利用鹽穴儲存油氣的研究

楊 睿，湯 元，汪金盾，呂 軍

（后勤工程學(xué)院，重慶 401311）

利用鹽穴儲存油氣是人類在油氣儲存上的一項重要創(chuàng)新，盡管歷史不長，但在世界不少國家，尤其是在歐美等發(fā)達國家得到了大量運用，并取得了很好的社會效益。鹽穴就是鹽礦開采后留下的鹽礦洞，體積巨大，且密封良好。人們利用鹽穴圍巖具有低孔隙率、鹽性致密、非滲透性，在一定的壓力條件下重結(jié)晶的特性，儲存原油、燃油、乙烯、液化氣以及其它液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品，還可以在人口稀少的地區(qū)利用鹽穴進行深層封存放射性核廢料。巖鹽礦物成份中鈉鹽含量高，易溶于水。鹽穴儲庫就是通過地下水或人工注水溶解礦物鹽，形成符合設(shè)計規(guī)范的能夠儲存固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等物質(zhì)的腔體。

1 利用鹽穴儲存油氣的自然條件優(yōu)越

鹽穴儲庫通常選擇在鹽層厚、分布穩(wěn)定、無斷層影響、夾層較少的鹽丘或鹽層上，并且要具備足夠大的巖鹽體積，其厚度一般大于50米，含鹽品位一般在80以上，而且水不溶物殘渣含量要低，既能滿足建設(shè)單腔體鹽穴儲庫的要求，又要滿足建設(shè)鹽穴儲庫群的需要。我國地下巖鹽資源豐富，分布范圍廣。鹽礦埋藏于地下數(shù)十米至上千米處，礦體一般呈層狀、似層狀及透鏡狀，礦床平緩，品味一般比較高，礦石易溶于水。它的形式和規(guī)模因地質(zhì)條件的不同而存在差異，多為圓柱形、球形和鈴鐺形。我國主要巖鹽礦分布在山東、河南、陜西、湖北、江蘇、安徽、四川、云南等地，在陜西省榆林探明的特大型巖鹽礦床，其潛在資源量超過了國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的巖鹽儲量的總和，西北地區(qū)也有已經(jīng)開發(fā)和未開發(fā)的大型鹽礦。這些地區(qū)基本上滿足了油氣儲備基地所要求的進出油氣方便、道路暢通、便于利用等原則，可為儲存和分配油氣資源提供便利條件，并且大部分地區(qū)鹽層分布穩(wěn)定，鹽層厚度較大，利于建造鹽穴油氣儲庫。例如處于蘇南經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的金壇鹽礦，鹽巖礦床平面形態(tài)呈腎狀分布，分布面積60多平方千米，鹽巖層埋深800米至1 200米，鹽巖層厚度67.85米至245米，氯化鈉儲量125.3億噸，礦石儲量162.4億噸。由于金壇鹽礦具備了鹽巖分布穩(wěn)定、鹽層埋深適中、鹽層厚度大、內(nèi)部夾層少、鹽層品位高、頂板為巨厚堅硬玄武巖層，封閉性好，后期構(gòu)造也不易對礦體造成破壞等有利地質(zhì)條件，加上有充足的造腔水源和優(yōu)越的地理位置，因此，當時金壇鹽穴成為我國“西氣東輸”管道工程建設(shè)的主要儲氣庫的首選目標。

2 利用鹽穴儲存油氣的技術(shù)應(yīng)用成熟

在國外利用鹽穴儲存油氣的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，世界上第一座鹽穴儲氣庫的建成使用距今已經(jīng)超過90年，利用其儲存戰(zhàn)略石油儲備也有近50年的歷史。近幾年來，我國引進、消化和吸收國外技術(shù)和經(jīng)驗，并結(jié)合我國實際不斷研究、探索和實踐，也已經(jīng)完全掌握利用鹽穴儲存油氣的技術(shù)?？偟膩碚f，利用鹽穴儲存油氣我國還處于起步階段，我國第一個“西氣東輸”工程中的金壇鹽穴地下儲氣庫，已經(jīng)有五處鹽穴分別注入了15萬至20萬立方米天然氣。中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院歷時兩年完成的《國家石油儲備基地金壇地下鹽穴儲備庫可行性研究報告》，確定了在金壇利用12個已有溶腔，改建成250萬立方米戰(zhàn)略石油儲備庫的方案。此方案通過評估驗收，已作為國家第二期戰(zhàn)略石油儲備庫在金壇布點的重要依據(jù)。在鹽穴儲庫地質(zhì)條件評價技術(shù)方面，我國主要進行了地球物理、巖鹽巖石力學(xué)、巖鹽物質(zhì)組成、水不溶物等研究，為準確研究鹽穴儲庫地質(zhì)、篩選庫址目標提供了科學(xué)而有效的技術(shù)手段。其次，在建造鹽穴油氣儲庫的工藝技術(shù)方面，國外建造鹽穴儲氣庫最普遍采用的是單井采鹵成穴的方法，在巖鹽層或鹽丘中鉆成相互獨立的溶腔，經(jīng)注水溶解達到設(shè)計規(guī)模；我國主要采取注水正循環(huán)方式，通過中心管與中間管和中心管之間的環(huán)空注水循環(huán)采出鹵水，使鹽層部位溶蝕形成溶腔。有的設(shè)計單位和研究機構(gòu)早在20世紀70年代就展開了鹽穴油氣儲存機理、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的研究，形成了實用的鹽穴儲庫設(shè)計、建造及儲存技術(shù)。在圍巖結(jié)構(gòu)處理技術(shù)、圍巖裂縫處理技術(shù)、工藝自控優(yōu)化、操作管理等方面具有一定優(yōu)勢。

