地下水封油庫(kù)技術(shù)的發(fā)展及在我國(guó)的應(yīng)用前景

李倩冬(中油撫順石化分公司石油二廠中轉(zhuǎn)站， 遼寧 撫順 113004)

地下水封油庫(kù)技術(shù)的發(fā)展及在我國(guó)的應(yīng)用前景

李倩冬(中油撫順石化分公司石油二廠中轉(zhuǎn)站， 遼寧 撫順 113004)

根據(jù)國(guó)際能源組織機(jī)構(gòu)(IEA)的規(guī)定，各成員國(guó)的應(yīng)急石油儲(chǔ)備應(yīng)相當(dāng)于上年90天的消費(fèi)量，在石油消耗量持續(xù)增加的時(shí)代背景下，大容量?jī)?chǔ)存的地下水封油庫(kù)再度引起廣泛關(guān)注。本文系統(tǒng)介紹了國(guó)內(nèi)外地下水封油庫(kù)的發(fā)展運(yùn)營(yíng)情況，闡述了水封儲(chǔ)油原理及儲(chǔ)存方式的系列問(wèn)題，分析了地下水封的儲(chǔ)油優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)水封油庫(kù)的建設(shè)提供理論依據(jù)。

地下水封油庫(kù)；國(guó)內(nèi)外發(fā)展；原理；儲(chǔ)油方式；優(yōu)勢(shì)

地下水封油庫(kù)是一種將油存儲(chǔ)在未經(jīng)被覆的地下巖洞中，利用地下水的靜壓力防止油品滲漏的儲(chǔ)油技術(shù)。水封方式的產(chǎn)生來(lái)源于自然界中天然油氣藏的儲(chǔ)存，如圖1所示,原始狀態(tài)下石油即是儲(chǔ)藏在儲(chǔ)油巖內(nèi)相互連通的孔隙中，四周被地下水或不滲透層所圈閉[1]。

圖1 油氣藏剖面圖

1 國(guó)外地下水封油庫(kù)發(fā)展概況

20世紀(jì)30年代西班牙內(nèi)戰(zhàn)時(shí)期，為了安全儲(chǔ)備軍用燃油，瑞典人Dr.Hageman提出石油直接儲(chǔ)存在位于地下水位以下的不襯砌巖洞中，即著名的“瑞典法”； 1948年(直至1989年)在斯德哥爾摩郊外的老長(zhǎng)石礦內(nèi)，瑞典國(guó)家能源局首次利用巖洞水封原理儲(chǔ)存石油；1949年(儲(chǔ)存至1956年6月)，在斯德哥爾摩郊區(qū)建立30m3的實(shí)驗(yàn)庫(kù)，儲(chǔ)存汽油17.6m3，此間汽油質(zhì)量和體積沒(méi)有變化。

1950年，美國(guó)建成庫(kù)容3000 m3地下不襯砌石油液化氣洞庫(kù)。 20世紀(jì)60至70年代，地下水封石洞油庫(kù)大規(guī)模發(fā)展，每年建設(shè)幾百萬(wàn)立方米地下油庫(kù)；1973年后，瑞典所有的石油產(chǎn)品均依賴進(jìn)口，考慮到石油危機(jī)的影響，為了實(shí)現(xiàn)低價(jià)時(shí)大量購(gòu)進(jìn)的策略，瑞典建成了幾百萬(wàn)立方米的國(guó)家級(jí)地下水封儲(chǔ)備庫(kù)。

1966年至1983年在哥森堡建成總庫(kù)容為410×104m3，由四個(gè)洞室組成的地下原油庫(kù)；1986年日本開(kāi)始先后在久慈、菊間、串木野建設(shè)水封巖洞庫(kù)，建成總?cè)莘e達(dá)到500×104m3；1988年在斯堪的納維亞已建有200多座地下油庫(kù)，容量占石油產(chǎn)品總儲(chǔ)量的2/3；2006年底，世界最大儲(chǔ)量地下油庫(kù)在韓國(guó)全羅南道麗水市建成，儲(chǔ)量可達(dá)4900萬(wàn)桶，韓國(guó)地下儲(chǔ)存原油庫(kù)容達(dá)到1830×104m3；2007年，印度Visakhapatnam 建成世界最深LPG儲(chǔ)庫(kù)，平均埋深-162m,最深部分-196m,總儲(chǔ)量達(dá)到12×104m3[2][3][4]。

