淺析地質(zhì)條件對建造鹽穴型地下儲氣庫的影響

周紹榮　姜芹芹

摘 要：利用鹽穴建造地下儲氣庫，經(jīng)濟(jì)、高效、安全、環(huán)保，但是，建造區(qū)地質(zhì)條件對地下儲氣庫的建造、運(yùn)行等有非常重要的影響。一般情況下，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，規(guī)模大、埋藏適中、厚度大、品位高的鹽礦更適宜建造地下儲氣庫。

關(guān)鍵詞：鹽穴；儲氣庫；地質(zhì)條件；考量指標(biāo)

中圖分類號：TE972+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.115

20世紀(jì)40年代，在加拿大提出了利用鹽穴儲存液體和氣體的構(gòu)想；20世紀(jì)50年代早期，用鹽穴儲存LPG（液化石油氣）和其他輕烴的技術(shù)在北美地區(qū)和一些歐洲國家被迅速推廣。金壇鹽礦地下儲氣庫是我國第一個鹽穴儲氣庫，已于2006-03全面竣工，總體規(guī)模達(dá)到了有效調(diào)峰用氣量——1.0×109 m3，大大緩解了管道供氣面臨的調(diào)峰壓力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

建造鹽穴地下儲氣庫除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，安全、環(huán)保因素是最重要的考量指標(biāo)，而這些指標(biāo)會受建庫區(qū)地質(zhì)條件的影響和制約。通常情況下，鹽穴地下儲氣庫建造區(qū)應(yīng)滿足區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定、鹽礦分布范圍廣、鹽層埋深適中、鹽礦層質(zhì)量高和水源充足等基本地質(zhì)條件。

1 區(qū)域地質(zhì)條件的影響

1.1 區(qū)域構(gòu)造條件

巖鹽礦所在區(qū)域構(gòu)造活動的強(qiáng)弱與鹽穴儲氣庫庫址的篩選、儲氣庫鹽腔建設(shè)和儲氣庫平穩(wěn)、安全的運(yùn)行有極大的關(guān)系。

巖鹽沉積區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動相對比較弱，如果構(gòu)造平緩、斷層不發(fā)育，那么，整個地層的沉積就會變得平穩(wěn)，鹽層平面、立面的展布特征就會比較容易查明。這樣，儲氣庫勘探井所獲取得的資料就可以在較大范圍內(nèi)正確地外延，儲氣庫造腔形成的鹽穴也較為勻稱，用于地質(zhì)評價的勘探投資和儲氣庫建設(shè)的費(fèi)用也就相對較低；反之，如果巖鹽沉積區(qū)處在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜的斷層發(fā)育帶或其他構(gòu)造活動較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)，那么，沉積地層就相對復(fù)雜。受構(gòu)造的影響，巖鹽層平面、立面分布就會比較復(fù)雜，勘探井外推的范圍就會受構(gòu)造的限制，無法推測出整個鹽層的情況。由于巖鹽具有可塑性，鹽層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造會受構(gòu)造活動的嚴(yán)重擾動，當(dāng)巖鹽受到褶皺的擠壓或斷裂活動的影響時，巖鹽中的不溶物質(zhì)會聚合在巖鹽中，呈布幔褶皺狀分布，使得造腔方向無法控制。鹽腔的幾何形態(tài)不可預(yù)測，也會使得腔體的穩(wěn)定性評價變得困難。另外，無論是巖鹽層中還是鹽層上覆地層中存在的斷層，其對儲氣庫的密封性、安全性都是一種威脅，嚴(yán)重的可能因無法達(dá)到儲氣庫對氣密性、安全性的要求而無法使用。

1.2 區(qū)域地層條件

區(qū)域地層是巖鹽礦床的載體，它決定了鹽礦的基本地質(zhì)特征。了解了含鹽系地層的沉積時代，結(jié)合巖鹽礦床形成時的沉積環(huán)境和物質(zhì)來源等因素，分析出了巖鹽礦是海相沉積巖鹽礦床還是陸相沉積巖鹽礦床。

海相鹽礦具有規(guī)模大、埋藏深、品位高、組分單一、單礦層厚度大、成礦規(guī)模大和儲量豐富等特點(diǎn)，但是，其埋藏較深。埋藏較深的巖鹽受溫度和壓力的影響，具有一定的流動性和可塑性。在這種情況下，造腔的成本也會變高。陸相鹽礦埋藏較淺，礦床規(guī)模和分布面積一般要比海相鹽礦小，礦石品位相對海相鹽礦低一些，具有礦層層數(shù)多、單層厚度小、共生組分多和相變大等特點(diǎn)，對造腔效率、質(zhì)量和運(yùn)行安全等都有一定的影響。