3 利用鹽穴儲存油氣的經(jīng)濟效益明顯

利用鹽穴儲存油氣具有建造成本及運行費用低的特點，據(jù)相關(guān)部門論證，在工程和水文地質(zhì)條件良好的地方建設(shè)鹽穴儲庫，鹽穴儲存容積可達到幾十萬立方米，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鹽穴儲庫規(guī)模將更大。最初在德國儲氣鹽穴剛開始時的最大允許容積是3.5萬立方米，后來增加到5萬立方米，目前已增加到70萬立方米。儲罐的個數(shù)減少勢必降低建造成本，據(jù)估算，建造5萬立方米的鹽穴地下油庫的投資費用要比在地面建造儲存能力相當?shù)膬τ凸薰?jié)省25%；建造儲氣罐的費用只相當于地面罐的5%。若是直接利用巖鹽開采所形成的鹽穴建庫，其投資費用更少。在法國和德國建造鹽穴油庫的造價一般為地面的三分之一至四分之一；在美國為五分之一，有的更低。在我國“西氣東輸”管線建設(shè)的關(guān)鍵配套工程，即我國首座鹽穴地下儲氣庫工程施工過程中，首次應(yīng)用注氣排鹵造腔技術(shù)，單井注氣排鹵歷時約4個月，由于沖洗系統(tǒng)充分利用了當?shù)氐囊呀ㄔO(shè)施，如取水系統(tǒng)、鹵水回收處理系統(tǒng)、注水變電站、站外管網(wǎng)等，節(jié)省建造成本約1 400萬元；排鹵部分的井口閥組，防爆泵、罐等設(shè)施均采用可拆卸和撬裝結(jié)構(gòu)，節(jié)省建造成本350萬元。同時，根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策和項目經(jīng)濟規(guī)模，對項目的固定資產(chǎn)投資額實行差別稅率征收，但對鹽穴油氣庫建設(shè)項目暫不征收固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅。鹽穴儲庫具有構(gòu)造完整、密封性好、可縮性大、堅固耐用、不易損壞、實際運行壽命長等特點，正常情況下，一座鹽穴的使用壽命約為35年左右。且只有少量地上設(shè)備，因此運行維護費用低，與地面儲庫相比，一般可減少30%的維護費用。因此，利用鹽穴儲存油氣具有很好的經(jīng)濟效益。

4 利用鹽穴儲存油氣的安全可靠性高

油氣是國家重要戰(zhàn)略性資源，油氣儲備已經(jīng)成為穩(wěn)定油氣供求關(guān)系的重要環(huán)節(jié)。利用鹽穴儲存油氣與現(xiàn)有油氣儲存方式相比安全可靠性更高，因此，被稱為“具有高度戰(zhàn)備安全的儲備庫”。由于油氣儲庫一般儲存著各種易揮發(fā)、流失、燃燒、爆炸，并有一定毒性的油氣，極易產(chǎn)生火災(zāi)、爆炸等事故，使國家財產(chǎn)遭受損失，所以，油氣儲存對安全性的要求特別高。鹽穴地下儲庫將油氣儲存于地下，油氣散失量小，操作運行時基本無油氣排放，大大降低了發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險；并且一個地下鹽穴的主要通道就是一口井，即使井口裝置遭到破壞，也不會造成儲存于地下的油氣大量損失。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，油氣設(shè)施等經(jīng)濟目標已成為重點打擊對象，也是恐怖分子襲擊的重點，地下巖鹽洞一般深度在200米以上，加拿大曾在薩斯喀徹溫省建造了用于儲存天然氣的鹽穴深度達l l28米，美國在密西西比建成了的鹽穴儲氣庫最深達2 042米。因此，抗轟炸能力非常強。據(jù)實驗，深6米而且有覆蓋物的油氣庫就能承受一般炸彈轟炸；深30米的地下油氣庫可以承受各種炸彈的直接命中。有資料表明，目前威力最大的導(dǎo)彈，其破壞力也僅限于地表以下30至40米的深度，這一深度不會影響鹽穴儲庫的安全性。所以，利用鹽穴儲存油氣，有利于保護油氣資源。

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