地下水封油库技术的发展及在我国的应用前景

李倩冬(中油抚顺石化分公司石油二厂中转站， 辽宁 抚顺 113004)

地下水封油库技术的发展及在我国的应用前景

李倩冬(中油抚顺石化分公司石油二厂中转站， 辽宁 抚顺 113004)

根据国际能源组织机构(IEA)的规定，各成员国的应急石油储备应相当于上年90天的消费量，在石油消耗量持续增加的时代背景下，大容量储存的地下水封油库再度引起广泛关注。本文系统介绍了国内外地下水封油库的发展运营情况，阐述了水封储油原理及储存方式的系列问题，分析了地下水封的储油优势，为我国水封油库的建设提供理论依据。

地下水封油库；国内外发展；原理；储油方式；优势

地下水封油库是一种将油存储在未经被覆的地下岩洞中，利用地下水的静压力防止油品渗漏的储油技术。水封方式的产生来源于自然界中天然油气藏的储存，如图1所示,原始状态下石油即是储藏在储油岩内相互连通的孔隙中，四周被地下水或不渗透层所圈闭[1]。

图1 油气藏剖面图

1 国外地下水封油库发展概况

20世纪30年代西班牙内战时期，为了安全储备军用燃油，瑞典人Dr.Hageman提出石油直接储存在位于地下水位以下的不衬砌岩洞中，即著名的“瑞典法”； 1948年(直至1989年)在斯德哥尔摩郊外的老长石矿内，瑞典国家能源局首次利用岩洞水封原理储存石油；1949年(储存至1956年6月)，在斯德哥尔摩郊区建立30m3的实验库，储存汽油17.6m3，此间汽油质量和体积没有变化。

1950年，美国建成库容3000 m3地下不衬砌石油液化气洞库。 20世纪60至70年代，地下水封石洞油库大规模发展，每年建设几百万立方米地下油库；1973年后，瑞典所有的石油产品均依赖进口，考虑到石油危机的影响，为了实现低价时大量购进的策略，瑞典建成了几百万立方米的国家级地下水封储备库。

1966年至1983年在哥森堡建成总库容为410×104m3，由四个洞室组成的地下原油库；1986年日本开始先后在久慈、菊间、串木野建设水封岩洞库，建成总容积达到500×104m3；1988年在斯堪的纳维亚已建有200多座地下油库，容量占石油产品总储量的2/3；2006年底，世界最大储量地下油库在韩国全罗南道丽水市建成，储量可达4900万桶，韩国地下储存原油库容达到1830×104m3；2007年，印度Visakhapatnam 建成世界最深LPG储库，平均埋深-162m,最深部分-196m,总储量达到12×104m3[2][3][4]。

2 我国地下水封库的发展

我国是亚洲最早引进水封裸洞储油技术的国家之一[1]。二十世纪六七十年代，我国发现并开采大量石油，急需配置各种储油设备，为此先后在浙江象山建成4×104m3柴油库及山东黄岛15×104m3原油库。

象山地下水封于1977年投产储存柴油，由两个2×104m3洞库组成,年周转量达15～20万吨,30年来设施未进行过维修，仍然稳定运行。

黄岛地下水封原油库由三个洞室组成，于1977年投产，由施工巷道将其中两个洞室连通。1989年黄岛油库发生火灾,两座2×104m3的非金属罐及三座1×104m3地上储罐损坏,而附近的地下水封库却未有丝毫影响。

上世纪末本世纪初，我国液化石油气大量进口，因而在汕头和宁波建成两个库容分别为20×104m3及50×104m3的丙烷、丁烷地下洞库。汕头地下水封石洞LPG库于1998年投产，年周转量可达128万吨；宁波地下水封LPG库于2002年投产，年周转量为100万吨。两座LPG库至今稳定运行，并取得了良好的收益率[4][5]。

