陳結(jié) 劉偉 任松 王亮 徐衛(wèi)華 唐海軍 戴鑫

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室重慶4000442.江蘇新源礦業(yè)有限責(zé)任公司江蘇揚州2250003.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院江蘇揚州225000）

利用雙井鹽穴溶腔建立國家戰(zhàn)略石油儲備體系

陳結(jié)1劉偉1任松1王亮1徐衛(wèi)華2唐海軍3戴鑫3

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室重慶4000442.江蘇新源礦業(yè)有限責(zé)任公司江蘇揚州2250003.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院江蘇揚州225000）

我國目前石油戰(zhàn)略儲備僅有31d，離國際上90d的標(biāo)準(zhǔn)還相差很遠(yuǎn)，且已有石油儲備均為地面儲罐，安全性不高。當(dāng)前國家原油價格下行，是構(gòu)建我國戰(zhàn)略石油儲備的黃金時期。本研究提出了將廢棄雙井鹽穴溶腔或新采鹵雙井鹽穴溶腔用來儲存原油的技術(shù)思路；分析雙井溶腔儲存石油的優(yōu)越性和經(jīng)濟性，并分別探討了相關(guān)技術(shù)要點和已有技術(shù)準(zhǔn)備。本研究可為盡快建立我國石油儲備體系提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 什么是地下石油儲備

我國2015年消耗石油達到5.43億t，其中進口量接近60%，石油對外依存度過高已經(jīng)對我國的石油安全造成非常不利的影響。聯(lián)合國建立其成員國至少擁有90d的戰(zhàn)略儲備，而我國當(dāng)前石油儲備僅有31d。例如，戰(zhàn)略石油儲備一期的四個基地，舟山、鎮(zhèn)海、大連和青島，石油儲備量1243萬t，但是也僅僅相當(dāng)于9d的石油儲備量。況且這些儲備基地位于沿海、又是以地面儲罐處置。在戰(zhàn)爭或恐怖襲擊時，易于成為被打擊目標(biāo)。因此，國家戰(zhàn)略石油二期和三區(qū)都將儲存庫建造在地下，以確保石油儲備量。

近兩年來，全球油價急劇下滑，最低僅為27美元/桶，而國內(nèi)油田的開采成本約為60～70美元/桶。因此，當(dāng)前正是我國大量進口原油、完成戰(zhàn)略石油儲備的黃金時間。誠然，地下儲備是最安全、最經(jīng)濟的儲存方式。鹽巖地層具有良好密閉性、損傷自修復(fù)性和可水溶開采的特性，被譽為油氣資源最佳儲存介質(zhì)。因此，國家戰(zhàn)略石油三期工程盯緊鹽巖，儲量在8000萬t。事實上2007年我國第一口天然氣鹽穴儲庫就已在金壇運行，而后的近十年間，金壇、應(yīng)城、平頂山也開始建造大量的地下鹽腔用于儲存天然氣。但現(xiàn)在所建立的鹽腔都是單井溶腔，并存在成腔速度慢、造價高、事故多、腔體偏小等不足，難以滿足石油儲備的巨大要求。

2 什么是雙井水溶鹽腔

由于單腔存在著一些無法克服的缺點。故本提出利用雙井水溶鹽腔來儲存石油。雙井水溶鹽穴是這樣的一種腔體，在地層中鉆入兩口井眼，然后下放管柱并固井。利用水平對接技術(shù)實現(xiàn)一口井與另一井的對接。從一口井注如淡水，一口井進行采鹵。通過注采的不定期交替實現(xiàn)對鹽巖的溶解、并形成巨大的溶腔。相比較單井水溶開采，雙井水溶開采的突出優(yōu)勢表現(xiàn)在：

（1）注水量大、開采效率高。開采一口體積20萬m3的單井溶腔耗時4～5年，但是建造一口容積40萬～60萬m3的溶腔僅耗時1～2年，大大縮短工期和成本。

（2）中國當(dāng)前各鹽礦企業(yè)主要采用雙井水溶開采。因此，我國廢棄鹽腔中有大量的雙井溶腔存在，這些溶腔稍作改造，如只需要花費500萬左右的修井費，就可將其立刻轉(zhuǎn)變?yōu)槭蛢?，還可節(jié)省大量的時間和成本。

（3）雙井水平溶腔有兩口井眼，故儲存石油時可以快速注入或者快速采油，操作起來非常便利、效率高。

3 雙井鹽巖溶腔的儲存潛力

按照國家戰(zhàn)略石油儲備第三期的規(guī)劃，儲存在8000萬t。如果采用傳統(tǒng)的單井水溶開采技術(shù)實施，至少10～20年才有可能建成。一般地，國際原油價格呈現(xiàn)周期性波動，不可能在如此長的時間內(nèi)持續(xù)低價。因此，采用傳統(tǒng)單井溶腔難以實現(xiàn)石油儲備的苛刻要求。

