地下水封油庫技術的發展及在我國的應用前景

李倩冬(中油撫順石化分公司石油二廠中轉站， 遼寧 撫順 113004)

地下水封油庫技術的發展及在我國的應用前景

李倩冬(中油撫順石化分公司石油二廠中轉站， 遼寧 撫順 113004)

根據國際能源組織機構(IEA)的規定，各成員國的應急石油儲備應相當于上年90天的消費量，在石油消耗量持續增加的時代背景下，大容量儲存的地下水封油庫再度引起廣泛關注。本文系統介紹了國內外地下水封油庫的發展運營情況，闡述了水封儲油原理及儲存方式的系列問題，分析了地下水封的儲油優勢，為我國水封油庫的建設提供理論依據。

地下水封油庫；國內外發展；原理；儲油方式；優勢

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

圖1 油氣藏剖面圖

1 國外地下水封油庫發展概況

20世紀30年代西班牙內戰時期，為了安全儲備軍用燃油，瑞典人Dr.Hageman提出石油直接儲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石礦內，瑞典國家能源局首次利用巖洞水封原理儲存石油；1949年(儲存至1956年6月)，在斯德哥爾摩郊區建立30m3的實驗庫，儲存汽油17.6m3，此間汽油質量和體積沒有變化。

1950年，美國建成庫容3000 m3地下不襯砌石油液化氣洞庫。 20世紀60至70年代，地下水封石洞油庫大規模發展，每年建設幾百萬立方米地下油庫；1973年后，瑞典所有的石油產品均依賴進口，考慮到石油危機的影響，為了實現低價時大量購進的策略，瑞典建成了幾百萬立方米的國家級地下水封儲備庫。

1966年至1983年在哥森堡建成總庫容為410×104m3，由四個洞室組成的地下原油庫；1986年日本開始先后在久慈、菊間、串木野建設水封巖洞庫，建成總容積達到500×104m3；1988年在斯堪的納維亞已建有200多座地下油庫，容量占石油產品總儲量的2/3；2006年底，世界最大儲量地下油庫在韓國全羅南道麗水市建成，儲量可達4900萬桶，韓國地下儲存原油庫容達到1830×104m3；2007年，印度Visakhapatnam 建成世界最深LPG儲庫，平均埋深-162m,最深部分-196m,總儲量達到12×104m3[2][3][4]。

2 我國地下水封庫的發展

我國是亞洲最早引進水封裸洞儲油技術的國家之一[1]。二十世紀六七十年代，我國發現并開采大量石油，急需配置各種儲油設備，為此先后在浙江象山建成4×104m3柴油庫及山東黃島15×104m3原油庫。

象山地下水封于1977年投產儲存柴油，由兩個2×104m3洞庫組成,年周轉量達15～20萬噸,30年來設施未進行過維修，仍然穩定運行。

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

上世紀末本世紀初，我國液化石油氣大量進口，因而在汕頭和寧波建成兩個庫容分別為20×104m3及50×104m3的丙烷、丁烷地下洞庫。汕頭地下水封石洞LPG庫于1998年投產，年周轉量可達128萬噸；寧波地下水封LPG庫于2002年投產，年周轉量為100萬噸。兩座LPG庫至今穩定運行，并取得了良好的收益率[4][5]。

3 地下水封庫儲油原理

在穩定的地下水位以下大于5m的深度，當儲油洞室形成后，由于洞內的壓力接近于當地大氣壓力，則周圍的地下水將在靜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，在任意相同高度上巖洞周圍地下水的壓力仍然大于油品的靜壓力，使油品不能從裂隙中漏走，因而油品被封隔在洞室內。同時油與水的密度不同導致流入洞內的水沿洞壁沉積到底部。

由于巖層中的水流入洞室內，使周圍地下水位發生變化，形成降落水漏斗。水漏斗底面高度隨著油品液位高度變化，洞室內油品注入量增大時，水漏斗底面也隨之上升。如圖2所示，當兩個距離較近洞室內油品液面高度不同時，洞室間的巖石間壁會因脫水而無法滿足水封條件，高液面的油品將會滲入到低液面洞室中，造成混油事故。此時需要在洞室間的巖石間壁開鑿注水通道人工注水，在間壁內形成一個人工地下水幕，從而補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 地下水封油庫的儲油方式

地下水封油庫的儲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油作業時，水墊層的高度不隨油品儲量多少而變化，始終保持一定值，油面上方氣體空間體積發生變化。水墊層高度預先設定上下線值，水位到達上限時啟動排水系統自動排水，水位降至下限時排水自動停止。

此方法即通過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

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

此方法即在地面設置增壓泵，油品注入時需增壓將水抽出，相反發油時注水抽油。

以上兩種方法均實現了油品不與洞底接觸，有效保證油品不受污染。

5 地下水封油庫的優勢

(1)多洞室的地下結構，使其抗震及預防火災能力較強，穩定性好。(2)與地上油庫相比節省建設及運營費用，且使用壽命長一般在百年以上，地上油庫25年就要大修或重建。(3)隱蔽性好，使其具有天然的防空戰備能力。(4)不占用土地，對于陸上資源有限、可耕地面積較少國家而言，可節省大量地面資源。(5)油品蒸發損耗小，環保節能效果好滿足長遠規劃要求[8][9][10]。

6 結語

地下水封油庫以其得天獨厚的條件備受各石油大國青睞，歷經八十年的發展儲油技術已趨于完善，我國可充分利用優質的海岸資源，依附便利的輸油網絡建設大型儲備基地，以此滿足日益增長的油品需求。

[1]時洪斌.黃島地下水封洞庫水封條件和圍巖穩定性分析與評價[D].北京:北京交通大學，2010.

[2]郭光臣,董文蘭,張志廉.油庫設計與管理[M].北京:中國石油大學出版社.

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

[4]高飛.國內外地下水封洞庫發展淺析[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備庫工程中的綜合應用[D].北京:中國地質大學.2006.

[6]馬緒軍.地下水封油庫探討[J].科技創新導報，2008,12:84.

[7]申發祥,李玉忠.地下水封石洞庫規模經濟性研究[J].煉油技術與工程，2006,36(7)：51-53.

[8]陳奇,武強,李俊彥.地下水封石洞油庫地質災害危險性評估[J].中國地質災害與防治學報，2006,17(4):138-141.

[9]徐邵利,張杰坤.在我國東部沿海修建地下水封石洞油庫若干問題的探討[J].武漢地質學院學報，1985,10(1):39-43.

[10]許敏,邱韶輝,王敬奎,劉永強.地下水封洞油庫風險識別[J].煉油技術與工程，2010,40(10)：52-55.