地下水封油库的工程特点及相关探讨

地下水封油库的工程特点及相关探讨摘要：将石油储存于地下水封洞库是建设大型石油储备基地的重要发展方向。由于建设地下水封储油洞库的地质条件、设计和施工的复杂性,为满足建设的安全性和经济性,需要综合考虑水文地质、工程地质、环境地质等问题。本文特别对油罐间距较近时需引入人工注水通道问题提出了相应认识。

关键词：地下水封石油洞库，人工注水通道，工程地质。

1引言：

我国石油、天然气、液化气的消耗量在今后相当长的一个时期内将持续增长。对于我国这样一个石油进口依赖度已经超过50%的国家，按照国际能源署（IEA）90天石油消耗量的石油储备库容要求，在建成总库容为1600×104m3的一期地面石油战略储备库之后，我国还将实施二期和三期石油战略储备工程。在已经着手实施的国家二期战略储备库中，地下水封洞库和盐穴储油洞库已列入其中。这标志着地下水封库和盐穴库将成为今后石油战略储备库建设的一个发展方向，同时，也为我国油气储运界带来了发展机遇和技术挑战。

2地下水封石洞油库储油原理[2]：

地下水封石洞油库储存原油应具备两个条件:一是岩石坚硬完整，地质构造简单;二是处于稳定的地下水位以下适当的深度，以保证油品不渗不漏。在洞室开挖前，地下水通过节理裂隙等渗透到岩层的深部并完全充满岩层空隙，当储油室开挖形成后，周围岩石中的裂隙水就向被挖空的洞室流动，在洞室中注人油品后，油品周围会存在一定的压力差，因而在任一油面上水压力都大于油压力，使油品不能从裂隙中漏走，从而达到将所储油品封在洞内的目的，同时利用油比水轻以及油水不能混溶的性质，流入洞内的水则沿洞壁汇集到洞室底部形成水床，可通过油水界面检测仪监视其液位，待达到一定高度时，用装在洞内的浸没式水泵将水排出洞外。

3地下储油库选址基本原则：

地下储油库选址首先必须要满足两个基本的地质条件:一是岩体的完整性,即应选出无深性断层和断裂、裂隙不甚发育的结晶岩体,以保证有足够的可用岩体范围;二是密封,即满足必要的水封条件。

其次,还要结合我国国情,因地制宜,根据我国规划建设地下储油库的需求和特点,考虑以下外部依托条件.

(1)根据拟建储油库的建库地带及周围可供应地区对今后石油的战略储备量需求,确定适宜的地理位置和储油库的规模。

(2)优良的海港和相应规模的码头设备。储备油品品种主要是进口原油,库址选择应考虑现有良好海港,可接纳大吨位(20×104~30×104t以上)的油轮,并有良好的原油码头设备。

(3)靠近国家大型进口原油加工基地。

(4)建库费用经济合理。起步阶段在沿海地区选择若干地点建设储备基地;中远期规划除沿海外,应结合俄罗斯原油和哈萨克斯坦原油的进口情况,在东北和西北内陆地区管道运输枢纽站附近选择地点。

(5)储油库的安全性。建库地带要有一个庞大的腹地,能够建立起完善的配套设施,以保障地下水封储油洞库的建设和运行使用期间的安全性；

(6)有良好的输油交通条件。

4人工注水通道引用的必要性[1]：

罐体开挖后，裂隙水流向罐内，使罐体附近的地下水位发生变化，出现降落曲线，并在罐体周围形成一个立体的降落漏斗，称为水漏斗。在水漏斗区内岩石已经脱水。由于罐休距稳定地下水位有一定深度，此水漏斗的上边界永远高于油位，并使得罐擘附近各点的最大地下水静水压力大干同一水准面上的罐内油压，使油被封在罐内。根据地下水运动的规律，水漏斗底面的高程及漏斗区的范围随着罐内油面高程的变化而变化。一般，油面变动时油仍被封存洞罐内，不会渗流到裂隙中去。但灾际工作情况是洞罐进油时流量大，油面上升快，地下水水漏斗底顶的回升速度促，因而会有少量的油品渗流列脱水的水漏斗中去。当罐内油面稳定后，水漏斗底面逐步回升到油面附近．使暂时渗流到脱水裂隙中去的那一部分油品，在地下水压的怍用下流回洞罐。根据以上分析，水漏斗的出现不会造成洞罐中油品的流失。