2 鹽礦地質(zhì)條件的影響

鹽礦地質(zhì)條件主要包括鹽礦規(guī)模、埋藏深度、含鹽地層、鹽層厚度、鹽層礦物成分、巖鹽品位、含鹽層內(nèi)夾層和鹽層頂?shù)装宓葍?nèi)容。分布范圍廣、埋藏適中、厚度大、品位高的鹽礦更適宜建造地下儲氣庫。

2.1 鹽礦規(guī)模

根據(jù)鹽礦勘探的基礎(chǔ)資料可以初步圈定鹽礦的分布范圍，大體了解了盆地含鹽邊界。鹽礦規(guī)模越大，建造的鹽穴就越多，單位投資就越小，規(guī)模效應(yīng)就越明顯。

2.2 鹽層的埋藏深度

鹽層埋藏深度是鹽穴儲氣庫地質(zhì)評價中一個較為重要的參數(shù)，主要會對建庫的經(jīng)濟(jì)性和建庫效率造成一定程度的影響。鹽層埋藏過深會增加鉆井費(fèi)用和建庫投資，埋藏過淺又會限制注入壓力，影響儲氣庫的儲氣量。

儲氣庫中的溫度、壓力和巖層的蠕變等均與鹽層的埋藏深度有關(guān)。一般情況下，巖層的蠕變會隨著深度的增加而增加，而巖鹽的力學(xué)特性也與鹽層的深度有關(guān)。在鹽穴中，其操作壓力會隨著深度的增加而加大，相同體積的鹽穴，鹽穴越深儲存的天然氣就越多，安全性就越高。為了保證鹽穴儲氣庫的容量、建庫效率和運(yùn)行安全，同時，又兼顧經(jīng)濟(jì)因素，減少建庫成本，鹽穴儲氣庫的埋深最好在500～1 500 m，最深不超過2 000 m。

2.3 鹽層的厚度

鹽層越厚，單個鹽腔的體積就越大，相同埋深下的庫容量也就越大。一般情況下，用于建造鹽穴儲氣庫鹽層的厚度至少在100 m以上。鹽層的沉積厚度與巖鹽的沉積環(huán)境有關(guān)，一般海相沉積的鹽礦鹽層厚度較大，而陸相沉積的鹽礦鹽層厚度相對比較小。

2.4 巖鹽品位和不溶物的含量

巖鹽礦物的品位越高，鹽層內(nèi)部夾層越少，不溶物含量越小，儲氣庫造腔的速度就越快，鹽腔形態(tài)也就越容易控制，儲氣庫的安全性能也就越好。

儲氣庫鹽腔最后所形成的鹽穴的體積在很大程度上取決于不溶性物質(zhì)的含量。據(jù)相關(guān)資料顯示，鹽層中不溶物的含量可達(dá)到15%～20%，40%的不溶物含量被認(rèn)為是建設(shè)鹽穴技術(shù)所能接受的最大限度?？紤]到夾層的影響，當(dāng)不溶性物質(zhì)的含量為10%，鹽層厚度為150 m，開采半徑達(dá)30 m時，就可以得到2.2×l05 m3的鹽穴。如果不溶性物質(zhì)達(dá)15%，那么，同樣厚度的鹽礦層開采半徑達(dá)45 m以上才能得到同樣體積的鹽穴，而鹽穴的跨度增大，其安全性就會降低。另外，鹽層內(nèi)不同性質(zhì)的不溶物對洗鹽造腔的影響也是不同的。相對地，黏土層比較容易被破壞，而溶解石膏塊和碳酸鹽的難度就相對比較大，會直接影響造腔效率。

2.5 鹽礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦區(qū)含水層，隔水層的分布、地層的富水性、地下水的水質(zhì)，補(bǔ)給、徑流和排泄條件等，對鹽礦層及其頂板、底板巖層的穩(wěn)定性有直接的影響。另外，鹽穴造腔需要使用大量的清水。通常情況下，用地下水、湖水、河水和渠水等水源中的清水來瀝洗鹽穴，所需要的水量一般為鹽穴體積的7～10倍。因此，鹽礦區(qū)具有豐富的地表、地下水資源，這也是建造鹽穴儲氣庫的必要條件之一。

3 結(jié)束語

綜上所述，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定是建造鹽穴地下儲氣庫的重要條件；大規(guī)模巖鹽礦床是建造鹽穴地下儲氣庫的物質(zhì)基礎(chǔ)；鹽礦厚度、埋深、品位等地質(zhì)條件是建造鹽穴地下儲氣庫的重要影響因素。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