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盐穴储油库关键工艺技术研究 摘要：为弥补地面储油库在建造成本、安全性及库容量等方面的不足，盐穴储油库已经成为世界很多国家进行战略石油储备而采取的重要方式。本文在综合分析国内外盐穴储油库发展现状的基础上，结合国内储油库的需求和建设盐穴储油库具备的条件，列举了盐穴储油库工程可能面临的问题，并重点阐述了建造盐穴储油库需要解决的关键工艺技术问题，对满足我国未来建造盐穴储油库之需具有一定的借鉴意义。 关键词：盐穴 储油库 战略石油储备 我国已经成为世界石油消费大国，2007年消费石油约3.46亿吨，其中进口石油所占比例近50%，未来的石油消费将持续增长，石油对外依存度也将会进一步提高。为确保中国能源需求的平稳供给，建立国家战略石油储备势在必行。按照现行的地面建造储油库的方式，需要投入大量的人力和物力，如果我国将盐穴储油作为石油战略储备的一种方式，将可以在较少投入的情况下，建造出更大容量、更高安全性的储油库。但国内还没有盐穴储油库建造的先例，要建造盐穴储油库可能还面临一些工艺技术方面的问题。 1 国内外发展与现状 （1）盐穴储油库的发展 盐穴是源于人类开采地下岩盐后所留下的空间而形成，虽然人类开采岩盐的历史很久（可以追溯到新石器时代），但是利用这些盐穴作为储库却是近五六十年的事情[1]。 十九世纪40年代初，加拿大首先将盐穴作为储库来存放液体和气体，到了50年代，盐穴在北美和欧洲一些国家得到了广泛的利用，苏伊士运河危机期间，英国成为世界上首个将石油存储在盐穴中的国家。接下来的几十年里，随着盐穴储库建造工艺和技术的进步，盐穴储库还被用于存储各种废料、天然气等。 （2）盐穴储油库现状 为了弥补油罐作为石油储库储油设施的不足，许多国家利用地下盐穴存储石油 美国的战略石油储备，采用以地下盐穴存储为主，辅以部分地上油罐的方式，每个储油点都有数量不等的岩洞及与之相连的管道和中转泵站，地上罐设在中转泵站上。储油点都通过其中转泵站与长输管道或大型装卸泊港相接，以便于原油的顺利周转，容量均可达几百万立方米。至今，美国已经拥有地下盐穴储库数百座德国也拥有近百座而且数量还在不断增加。从20世纪60年代起，前苏联也开始重视地下盐穴油库的建设。 石油储备（天） 建成/计划 时间 美国 53天（政府），100天（工业） 建成 2004年3月 日本 92天（政府），81天（工业） 建成 2004年3月 韩国 51天（政府），55天（工业） 建成 2003年底 德国 90天（政府） 建成 2003年底 中国 90天（政府） 计划 2010 国内在建的储油库都是采用地面油罐或地表坑道，投资高、占地广，消耗了大量财力和物力。如果采用已有溶腔改建储油库，其成本仅为地面储油库的三分之一[3]，且在维护和使用方面也要比地面油库简单，无需采暖、通风等设施。 2 储油库腔体稳定性分析 目前盐穴储油以在大型盐丘中建设为主，形态主要体现为细长圆柱体，受地质条件限制，还有近似椭球体、珍珠链式腔体、巷道式腔体。无论那种形态的腔体，其稳定性是储油库设计和建造过程中最重要的一个因素。 （1）腔体稳定性评价标准 在评价盐穴的稳定性时，应考虑地层的张应力、岩石膨胀和极限蠕变三种判据[7, 8]。 (a) 无张应力判据 由于盐岩的抗张强度较小，因此，储油库运行过程中腔壁不允许存在张应力。实际运行过程中可能引起张应力的情况主要有两种原因：（1）盐穴受压过度或者在运行过程中流体温度剧烈变化引起的冲击；（2）盐穴顶部跨度过大，发生变形而引起的张应力。 (b) 膨胀判据 目前较为公认的观点认为，岩石膨胀是发生损伤的一个判据，而应力准则可以判断出是否发生膨胀。具体做法以岩石力学分析为基础，综合运用地质力学、工程力学对溶腔的各种参数进行反复优化，利用有限元软件进行模拟计算，分析不同溶腔形态在不同的运行状态下时，不同部位的应力和应变，直至满足稳定性标准。 (c) 蠕变应变判据 根据三轴蠕变及短期试验能够给出若干年后发生蠕变的极限值，要保证盐穴储油库的稳定性，盐岩的蠕变应变 （2）腔体稳定性的关键影响因素分析 （a）储油库内的液柱高度 在盐岩蠕变实验基础上，国内外学者一致认为岩盐具有如下的蠕变特性：即使在非常小的偏应力作用下，盐岩也具有流体的特性；盐岩的蠕变速率是偏应力和温度的高阶非线性函数。因此，只要溶腔应力存在差值，终将慢慢收缩，从而导致溶腔压力的升高[10]。 在储油库中，由于液柱产生压力，使得盐穴储油库的腔体所承受的压力不同于储气库[6]，因此在腔体形态设计与稳定性分析时，盐穴储气库的做法不能简单地照搬，需要根据实际腔体地应力分布情况，选择一个合适的液面高度，以使得溶腔应力差值尽可能保持在最低水平。 （b）温度变化的影响 无论在腔体建造，还是储油库运行过程中，随着卤水或石油的注人与采出，流体与盐层