球天然气生产中担当大角色。全球前十大天然气盆地探明可采储量达106.9万亿方，占全球储量的33%。波斯湾盆地、西西伯利亚盆地和阿姆河盆地是全球前三大天然气盆地，储量与资源量规模远超其它盆地。三大盆地探明可采储量83.3万亿方，占全球储量的26%，2019年产量9441亿方，占全球产量的24%。
生产大国对全球天然气产量增长的贡献持续增强。世界十大产气国天然气产量份额逐年上升，2019年达71%。其中，美国和俄罗斯占全球产量的41%，中国产量为1762亿方，占全球产量的4.3%，位列世界第六大产气国。
储运技术进步助推天然气贸易全球化。液化天然气（LNG）成套技术使天然气远洋运输和全球贸易成为现实。2019年，世界天然气管道贸易量8596亿方、LNG贸易量4966亿方。未来，LNG在天然气工业中的市场份额将进一步增加，LNG罐箱运输克服天然气管网储气调峰能力不足等缺点，利用公路、铁路等海陆通道实现“一罐到底”的多式联运，助力全球LNG物流模式升级，解决天然气供应“最后1公里”的难题。
本世纪中叶将进入天然气“鼎盛期”。据预测，2030年天然气消费量将超越煤炭，2040年将超越石油，成为向非化石能源发展路上最主要的能源，世界将在本世纪中叶进入“天然气时代”。2019年9月17日，第三十届国际天然气技术大会在西班牙巴塞罗那召开，提出了“天然气是新能源共生共荣的最佳伙伴”，进一步明确了天然气在未来能源发展中的重要地位。
3.中国天然气产业跨越发展
建国以来，我国天然气工业取得了重大成就，实现了从解放初期的“一穷二白”到现在“能源科技强国与生产大国”的成功跨越。1949年，我国天然气年产量仅0.1亿方，2019年天然气年产量1762亿方，跃居世界第六大产气国。70年来，中国天然气工业经历了发展起步、缓慢增长、快速增长“三个跨越发展阶段”，目前已初步形成天然气“产运储销”体系。
天然气发展支撑“中国蓝”
1.英国“气代煤”战略：大力发展天然气
20世纪以来，气候与环境问题逐渐受到关注。1952年12月，著名“伦敦大雾”事件导致4700多人因呼吸道疾病死亡，后又有8000多人死于非命，成为20世纪世界十大环境公害事件之一。其后，英国通过实施“气代煤”战略，制定了《英国能源改革法案》，强力保障政策落地，大幅减少煤炭使用，大力发展天然气。50年间，英国煤炭消费从1965年的1.3亿吨油当量降至2018年的760万吨油当量，煤炭在能源消费结构中的占比由65%降至4%。同时，清洁能源消费量从2012年的517万吨油当量快速增长至2018年的1.2亿吨油当量，增长22倍。自此，英国从“雾霾时代”步入“蓝天时代”。
2.天然气工业助推“美丽中国”建设
2014年初，我国华北及中东部地区被雾霾笼罩，环境状况与1952年的伦敦极其相似，不清洁的能源结构是一部分原因。2018年，我国能源消费总量26.4亿吨油当量，其中煤炭、石油、天然气和新能源分别占比68%、7%、6%和19%，呈现“一大三小”特征。
党的十八大报告指出：把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。在“绿色发展、循环发展、低碳发展”理念指导下，大力发展天然气成为中国清洁能源发展战略。经过一系列治理措施，2019年北京空气质量PM2.5年均浓度为42μg/m3，全年重污染日仅4天，创2013年监测以来最低值，效果显著。
3.天然气产量和消费量快速增长
新世纪以来，我国天然气消费呈爆发式增长，从2000年的253亿方到2019年突破3000亿方，但与世界平均水平仍有差距。据统计，2019年我国天然气在一次能源消费中占比仅为7.3%，远低于世界23.9%的平均水平；人均年用气量仅为202方，不足世界平均484方的50%，更是低于美国（2270方/年/人）、俄罗斯（2970方/年/人）等国家。据预测，2035年我国天然气市场需求量将达7000亿方，对外依存度或将突破60%。
