鐘博宇 陳宏偉

（1.湖南城市學院，湖南 益陽 413000 ；2.湖南城市學院，湖南 益陽 413000 ）

我國石油資源十分缺乏，原油生產無法有效滿足經濟發(fā)展的需要，因此對于進口石油的依賴也就越來越高，早在2007年的時候就已經超過了1.59×108t，國際市場中的石油價格變化對中國經濟具有極大的影響。按照國際能源組織機構的規(guī)定，每個成員國的應急石油儲備應該和上一年的消費總量一致，并在此基礎上，在2015年的時候，中國應該保證石油儲量在500×104t 以上，并且應該建立超過7000 萬立方米的石油儲備。但是，中國在第一期建設的四個石油儲備地的地表和地下儲油庫早在2008年的時候就已經建成，但是石油的儲備能力依舊無法滿足國家的需求，影響必須建設大路的戰(zhàn)略石油儲備基地。

1 地下水封儲油庫儲油運行原理

為良好確保儲油的穩(wěn)定性和安全性，地下水封儲油罐應設置在相對穩(wěn)定水位以下5 米的深度，經過一定的工程操作，挖出一定體積的儲油室，并將石油儲存在洞室中，并通過穩(wěn)定的地下水水封功能實現(xiàn)密封儲存。在開展施工活動前，按照節(jié)理裂隙，地下水較深，并填滿巖隙。在儲油庫開挖以后，圍巖中的水將會滲透到以及開挖的洞窟中，這是注入石油，將會形成壓力差，導致水壓超過油壓，使石油固定在油庫中。這一儲油方法的操作原理主要是對油水不混合、油比水輕的特點進行使用，一些石油在注入油庫以后因為水的壓力在洞低形成水墊，然后利用水泵抽走,其工作原理如圖1。

圖1 水封洞庫儲油原理示意

2 選擇地下儲油庫的主要原理

選擇適當?shù)膬τ蛶煳恢脤τ蛶斓氖┕び兄株P鍵的影響，為此，有必要不斷強化對庫址的選擇。在選擇過程中應該滿足以下兩方面的地質條件。一方面，巖石應該擁有完整性，非深斷裂和小裂縫的結品巖體是最為理想；另一方面，可以實現(xiàn)密封，可以進行關鍵的水封。在實際選擇儲油庫地址的時候應該按照中國有關條例與實際過程和選址狀況開展地下水庫的施工，以此來滿足右油儲存需要。

3 選址過程中應該重視的問題

3.1 選擇區(qū)域的穩(wěn)定性

首先，應該對選擇的地區(qū)的地應力場和構造活動性進行詳細調查，對這一范圍中的內部應力狀況、方向與大小進行測量，測試范圍應該包含各種應力分量和活動特征間的聯(lián)系。應該選取地應力較小獲得較低的區(qū)域。其次，應該對詳細研究選擇區(qū)域的地震特征以及地震基本烈度等，應該盡可能選擇一些地震烈度較小的地區(qū)，而地震烈度值越低越好。應高度重視地平與高輕度地震對地下水水庫周邊地區(qū)的影響。在水庫施工以前，應該對選擇區(qū)域的自然地震進行掌握。其通常包含了開展有關的鉆探與取樣，對場地中的巖石、土壤和地下水的特征開展具體的分析與研究，與此同時，還應該開展地球物理勘探，并對淺層地震進行勘察。

3.2 巖體完整性

在儲油庫建設中最為重要的一項條件就是巖層的開完，在開完以前有必要對其開展評價。首先是巖石的完整性評估。所選儲層巖性要牢固，礦物粒度要均勻，耐候性要強。此外，還應對比不同剖面巖石風化程度；其次是對巖體質量進行評估。由于對巖體的力學強度于完整性進行考慮，巖石必須具備良好的抗壓剪切強度。天然溶洞網絡復雜，溶洞水流多變并且是不固定的，溶洞季節(jié)性流量大，水位變化大。為了穩(wěn)定地下水位，應該創(chuàng)建和地下書庫相結合的地下水庫。因為硬石膏地區(qū)的水膨脹，地下油庫能夠實現(xiàn)良好的封閉。

3.3 保證必要的水封條件

地下儲罐最為關鍵的特征即地下洞室周邊的油壓低于水壓，這樣石油就不會通過裂縫泄露出去。水封系統(tǒng)將會因為地下水含量的改變而受到影響。所以，有必要對最低的地下水位進行測量與明確，正確設置洞室深度，確保洞室具有穩(wěn)定性，對減少洞室施工成本具有重要作用。一般按照選定地區(qū)巖體中地下水的最低自然排水資料來明確最小地下水位。

4 設計洞庫時應該重視的地質問題

在地下油庫施工時，應和當?shù)刈匀粭l件形成和諧關系，尤其是和地質條件進行協(xié)調。所以，應該根據(jù)地質資料以及儲油技術要求，在結合施工工藝的基礎上開展洞室土建設計。在此其中，洞室的容量、數(shù)量、布置方式、埋深、橫截面幾何形狀和規(guī)模等都會受到地質因素的限制，因此，地質條件為地下水封油庫設計的依據(jù)。

