周紹榮　姜芹芹

摘 要：利用鹽穴建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)，經(jīng)濟(jì)、高效、安全、環(huán)保，但是，建造區(qū)地質(zhì)條件對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)。

關(guān)鍵詞：鹽穴；儲(chǔ)氣庫(kù)；地質(zhì)條件；考量指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TE972+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǔ)存液體和氣體的構(gòu)想；20世紀(jì)50年代早期，用鹽穴儲(chǔ)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(guó)家被迅速推廣。金壇鹽礦地下儲(chǔ)氣庫(kù)是我國(guó)第一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)，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(huì)效益。

建造鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(huì)受建庫(kù)區(qū)地質(zhì)條件的影響和制約。通常情況下，鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(dòng)的強(qiáng)弱與鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)址的篩選、儲(chǔ)氣庫(kù)鹽腔建設(shè)和儲(chǔ)氣庫(kù)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(dòng)相對(duì)比較弱，如果構(gòu)造平緩、斷層不發(fā)育，那么，整個(gè)地層的沉積就會(huì)變得平穩(wěn)，鹽層平面、立面的展布特征就會(huì)比較容易查明。這樣，儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)造腔形成的鹽穴也較為勻稱，用于地質(zhì)評(píng)價(jià)的勘探投資和儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的費(fèi)用也就相對(duì)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(duì)復(fù)雜的斷層發(fā)育帶或其他構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)，那么，沉積地層就相對(duì)復(fù)雜。受構(gòu)造的影響，巖鹽層平面、立面分布就會(huì)比較復(fù)雜，勘探井外推的范圍就會(huì)受構(gòu)造的限制，無(wú)法推測(cè)出整個(gè)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(huì)受構(gòu)造活動(dòng)的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，當(dāng)巖鹽受到褶皺的擠壓或斷裂活動(dòng)的影響時(shí)，巖鹽中的不溶物質(zhì)會(huì)聚合在巖鹽中，呈布幔褶皺狀分布，使得造腔方向無(wú)法控制。鹽腔的幾何形態(tài)不可預(yù)測(cè)，也會(huì)使得腔體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)變得困難。另外，無(wú)論是巖鹽層中還是鹽層上覆地層中存在的斷層，其對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的密封性、安全性都是一種威脅，嚴(yán)重的可能因無(wú)法達(dá)到儲(chǔ)氣庫(kù)對(duì)氣密性、安全性的要求而無(wú)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(shí)代，結(jié)合巖鹽礦床形成時(shí)的沉積環(huán)境和物質(zhì)來(lái)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(chǔ)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(dòng)性和可塑性。在這種情況下，造腔的成本也會(huì)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(duì)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(duì)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(chǔ)氣庫(kù)。

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(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)評(píng)價(jià)中一個(gè)較為重要的參數(shù)，主要會(huì)對(duì)建庫(kù)的經(jīng)濟(jì)性和建庫(kù)效率造成一定程度的影響。鹽層埋藏過(guò)深會(huì)增加鉆井費(fèi)用和建庫(kù)投資，埋藏過(guò)淺又會(huì)限制注入壓力，影響儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)氣量。

儲(chǔ)氣庫(kù)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(huì)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(huì)隨著深度的增加而加大，相同體積的鹽穴，鹽穴越深儲(chǔ)存的天然氣就越多，安全性就越高。為了保證鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的容量、建庫(kù)效率和運(yùn)行安全，同時(shí)，又兼顧經(jīng)濟(jì)因素，減少建庫(kù)成本，鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的埋深最好在500～1 500 m，最深不超過(guò)2 000 m。

2.3 鹽層的厚度

鹽層越厚，單個(gè)鹽腔的體積就越大，相同埋深下的庫(kù)容量也就越大。一般情況下，用于建造鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)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(duì)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(chǔ)氣庫(kù)造腔的速度就越快，鹽腔形態(tài)也就越容易控制，儲(chǔ)氣庫(kù)的安全性能也就越好。

儲(chǔ)氣庫(kù)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(kāi)采半徑達(dá)30 m時(shí)，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(kāi)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(huì)降低。另外，鹽層內(nèi)不同性質(zhì)的不溶物對(duì)洗鹽造腔的影響也是不同的。相對(duì)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(duì)比較大，會(huì)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(duì)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(lái)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(chǔ)氣庫(kù)的必要條件之一。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定是建造鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)的重要條件；大規(guī)模巖鹽礦床是建造鹽穴地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)的重要影響因素。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