4.中国天然气供应安全面临“四大挑战”
一是进口通道受制于人，进口气可能因多种因素发生不定期减供；二是消费市场与资源地距离远，我国主要天然气消费在东部沿海，而主力气区远在中西部，穿越地貌复杂地区，存在中断风险；三是极端天气频繁出现，如2004年、2008年、2017年极寒天气和2009冰雪灾害等，用气量陡增，短期天然气供应不足；四是储气调峰能力不足，季节峰谷差大，面临夏季无处存储、冬季难以增供的困局。
地下储气库保民生保安全
储气库是天然气工业“产供储销”体系中的重要环节，其作用不可替代。2020年4月，因疫情导致全球油气消费量下降，到港油气无处储存，约1650万吨LNG因无法接收而被迫“浮动储存”于海上，储气库将大有作为。
1.地下储气库：天然气工业的“粮仓”和“银行”
早在上世纪50年代，美国和国际天然气联盟（IGU）先后提出地下储气库的定义。美国认为，地下储气库是用具有密闭盖层的地下盐丘或枯竭油气藏储存天然气，供后续使用。国际天然气联盟认为，地下储气库是用来注入和采出地下储存天然气的地下和地面设施。中国地下储气库研究始于1998年，时任中国石油勘探开发研究院廊坊分院副院长的马新华教授，组建了我国第一支地下储气库攻关研究团队。在马新华教授的带领下，中国储气库科技工作者出版了国内第一本储气库综合性专著《中国天然气地下储气库》，首次明确提出了适合我国特点的地下储气库定义：地下储气库是将天然气重新注入天然或人工的地下构造中，形成的一种人工气田或气藏。
地下储气库包括气藏型、含水层型、盐穴型、矿坑型四种类型，具有季节调峰、应急保供、战略储备和市场调节四大功能，可以在极寒天气保温暖、极端条件保安全、减供期间保生产，发挥了保民生、保安全等重要作用。2017年，我国北方地区遭遇极寒天气，中亚进口气突发减供，储气库在关键时刻快速增加应急供气2000～5000万方，为千家万户带来了温暖。“俄乌斗气”危机中，乌克兰利用350亿方地下储气库储备能力，多次成功化解断供危机，保证了极端条件下的天然气供应安全。2020年疫情期间，我国天然气需求骤减，管道压力陡增，储气库发挥应急储气作用，日均注气2000万方，保障了气田的平稳生产，确保了进口购气合同正常履约。
2.世界储气库工业已有百年发展史
自1915年全球建成第一座储气库以来，储气库已走过百年发展史。总体来看，发展历程主要分为三个阶段：一是发展初期，主要部署在重点消费市场区、进口气管道沿线；二是快速发展期，主要部署在重点消费市场区，兼顾战略储备；三是平稳发展期，与天然气产区、市场、管网协调配套。
目前，全球共有地下储气库近700座，工作气量超4000亿方，占天然气消费总量12%，主要分布在北美、欧盟、独联体三大地区。其中，美国近400座，工作气量超1300亿方；俄罗斯20余座，工作气量超700亿方；欧盟近150座，工作气量超1000亿方。从储气库类型来看，气藏型储气库是建设主体，工作气量超3000亿方，约占全球总工作气量的80%，采气能力近50亿方/天，约占全球采气能力的60%。
世界最大气藏型储气库（Severo-Stavropolskoe）位于俄罗斯，于1979年建成投产，工作气量240亿方，最大注气能力1.48亿方/天，最大采气能力1.66亿方/天。世界最大含水层型储气库（Kasimovskoe）位于俄罗斯，库容220亿方，工作气量120亿方，最大采气量1亿方/天。世界最大盐穴型储气库（Etzel）位于德国，包括盐腔51个，总工作气量45亿方，最大采气能力1.2亿方/天。
3.中国储气库工业面临“四大挑战”
国外以浅层简单构造、高渗气藏为主的建库理论和技术已基本成熟。但中国地质条件独特、复杂，建库对象以中深层复杂断块、非均质低渗气藏为主，国外建库理论和技术无法满足需求，我国复杂地质条件储气库建设是世界级难题。
