利用鹽穴儲(chǔ)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(chǔ)存油氣是人類在油氣儲(chǔ)存上的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，盡管歷史不長(zhǎng)，但在世界不少國(guó)家，尤其是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了大量運(yùn)用，并取得了很好的社會(huì)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(chǔ)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(jìn)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(chǔ)庫(kù)就是通過地下水或人工注水溶解礦物鹽，形成符合設(shè)計(jì)規(guī)范的能夠儲(chǔ)存固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等物質(zhì)的腔體。

1 利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的自然條件優(yōu)越

鹽穴儲(chǔ)庫(kù)通常選擇在鹽層厚、分布穩(wěn)定、無(wú)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?jiān)恳停饶軡M足建設(shè)單腔體鹽穴儲(chǔ)庫(kù)的要求，又要滿足建設(shè)鹽穴儲(chǔ)庫(kù)群的需要。我國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的巖鹽儲(chǔ)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(chǔ)備基地所要求的進(jìn)出油氣方便、道路暢通、便于利用等原則，可為儲(chǔ)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(chǔ)庫(kù)。例如處于蘇南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(chǔ)量125.3億噸，礦石儲(chǔ)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(jiān)硬玄武巖層，封閉性好，后期構(gòu)造也不易對(duì)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(dāng)時(shí)金壇鹽穴成為我國(guó)“西氣東輸”管道工程建設(shè)的主要儲(chǔ)氣庫(kù)的首選目標(biāo)。

2 利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的技術(shù)應(yīng)用成熟

在國(guó)外利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，世界上第一座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的建成使用距今已經(jīng)超過90年，利用其儲(chǔ)存戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備也有近50年的歷史。近幾年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際不斷研究、探索和實(shí)踐，也已經(jīng)完全掌握利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的技術(shù)。總的來(lái)說，利用鹽穴儲(chǔ)存油氣我國(guó)還處于起步階段，我國(guó)第一個(gè)“西氣東輸”工程中的金壇鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)，已經(jīng)有五處鹽穴分別注入了15萬(wàn)至20萬(wàn)立方米天然氣。中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院歷時(shí)兩年完成的《國(guó)家石油儲(chǔ)備基地金壇地下鹽穴儲(chǔ)備庫(kù)可行性研究報(bào)告》，確定了在金壇利用12個(gè)已有溶腔，改建成250萬(wàn)立方米戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備庫(kù)的方案。此方案通過評(píng)估驗(yàn)收，已作為國(guó)家第二期戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備庫(kù)在金壇布點(diǎn)的重要依據(jù)。在鹽穴儲(chǔ)庫(kù)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)技術(shù)方面，我國(guó)主要進(jìn)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(zhǔn)確研究鹽穴儲(chǔ)庫(kù)地質(zhì)、篩選庫(kù)址目標(biāo)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(chǔ)庫(kù)的工藝技術(shù)方面，國(guó)外建造鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)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(dú)立的溶腔，經(jīng)注水溶解達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模；我國(guó)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(jì)單位和研究機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)70年代就展開了鹽穴油氣儲(chǔ)存機(jī)理、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面的研究，形成了實(shí)用的鹽穴儲(chǔ)庫(kù)設(shè)計(jì)、建造及儲(chǔ)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(shì)。

3 利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的經(jīng)濟(jì)效益明顯

利用鹽穴儲(chǔ)存油氣具有建造成本及運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，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(chǔ)庫(kù)，鹽穴儲(chǔ)存容積可達(dá)到幾十萬(wàn)立方米，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鹽穴儲(chǔ)庫(kù)規(guī)模將更大。最初在德國(guó)儲(chǔ)氣鹽穴剛開始時(shí)的最大允許容積是3.5萬(wàn)立方米，后來(lái)增加到5萬(wàn)立方米，目前已增加到70萬(wàn)立方米。儲(chǔ)罐的個(gè)數(shù)減少勢(shì)必降低建造成本，據(jù)估算，建造5萬(wàn)立方米的鹽穴地下油庫(kù)的投資費(fèi)用要比在地面建造儲(chǔ)存能力相當(dāng)?shù)膬?chǔ)油罐節(jié)省25%；建造儲(chǔ)氣罐的費(fèi)用只相當(dāng)于地面罐的5%。若是直接利用巖鹽開采所形成的鹽穴建庫(kù)，其投資費(fèi)用更少。在法國(guó)和德國(guó)建造鹽穴油庫(kù)的造價(jià)一般為地面的三分之一至四分之一；在美國(guó)為五分之一，有的更低。在我國(guó)“西氣東輸”管線建設(shè)的關(guān)鍵配套工程，即我國(guó)首座鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(shí)約4個(gè)月，由于沖洗系統(tǒng)充分利用了當(dāng)?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(wàn)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(wàn)元。同時(shí)，根據(jù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)規(guī)模，對(duì)項(xiàng)目的固定資產(chǎn)投資額實(shí)行差別稅率征收，但對(duì)鹽穴油氣庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目暫不征收固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅。鹽穴儲(chǔ)庫(kù)具有構(gòu)造完整、密封性好、可縮性大、堅(jiān)固耐用、不易損壞、實(shí)際運(yùn)行壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，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(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，與地面儲(chǔ)庫(kù)相比，一般可減少30%的維護(hù)費(fèi)用。因此，利用鹽穴儲(chǔ)存油氣具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 利用鹽穴儲(chǔ)存油氣的安全可靠性高

油氣是國(guó)家重要戰(zhàn)略性資源，油氣儲(chǔ)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(chǔ)存油氣與現(xiàn)有油氣儲(chǔ)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(chǔ)備庫(kù)”。由于油氣儲(chǔ)庫(kù)一般儲(chǔ)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(guó)家財(cái)產(chǎn)遭受損失，所以，油氣儲(chǔ)存對(duì)安全性的要求特別高。鹽穴地下儲(chǔ)庫(kù)將油氣儲(chǔ)存于地下，油氣散失量小，操作運(yùn)行時(shí)基本無(wú)油氣排放，大大降低了發(fā)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)；并且一個(gè)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(huì)造成儲(chǔ)存于地下的油氣大量損失。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，油氣設(shè)施等經(jīng)濟(jì)目標(biāo)已成為重點(diǎn)打擊對(duì)象，也是恐怖分子襲擊的重點(diǎn)，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(chǔ)存天然氣的鹽穴深度達(dá)l l28米，美國(guó)在密西西比建成了的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)最深達(dá)2 042米。因此，抗轟炸能力非常強(qiáng)。據(jù)實(shí)驗(yàn)，深6米而且有覆蓋物的油氣庫(kù)就能承受一般炸彈轟炸；深30米的地下油氣庫(kù)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(huì)影響鹽穴儲(chǔ)庫(kù)的安全性。所以，利用鹽穴儲(chǔ)存油氣，有利于保護(hù)油氣資源。

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