利用雙井鹽穴溶腔建立國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備體系

陳結(jié) 劉偉 任松 王亮 徐衛(wèi)華 唐海軍 戴鑫

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶4000442.江蘇新源礦業(yè)有限責(zé)任公司江蘇揚(yáng)州2250003.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院江蘇揚(yáng)州225000）

利用雙井鹽穴溶腔建立國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備體系

陳結(jié)1劉偉1任松1王亮1徐衛(wèi)華2唐海軍3戴鑫3

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重慶4000442.江蘇新源礦業(yè)有限責(zé)任公司江蘇揚(yáng)州2250003.中國(guó)石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院江蘇揚(yáng)州225000）

我國(guó)目前石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備僅有31d，離國(guó)際上90d的標(biāo)準(zhǔn)還相差很遠(yuǎn)，且已有石油儲(chǔ)備均為地面儲(chǔ)罐，安全性不高。當(dāng)前國(guó)家原油價(jià)格下行，是構(gòu)建我國(guó)戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的黃金時(shí)期。本研究提出了將廢棄雙井鹽穴溶腔或新采鹵雙井鹽穴溶腔用來儲(chǔ)存原油的技術(shù)思路；分析雙井溶腔儲(chǔ)存石油的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性，并分別探討了相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)和已有技術(shù)準(zhǔn)備。本研究可為盡快建立我國(guó)石油儲(chǔ)備體系提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 什么是地下石油儲(chǔ)備

我國(guó)2015年消耗石油達(dá)到5.43億t，其中進(jìn)口量接近60%，石油對(duì)外依存度過高已經(jīng)對(duì)我國(guó)的石油安全造成非常不利的影響。聯(lián)合國(guó)建立其成員國(guó)至少擁有90d的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，而我國(guó)當(dāng)前石油儲(chǔ)備僅有31d。例如，戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備一期的四個(gè)基地，舟山、鎮(zhèn)海、大連和青島，石油儲(chǔ)備量1243萬(wàn)t，但是也僅僅相當(dāng)于9d的石油儲(chǔ)備量。況且這些儲(chǔ)備基地位于沿海、又是以地面儲(chǔ)罐處置。在戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖襲擊時(shí)，易于成為被打擊目標(biāo)。因此，國(guó)家戰(zhàn)略石油二期和三區(qū)都將儲(chǔ)存庫(kù)建造在地下，以確保石油儲(chǔ)備量。

近兩年來，全球油價(jià)急劇下滑，最低僅為27美元/桶，而國(guó)內(nèi)油田的開采成本約為60～70美元/桶。因此，當(dāng)前正是我國(guó)大量進(jìn)口原油、完成戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的黃金時(shí)間。誠(chéng)然，地下儲(chǔ)備是最安全、最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)存方式。鹽巖地層具有良好密閉性、損傷自修復(fù)性和可水溶開采的特性，被譽(yù)為油氣資源最佳儲(chǔ)存介質(zhì)。因此，國(guó)家戰(zhàn)略石油三期工程盯緊鹽巖，儲(chǔ)量在8000萬(wàn)t。事實(shí)上2007年我國(guó)第一口天然氣鹽穴儲(chǔ)庫(kù)就已在金壇運(yùn)行，而后的近十年間，金壇、應(yīng)城、平頂山也開始建造大量的地下鹽腔用于儲(chǔ)存天然氣。但現(xiàn)在所建立的鹽腔都是單井溶腔，并存在成腔速度慢、造價(jià)高、事故多、腔體偏小等不足，難以滿足石油儲(chǔ)備的巨大要求。

2 什么是雙井水溶鹽腔

由于單腔存在著一些無法克服的缺點(diǎn)。故本提出利用雙井水溶鹽腔來儲(chǔ)存石油。雙井水溶鹽穴是這樣的一種腔體，在地層中鉆入兩口井眼，然后下放管柱并固井。利用水平對(duì)接技術(shù)實(shí)現(xiàn)一口井與另一井的對(duì)接。從一口井注如淡水，一口井進(jìn)行采鹵。通過注采的不定期交替實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽巖的溶解、并形成巨大的溶腔。相比較單井水溶開采，雙井水溶開采的突出優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：