2 我國(guó)地下水封庫(kù)的發(fā)展

我國(guó)是亞洲最早引進(jìn)水封裸洞儲(chǔ)油技術(shù)的國(guó)家之一[1]。二十世紀(jì)六七十年代，我國(guó)發(fā)現(xiàn)并開(kāi)采大量石油，急需配置各種儲(chǔ)油設(shè)備，為此先后在浙江象山建成4×104m3柴油庫(kù)及山東黃島15×104m3原油庫(kù)。

象山地下水封于1977年投產(chǎn)儲(chǔ)存柴油，由兩個(gè)2×104m3洞庫(kù)組成,年周轉(zhuǎn)量達(dá)15～20萬(wàn)噸,30年來(lái)設(shè)施未進(jìn)行過(guò)維修，仍然穩(wěn)定運(yùn)行。

黃島地下水封原油庫(kù)由三個(gè)洞室組成，于1977年投產(chǎn)，由施工巷道將其中兩個(gè)洞室連通。1989年黃島油庫(kù)發(fā)生火災(zāi),兩座2×104m3的非金屬罐及三座1×104m3地上儲(chǔ)罐損壞,而附近的地下水封庫(kù)卻未有絲毫影響。

上世紀(jì)末本世紀(jì)初，我國(guó)液化石油氣大量進(jìn)口，因而在汕頭和寧波建成兩個(gè)庫(kù)容分別為20×104m3及50×104m3的丙烷、丁烷地下洞庫(kù)。汕頭地下水封石洞LPG庫(kù)于1998年投產(chǎn)，年周轉(zhuǎn)量可達(dá)128萬(wàn)噸；寧波地下水封LPG庫(kù)于2002年投產(chǎn)，年周轉(zhuǎn)量為100萬(wàn)噸。兩座LPG庫(kù)至今穩(wěn)定運(yùn)行，并取得了良好的收益率[4][5]。

3 地下水封庫(kù)儲(chǔ)油原理

在穩(wěn)定的地下水位以下大于5m的深度，當(dāng)儲(chǔ)油洞室形成后，由于洞內(nèi)的壓力接近于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ瑒t周?chē)牡叵滤畬⒃陟o水壓力與大氣壓力的作用下流向洞室。洞室注油后，由于油與水不能混溶的特點(diǎn)，在任意相同高度上巖洞周?chē)叵滤膲毫θ匀淮笥谟推返撵o壓力，使油品不能從裂隙中漏走，因而油品被封隔在洞室內(nèi)。同時(shí)油與水的密度不同導(dǎo)致流入洞內(nèi)的水沿洞壁沉積到底部。

由于巖層中的水流入洞室內(nèi)，使周?chē)叵滤话l(fā)生變化，形成降落水漏斗。水漏斗底面高度隨著油品液位高度變化，洞室內(nèi)油品注入量增大時(shí)，水漏斗底面也隨之上升。如圖2所示，當(dāng)兩個(gè)距離較近洞室內(nèi)油品液面高度不同時(shí)，洞室間的巖石間壁會(huì)因脫水而無(wú)法滿足水封條件，高液面的油品將會(huì)滲入到低液面洞室中，造成混油事故。此時(shí)需要在洞室間的巖石間壁開(kāi)鑿注水通道人工注水，在間壁內(nèi)形成一個(gè)人工地下水幕，從而補(bǔ)充巖層裂隙水保證洞室的水封條件，起到防止相鄰洞室油品相互滲流的作用[3][6][7]。