当两个或两个以同罐半行布置而且相距较近时，由于地下水降落漏斗的存在，将使相邻两洞罐之间的岩石间壁出现脱水状态，因而使间壁丧失水封条件。当两个罐内油位不同时，高液面罐中油品将会渗到低液面罐中去，发生混油串油事故。为防止上述述现象的出现，可在两洞罐之间的岩石问壁内设置人工注水通道，在其中注水。依靠注水通道中水的静压作用，使问壁岩体裂隙中充水，从而保证洞罐的水封条件。注水通道布置在两洞罐之间，如有施工通道可利用时就可减少石方的开挖量。因此在布设施工通道时，就应兼顾日后作为注水通道的要求，使施工通道在罐间壁中的长度与洞壁长度相同。沿注水通道上下均钻注水孔，孔径常取为51～57毫米，孔的间距为4～5米，孔的上下深度应超过罐顶和罐底位置各5米。往注水通道中注水后，就可在相邻两个洞罐间壁内形成一个人工地下水幕，起到防止相邻两个洞罐的油品相互转移和渗流的作用。

5地下水封油库两种水垫层方式相应的采用[3]：

根据地下岩洞水垫层方式的不同，可分为固定水垫层法和动水垫层法两种形式。两种方式各具优缺点。

固定水垫层法即通过油泵直接将油品举升到地面，油品可以直接注人洞事，油品举升设备必须设置于地下，其缺点为：建设投资比较高，施工难度较大，设备的维修比较困难；且有一定的油蒸汽损耗。但是，此法洞室设计及运行压力，有利于洞室的安全和稳定；生产污水比较少，污水处理系统规模比较小，费用低，不需要大量的生产用水；而且可进行大流量的油品注采操作。

动水垫层法即在地面设置增压泵，油品注入时需增压将水抽出。相反发油时应注水抽油。其优点是：(1)洞室内油气混合气体空间减少到最小，减少了油蒸汽排放造成的损耗；(2)所有工艺设备可以置于地上，方便操作和维修。缺点是：(1)洞库必须建在有充足水源的地方；(2)在油品的注采过程中需要大量的水，并且对室内的水要进行处理，操作运行费用较高。需要规模较大的污水处理系统；(3)污水处理厂的规模直接影响到油品注采流量的大小而且洞室设计压力较高。

综合上述两种方法的比较，考虑我国地质国情，常常采用固定水垫层法进行储油。

6结束语：

我国有广大地区的地质与水文条件符合建造地下水封洞库。近几年，我国油气储运工作者在地下水封洞库设计技术的研究方面取得了一些成果，但其不足是没有自行设计、建造和运行大型地下油库和地下液化气库的经验，对一些关键技术的掌握还不够。为使我国的地下储库技术得到长足发展，需要结合工程实际，在复杂地质条件下大型地下洞库洞室合理布局技术、水幕设计与建造技术、水涌控制与注浆防渗技术等方面深入开展研究，力求全面掌握这一领域的先进技术。进入21世纪以来，国际和国内石油储运行业正以迅猛的速度发展。水封油库的发展离不开科技的进步，因此我们将紧紧围储运技术的发展组织科技攻关，努力攻克一批重点关键技术，不断提高地下水封油库核心技术水平。

参考文献：

[1]郭光臣.油库设计与管理[M].东营：石油大学出版社.1991.12：236-254.

[2]马旭军.地下水封油库探讨[J].科技创新导报2008.12：1