4.1 儲油庫容量

通常建設地下油庫的的成本遠遠超過了地上油庫的施工成本，然而當?shù)叵掠蛶煲?guī)模達超過一定程度時，地下油庫建設成本反而小于地上油庫。所以，有必要結合區(qū)域地質特點，按照儲備基地關鍵供應對象的進口加工量以及周圍潛在用戶供應的原油加工量來計算，以此明確地下儲備的建設規(guī)模。在施工過程中，可先考慮建立小型的地下油庫，測試當?shù)氐刭|條件，然后根據(jù)產生的效果來擴展地下油庫規(guī)模，最后完成地下油庫的可持續(xù)發(fā)展和安全運作。

4.2 儲油庫平面分布

洞室的方向和深度應按照可用巖體的分布情況確定，洞室的中軸線應垂直于節(jié)理的主要結構方向，而豎井的設置應該靠近地表作業(yè)區(qū)的一側。各個洞室的位置、走向和間距應該按照地址條件來進行布置。地應力制約著洞室群軸向的選擇，并且對洞室剖面的形狀和大小具有限制作用。

4.3 儲油庫埋深

其深度應該結合以下幾方面因素來明確：石油品質性質、洞內最大壓力，庫區(qū)水文地質、工程地質條件和保護安全要求等。結合相關因素來明確合理的埋深，埋深過深對油藏不利。最經濟的方法是將拱頂設置在略低于含水層深度的一半的位置。

4.4 儲油庫橫斷面幾何形狀和大小

洞庫的集合形狀對圍巖的應力分布具有一定的影響，應力分布是影響圍巖穩(wěn)定性的重要因素之一，尤其是對使用噴錨結構處理的洞室，顯得尤為重要。按照洞庫面積和地質資料的對比，對圍巖穩(wěn)定性開展分析，以此來確定洞庫數(shù)量、形狀、斷面大小。一般來講，在十分堅硬完整的花崗巖等巖體中，洞室寬20 米，高30 米，間距50 米。但是在較為完整砂巖等巖體中，跨度和高度較小，并且，孔洞間距較大。

5 分析地下水封油庫施工中的水文地質和工程地質

5.1 水封油庫容量方面

對于地下水封油庫的容量，油庫的容量應按照原油進口量、實際市場需求和可能的消費需求來確定，為了開展對應規(guī)模的施工工作，地下儲油在經濟投資中的成本遠遠超過了地下儲油庫，然而在地下儲油庫的規(guī)模超過了一定范圍后，其成本投資將會小于地表儲油庫的施工成本。石油存儲容量的設計，可結合經濟可行的最低標準的建立規(guī)模相對較小的地下水封油庫，測試當?shù)氐乃暮偷刭|環(huán)境，對經濟與環(huán)境效應開展詳細分析，在必要的時候，應該再建設一個相比較大的儲油庫，從而滿足經濟可持續(xù)發(fā)展需求的地下水封石油儲罐。在經濟效益的時候，不斷提高安全性，為經濟可持續(xù)發(fā)展供應穩(wěn)定的石油供應和儲存。

5.3 確保有足夠的供水及防滲措施

在選擇地下水封儲油庫的地址時，有必要及時開展水文地質斷面的檢測，其主要包含了地下水壓力、水位和水化學等，并充分掌握最高洪水位。并且應該了解在沿海地區(qū)，是否具有海水倒灌回河流和地下水的狀況。為有效確保機械設備的安全性，規(guī)避水中的鉛、硫、銅等化學元素對石油和設備造成腐蝕，應該對水中的惰性氣體、水質狀況、水汽成本進行檢測。在灌油的時候，應該維持充足的供水，因此，水源和地下儲油庫間的供水不能是直接雙向，不能對水封儲油庫上方的正常地下水位造成影響。通常采用最低自然排水基準面來確定最低地下水位，在項目施工時應該保證不會對自然排水基準面造成影響。為了最大限度減少人為因素對洞室深埋的影響，在選擇儲油庫地址的時候，應該優(yōu)先選擇低于最低排水水位和基準水位的地段，最為適當。

5.3 強化巖體質量的評價

當前，按照有關專家的研究，得出天然古溶洞系統(tǒng)中具有三種滿足天然氣儲存的動態(tài)條件，其主要為介質空間上的巖溶含水層包括了溶洞通道、裂隙和孔隙節(jié)理三種類型，據(jù)此，其分別包括了三種水層。有關學者K.Torbarrov良好根據(jù)水流量衰減指數(shù)方程，求得了流域中巖體的有效孔洞檬，并在此基礎上對每一個亞動態(tài)的狀況進行了計算。單個的巖溶動力泉水中極為常見的衰減系數(shù)值a 的分布范圍為0.0109-0.00151。現(xiàn)如今，較為常用的是在花崗巖地范圍建設地下儲油庫，由于中國花崗巖分布范圍十分廣泛，十分合適開展地下水封油庫的施工。在施工過程中還應該強化圍巖的建設，并對穩(wěn)定性進行核算，這個洞室間距、寬度、高度、長度都有著十分緊密的聯(lián)系，并且還可以節(jié)約施工成本。

6 結論

鑒于中國石油需求的日益增長與復制的地貌條件，最大化使用有利的水文地質環(huán)境，建設地下水封儲油罐具有十分重要的意義。在開展選擇的時候有必要堅持巖石的完整與密封性，對庫區(qū)選擇的穩(wěn)定性進行充分考量，從而選取最為適當?shù)膬τ湍芰Γ源藖肀ＷC充分的供水和防滲工作，強化巖體質量的評價，保證地下水封儲油安全經濟。