（1）注水量大、開采效率高。開采一口體積20萬(wàn)m3的單井溶腔耗時(shí)4～5年，但是建造一口容積40萬(wàn)～60萬(wàn)m3的溶腔僅耗時(shí)1～2年，大大縮短工期和成本。

（2）中國(guó)當(dāng)前各鹽礦企業(yè)主要采用雙井水溶開采。因此，我國(guó)廢棄鹽腔中有大量的雙井溶腔存在，這些溶腔稍作改造，如只需要花費(fèi)500萬(wàn)左右的修井費(fèi)，就可將其立刻轉(zhuǎn)變?yōu)槭蛢?chǔ)庫(kù)，還可節(jié)省大量的時(shí)間和成本。

（3）雙井水平溶腔有兩口井眼，故儲(chǔ)存石油時(shí)可以快速注入或者快速采油，操作起來非常便利、效率高。

3 雙井鹽巖溶腔的儲(chǔ)存潛力

按照國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備第三期的規(guī)劃，儲(chǔ)存在8000萬(wàn)t。如果采用傳統(tǒng)的單井水溶開采技術(shù)實(shí)施，至少10～20年才有可能建成。一般地，國(guó)際原油價(jià)格呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，不可能在如此長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)持續(xù)低價(jià)。因此，采用傳統(tǒng)單井溶腔難以實(shí)現(xiàn)石油儲(chǔ)備的苛刻要求。

我國(guó)已有廢棄溶腔總?cè)莘e超過2億m3，其中估計(jì)70～80%為雙井溶腔。即便只有30%的溶腔適合于儲(chǔ)存，也能提供近5000萬(wàn)m3的空間。我國(guó)2014年為例，開采鹽礦4840萬(wàn)t，形成溶腔體積達(dá)到2000萬(wàn)m3，僅按這個(gè)速度且以50%的可利用率，只需要5年便可形成5000萬(wàn)m3的地下空間。若以8000萬(wàn)t石油估算，所需要的溶腔體積約為1億m3，僅需上述兩項(xiàng)就能滿足。因此，將戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的溶腔需求與鹽礦開采有效結(jié)合，是有效實(shí)施我國(guó)戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備三期工程的重要途徑，也是有效提升鹽礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最佳方式。就僅以江蘇井神鹽化股份有限公司為例，每年產(chǎn)鹽量560萬(wàn)t，形成溶腔220萬(wàn)m3，就可至少儲(chǔ)備原油170萬(wàn)t，而單獨(dú)建腔其成本也需2～3億元。

圖1給出了國(guó)內(nèi)主要油氣輸送關(guān)系與主要鹽礦分布的區(qū)位圖。由圖1可見，其實(shí)各大鹽礦與輸送管線都靠的很近，也再次證明在鹽礦建設(shè)石油儲(chǔ)備是具有十分便利的交通條件的。

圖1 我國(guó)油氣管線分布與井礦鹽分布區(qū)位圖

4 雙井鹽穴水溶開采的技術(shù)要點(diǎn)

雙井水溶開采其實(shí)對(duì)技術(shù)的要求較高。傳統(tǒng)的若以采鹽為目的的開采，其技術(shù)要求會(huì)低一些，只要能夠確保鹵水濃度的方式都可以采取。但是專門為石油儲(chǔ)備的雙井水溶開采對(duì)技術(shù)的要求就較高，要求確保溶腔的體積、形狀、密閉性等多方面的因素。雙井水溶開采的技術(shù)要點(diǎn)在以下幾個(gè)方面：

（1）如何有效控制上溶：鹽巖的溶解速度滿足“上溶＞側(cè)溶＞底溶”。因此在一般的水平溶腔中上溶非常快速，造成溶腔泥巖頂板過度暴露，進(jìn)而引發(fā)諸如頂板漏失、垮落等事故（圖2為頂板垮塌）。這樣的溶腔是難以確保儲(chǔ)存石油時(shí)的穩(wěn)定性和密閉性要求的。要防止此類事故的發(fā)生，就必須有效控制上溶速度。