我国储气库建设主要面临四大挑战：一是选址无理论，利用复杂气藏建设储气库，必须解决密封问题，建立评价指标体系，否则将面临无库可选的困局；二是设计无方法，国外设计方法不适用于我国复杂储层建库，必须攻克短期高速注采渗流机理，提高设计精度；三是建库无技术，深层钻井、固井技术存在瓶颈，地面核心装备依赖进口；四是安全风险呈现“点多面广”的特点，识别定位管控难。可以说，在我国复杂的地质条件下，建成一座储气库的难度是寻找一个气田的数倍。
4.我国复杂地质条件储气库四大理论技术创新
1998年，原中国石油勘探开发研究院廊坊分院组建了全国首个储气库研究项目组，拉开了我国地下储气库研究的序幕。中国石油集团公司在2005年正式成立储气库研究中心，2013年建成储气库重点实验室，2017年成立储气库分公司，2019年成立储气库专标委和储气库评估中心，为我国储气库研究与建设奠定了基础。
自2000年以来，马新华教授带领中国储气库科研团队，依托国家课题和中国石油集团公司重大专项，组织24家“产学研用”单位，针对“四大挑战”，围绕选址、设计、建设和安全运行，不断开展复杂地质条件下建设地下储气库基础理论研究、关键技术攻关和核心装备研发，开创了复杂地质条件储气库理论技术体系。
在马新华科研团队持续20年攻关下，创新了我国复杂地质储气库“四大理论技术”：一是储气库选址评价地质理论，创建了复杂地质条件储气库选址评价理论和技术指标体系，实现了复杂断块储气库科学选址，在全国范围内优选储库58座，调峰潜力达1000亿方；二是复杂地质条件储气库优化设计技术，创建了复杂地质条件储气库高速注采渗流理论和优化设计方法，库容设计精度和工作气利用率提高了15%以上；三是创建了复杂储气库工程建设技术，研发了核心装备，实现了世界最深储气库成功固井，研制出我国首台高压高转速往复式注气压缩机组，解决了核心装备依赖进口的“巨大”难题；四是储气库安全运行管控技术，构建了地质体-井筒-地面“三位一体”的储气库风险管控体系，确保储气库“零事故”安全运行20年。“四大理论技术”改变了我国储气库“选址无理论、设计无方法、建设无技术、管控无手段”的困局，引领了世界复杂地质条件储气库技术的发展，总体达到国际领先水平，为中国地下储气库大规模建设奠定了基础。
5.建成储气库27座，调峰能力超百亿方
近年来，我国储气库建设取得了重大成就。2000年，在天津大港建成我国第一座商业储气库——大张坨储气库；2007年，在江苏金坛建成我国第一座盐穴储气库——金坛储气库；2013年，在新疆昌吉建成亚洲最大气藏型储气库——呼图壁储气库；2014年，在河北廊坊建成世界最深气藏储气库——苏桥储气库。截至2019年，我国已建成储气库27座。其中，中石油23座，中石化3座，港华燃气1座。年调峰能力130亿方，结束了我国“有气无库”的历史，地下储气库在历年调峰保供中发挥了主体作用，支撑了我国东北、西北、西南一批枯竭气田改建成地下储气库，为资源型城市转型升级提供了新的增长点。
6.建设千亿方级储备能力是国家能源安全战略
2018年，国家发改委出台了《关于加快储气设施建设和完善储气调峰辅助服务市场机制的意见》，要求供气企业、燃气企业和地方政府在2020年建成不低于年消费量10%、5%和3天的调峰储备能力。2020年，政府两会工作报告进一步要求推动煤炭清洁高效利用，发展可再生能源，完善石油、天然气、电力产供销体系，提升能源储备能力。未来，我国储气库建设将按照“统筹规划、分步实施，政企并举、共同发展，调峰为主、战略为辅，气藏为主、其余为辅”的总体发展思路，逐步建成1000亿方调峰能力。
地下储气库是天然气工业的“粮仓”和“银行”，在天然气“产供储销”体系中不可或缺，在应对突发供气短缺事件中作用不可替代。四大复杂地质条件储气库理论技术创新，助推中国储气库高效建设与安全运行，有力支撑了我国地下储气库大规模建设，结束了我国“有气无库”的历史。未来千亿方级储气能力建设，将大幅提升能源储备能力，为中华民族伟大复兴夯实国家能源“安全底气”。