圖2 人工注水降落水漏斗

4 地下水封油庫(kù)的儲(chǔ)油方式

地下水封油庫(kù)的儲(chǔ)油方式有固定水位法和變水位法兩種[2][6]。

4.1 固定水位法

地下水匯聚到洞室底部形成水墊層。固定水位法即是洞室收發(fā)油作業(yè)時(shí)，水墊層的高度不隨油品儲(chǔ)量多少而變化，始終保持一定值，油面上方氣體空間體積發(fā)生變化。水墊層高度預(yù)先設(shè)定上下線值，水位到達(dá)上限時(shí)啟動(dòng)排水系統(tǒng)自動(dòng)排水，水位降至下限時(shí)排水自動(dòng)停止。

此方法即通過(guò)油泵直接將油品舉升到地面，油品可以直接注入洞室。

4.1 變水位法

變水位法沒(méi)有空氣吸入，降低了油品的蒸發(fā)損耗多用于儲(chǔ)存汽油。它是通過(guò)改變水墊層高度，使油品液面在收發(fā)油作業(yè)中始終保持在接近洞室頂部的同一高度上。收油的同時(shí)，以相同流量向洞室外排水，發(fā)油時(shí)等量進(jìn)水，以此保證油面高度恒定。

此方法即在地面設(shè)置增壓泵，油品注入時(shí)需增壓將水抽出，相反發(fā)油時(shí)注水抽油。

以上兩種方法均實(shí)現(xiàn)了油品不與洞底接觸，有效保證油品不受污染。

5 地下水封油庫(kù)的優(yōu)勢(shì)

(1)多洞室的地下結(jié)構(gòu)，使其抗震及預(yù)防火災(zāi)能力較強(qiáng)，穩(wěn)定性好。(2)與地上油庫(kù)相比節(jié)省建設(shè)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，且使用壽命長(zhǎng)一般在百年以上，地上油庫(kù)25年就要大修或重建。(3)隱蔽性好，使其具有天然的防空戰(zhàn)備能力。(4)不占用土地，對(duì)于陸上資源有限、可耕地面積較少國(guó)家而言，可節(jié)省大量地面資源。(5)油品蒸發(fā)損耗小，環(huán)保節(jié)能效果好滿足長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃要求[8][9][10]。

6 結(jié)語(yǔ)

地下水封油庫(kù)以其得天獨(dú)厚的條件備受各石油大國(guó)青睞，歷經(jīng)八十年的發(fā)展儲(chǔ)油技術(shù)已趨于完善，我國(guó)可充分利用優(yōu)質(zhì)的海岸資源，依附便利的輸油網(wǎng)絡(luò)建設(shè)大型儲(chǔ)備基地，以此滿足日益增長(zhǎng)的油品需求。

[1]時(shí)洪斌.黃島地下水封洞庫(kù)水封條件和圍巖穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)[D].北京:北京交通大學(xué)，2010.

[2]郭光臣,董文蘭,張志廉.油庫(kù)設(shè)計(jì)與管理[M].北京:中國(guó)石油大學(xué)出版社.

[3]段亞剛.地下水封油庫(kù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].山西建筑,2007,33(36):92-93.

[4]高飛.國(guó)內(nèi)外地下水封洞庫(kù)發(fā)展淺析[J].科技資訊，2010,24:55.

[5]徐方.分形理論在青島某地下水封石油儲(chǔ)備庫(kù)工程中的綜合應(yīng)用[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué).2006.

[6]馬緒軍.地下水封油庫(kù)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008,12:84.

[7]申發(fā)祥,李玉忠.地下水封石洞庫(kù)規(guī)模經(jīng)濟(jì)性研究[J].煉油技術(shù)與工程，2006,36(7)：51-53.

[8]陳奇,武強(qiáng),李俊彥.地下水封石洞油庫(kù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006,17(4):138-141.

[9]徐邵利,張杰坤.在我國(guó)東部沿海修建地下水封石洞油庫(kù)若干問(wèn)題的探討[J].武漢地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1985,10(1):39-43.

[10]許敏,邱韶輝,王敬奎,劉永強(qiáng).地下水封洞油庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別[J].煉油技術(shù)與工程，2010,40(10)：52-55.