圖2 頂板過渡溶蝕垮塌示意圖（江蘇某鹽礦）

（2）如何確保腔體中部斷面尺寸。雙井水溶開采時(shí)，由于淡水進(jìn)入后僅能影響其局部流場(chǎng)，而淡水比鹵水密度低，很容易上浮進(jìn)而溶解頂板。故雙井水溶腔體的很多腔體都是兩邊大-中間小的馬鞍形。這種溶腔對(duì)穩(wěn)定性是不利的，而且如果中部尺寸太小時(shí)容易被沉渣所堵塞，也是不利于儲(chǔ)備和穩(wěn)定性的。

（3）如何確保溶腔的穩(wěn)定性。石油儲(chǔ)備庫(kù)的使用年限在30～50年，必須確保儲(chǔ)油庫(kù)在運(yùn)行期的安全性，否則不但會(huì)造成石油泄漏、甚至?xí)l(fā)火災(zāi)或者鹽腔塌陷等災(zāi)難性后果。

而目前的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的建造主要由石油系統(tǒng)的相關(guān)企業(yè)主導(dǎo)，在鉆完井、管道等方面有優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)鹽礦開采的經(jīng)驗(yàn)較為不足；而鹽礦企業(yè)主要以采鹽為目的，鹽腔形狀控制方面的經(jīng)驗(yàn)較少。因此，筆者建議由國(guó)家相關(guān)部門牽頭協(xié)調(diào)，整合量大系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)采鹵用腔環(huán)保一體化。

5 雙井水溶開采的技術(shù)準(zhǔn)備

重慶大學(xué)自1986年八五攻關(guān)期間，便以自貢鹽礦開采為依托，開展了鹽礦溶蝕機(jī)理、頂板穩(wěn)定性及開采優(yōu)化的研究。而后又以國(guó)家973項(xiàng)目—“能源地下儲(chǔ)備庫(kù)災(zāi)變機(jī)理與防護(hù)理論研究”為依托，攜手中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、山東大學(xué)、解放軍理工大學(xué)等單位，對(duì)單井、雙井鹽穴開采期災(zāi)害事故控制，流場(chǎng)、濃度場(chǎng)演化規(guī)律、開采/造腔仿真模擬等進(jìn)行了深入研究。近年來，依托于國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備需求、廢物處置及鹽礦災(zāi)害治理等，對(duì)雙井水溶的溶腔形狀擴(kuò)展機(jī)理，流場(chǎng)、濃度場(chǎng)規(guī)律及調(diào)控等實(shí)施了研究；同時(shí)考慮到廢棄溶腔雖是潛伏地質(zhì)災(zāi)害，但也是寶貴的地下儲(chǔ)存空間資源，對(duì)廢棄鹽腔中處置石油、天然氣、堿渣、鈣鎂泥等也開展了探索，并已經(jīng)取得了階段性成果。這些成果為指導(dǎo)雙井鹽腔用于石油儲(chǔ)備奠定了的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

通過對(duì)雙井鹽穴水平溶腔的技術(shù)的介紹，分析了在雙井水平腔中儲(chǔ)備石油儲(chǔ)備的可行性、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值，得出以下結(jié)論：①相對(duì)于單井鹽穴等儲(chǔ)備方式，雙井水平鹽腔具有建造周期短、成本低及體積大等優(yōu)勢(shì)，十分有利于戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的實(shí)施；②利用已有雙井水平鹽腔及鹽礦企業(yè)規(guī)范化開采的水平溶腔，最短5年可完成戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備第三期任務(wù)，這是其他儲(chǔ)存方式無法實(shí)現(xiàn)的；③建議將整合石油儲(chǔ)備系統(tǒng)與鹽礦開采系統(tǒng)的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì);國(guó)內(nèi)在雙井水平鹽礦開采、利用及評(píng)價(jià)方面已經(jīng)有了較充足的技術(shù)準(zhǔn)備。

[1]中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.國(guó)內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告.2016.

[2]蔣翔，姜德義，陳結(jié)，等.定向?qū)舆B通井造腔可行性分析.中國(guó)科技論文，2013，8（5）：374～376+425.

[3]任松，吳建勛，陳結(jié)，等.層狀鹽巖造腔仿真軟件開發(fā)及其實(shí)用性驗(yàn)證.巖土力學(xué)，2014，35（9）：2725～2731.

[4]姜德義，邱華福，易亮，等.大尺寸型鹽造腔相似試驗(yàn)研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（9）：1746～1755.

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A

1004-7344（2016）16-0285-02

2016-5-24