3 地下水封库储油原理

在稳定的地下水位以下大于5m的深度，当储油洞室形成后，由于洞内的压力接近于当地大气压力，则周围的地下水将在静水压力与大气压力的作用下流向洞室。洞室注油后，由于油与水不能混溶的特点，在任意相同高度上岩洞周围地下水的压力仍然大于油品的静压力，使油品不能从裂隙中漏走，因而油品被封隔在洞室内。同时油与水的密度不同导致流入洞内的水沿洞壁沉积到底部。

由于岩层中的水流入洞室内，使周围地下水位发生变化，形成降落水漏斗。水漏斗底面高度随着油品液位高度变化，洞室内油品注入量增大时，水漏斗底面也随之上升。如图2所示，当两个距离较近洞室内油品液面高度不同时，洞室间的岩石间壁会因脱水而无法满足水封条件，高液面的油品将会渗入到低液面洞室中，造成混油事故。此时需要在洞室间的岩石间壁开凿注水通道人工注水，在间壁内形成一个人工地下水幕，从而补充岩层裂隙水保证洞室的水封条件，起到防止相邻洞室油品相互渗流的作用[3][6][7]。

图2 人工注水降落水漏斗

4 地下水封油库的储油方式

地下水封油库的储油方式有固定水位法和变水位法两种[2][6]。

4.1 固定水位法

地下水汇聚到洞室底部形成水垫层。固定水位法即是洞室收发油作业时，水垫层的高度不随油品储量多少而变化，始终保持一定值，油面上方气体空间体积发生变化。水垫层高度预先设定上下线值，水位到达上限时启动排水系统自动排水，水位降至下限时排水自动停止。

此方法即通过油泵直接将油品举升到地面，油品可以直接注入洞室。

4.1 变水位法

变水位法没有空气吸入，降低了油品的蒸发损耗多用于储存汽油。它是通过改变水垫层高度，使油品液面在收发油作业中始终保持在接近洞室顶部的同一高度上。收油的同时，以相同流量向洞室外排水，发油时等量进水，以此保证油面高度恒定。

此方法即在地面设置增压泵，油品注入时需增压将水抽出，相反发油时注水抽油。

以上两种方法均实现了油品不与洞底接触，有效保证油品不受污染。

5 地下水封油库的优势

(1)多洞室的地下结构，使其抗震及预防火灾能力较强，稳定性好。(2)与地上油库相比节省建设及运营费用，且使用寿命长一般在百年以上，地上油库25年就要大修或重建。(3)隐蔽性好，使其具有天然的防空战备能力。(4)不占用土地，对于陆上资源有限、可耕地面积较少国家而言，可节省大量地面资源。(5)油品蒸发损耗小，环保节能效果好满足长远规划要求[8][9][10]。

6 结语

地下水封油库以其得天独厚的条件备受各石油大国青睐，历经八十年的发展储油技术已趋于完善，我国可充分利用优质的海岸资源，依附便利的输油网络建设大型储备基地，以此满足日益增长的油品需求。

[1]时洪斌.黄岛地下水封洞库水封条件和围岩稳定性分析与评价[D].北京:北京交通大学，2010.

[2]郭光臣,董文兰,张志廉.油库设计与管理[M].北京:中国石油大学出版社.

[3]段亚刚.地下水封油库的应用与发展[J].山西建筑,2007,33(36):92-93.

[4]高飞.国内外地下水封洞库发展浅析[J].科技资讯，2010,24:55.

[5]徐方.分形理论在青岛某地下水封石油储备库工程中的综合应用[D].北京:中国地质大学.2006.

[6]马绪军.地下水封油库探讨[J].科技创新导报，2008,12:84.

[7]申发祥,李玉忠.地下水封石洞库规模经济性研究[J].炼油技术与工程，2006,36(7)：51-53.

[8]陈奇,武强,李俊彦.地下水封石洞油库地质灾害危险性评估[J].中国地质灾害与防治学报，2006,17(4):138-141.

[9]徐邵利,张杰坤.在我国东部沿海修建地下水封石洞油库若干问题的探讨[J].武汉地质学院学报，1985,10(1):39-43.

[10]许敏,邱韶辉,王敬奎,刘永强.地下水封洞油库风险识别[J].炼油技术与工程，2010,40(10)：52-55.