我國已有廢棄溶腔總?cè)莘e超過2億m3，其中估計70～80%為雙井溶腔。即便只有30%的溶腔適合于儲存，也能提供近5000萬m3的空間。我國2014年為例，開采鹽礦4840萬t，形成溶腔體積達到2000萬m3，僅按這個速度且以50%的可利用率，只需要5年便可形成5000萬m3的地下空間。若以8000萬t石油估算，所需要的溶腔體積約為1億m3，僅需上述兩項就能滿足。因此，將戰(zhàn)略石油儲備的溶腔需求與鹽礦開采有效結(jié)合，是有效實施我國戰(zhàn)略石油儲備三期工程的重要途徑，也是有效提升鹽礦企業(yè)經(jīng)濟效益的最佳方式。就僅以江蘇井神鹽化股份有限公司為例，每年產(chǎn)鹽量560萬t，形成溶腔220萬m3，就可至少儲備原油170萬t，而單獨建腔其成本也需2～3億元。

圖1給出了國內(nèi)主要油氣輸送關(guān)系與主要鹽礦分布的區(qū)位圖。由圖1可見，其實各大鹽礦與輸送管線都靠的很近，也再次證明在鹽礦建設(shè)石油儲備是具有十分便利的交通條件的。

圖1 我國油氣管線分布與井礦鹽分布區(qū)位圖

4 雙井鹽穴水溶開采的技術(shù)要點

雙井水溶開采其實對技術(shù)的要求較高。傳統(tǒng)的若以采鹽為目的的開采，其技術(shù)要求會低一些，只要能夠確保鹵水濃度的方式都可以采取。但是專門為石油儲備的雙井水溶開采對技術(shù)的要求就較高，要求確保溶腔的體積、形狀、密閉性等多方面的因素。雙井水溶開采的技術(shù)要點在以下幾個方面：

（1）如何有效控制上溶：鹽巖的溶解速度滿足“上溶＞側(cè)溶＞底溶”。因此在一般的水平溶腔中上溶非?？焖伲斐扇芮荒鄮r頂板過度暴露，進而引發(fā)諸如頂板漏失、垮落等事故（圖2為頂板垮塌）。這樣的溶腔是難以確保儲存石油時的穩(wěn)定性和密閉性要求的。要防止此類事故的發(fā)生，就必須有效控制上溶速度。

圖2 頂板過渡溶蝕垮塌示意圖（江蘇某鹽礦）

（2）如何確保腔體中部斷面尺寸。雙井水溶開采時，由于淡水進入后僅能影響其局部流場，而淡水比鹵水密度低，很容易上浮進而溶解頂板。故雙井水溶腔體的很多腔體都是兩邊大-中間小的馬鞍形。這種溶腔對穩(wěn)定性是不利的，而且如果中部尺寸太小時容易被沉渣所堵塞，也是不利于儲備和穩(wěn)定性的。

（3）如何確保溶腔的穩(wěn)定性。石油儲備庫的使用年限在30～50年，必須確保儲油庫在運行期的安全性，否則不但會造成石油泄漏、甚至?xí)l(fā)火災(zāi)或者鹽腔塌陷等災(zāi)難性后果。

而目前的鹽穴儲氣庫的建造主要由石油系統(tǒng)的相關(guān)企業(yè)主導(dǎo)，在鉆完井、管道等方面有優(yōu)勢，但是對鹽礦開采的經(jīng)驗較為不足；而鹽礦企業(yè)主要以采鹽為目的，鹽腔形狀控制方面的經(jīng)驗較少。因此，筆者建議由國家相關(guān)部門牽頭協(xié)調(diào)，整合量大系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢，實現(xiàn)采鹵用腔環(huán)保一體化。

5 雙井水溶開采的技術(shù)準(zhǔn)備

重慶大學(xué)自1986年八五攻關(guān)期間，便以自貢鹽礦開采為依托，開展了鹽礦溶蝕機理、頂板穩(wěn)定性及開采優(yōu)化的研究。而后又以國家973項目—“能源地下儲備庫災(zāi)變機理與防護理論研究”為依托，攜手中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、山東大學(xué)、解放軍理工大學(xué)等單位，對單井、雙井鹽穴開采期災(zāi)害事故控制，流場、濃度場演化規(guī)律、開采/造腔仿真模擬等進行了深入研究。近年來，依托于國家戰(zhàn)略儲備需求、廢物處置及鹽礦災(zāi)害治理等，對雙井水溶的溶腔形狀擴展機理，流場、濃度場規(guī)律及調(diào)控等實施了研究；同時考慮到廢棄溶腔雖是潛伏地質(zhì)災(zāi)害，但也是寶貴的地下儲存空間資源，對廢棄鹽腔中處置石油、天然氣、堿渣、鈣鎂泥等也開展了探索，并已經(jīng)取得了階段性成果。這些成果為指導(dǎo)雙井鹽腔用于石油儲備奠定了的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

通過對雙井鹽穴水平溶腔的技術(shù)的介紹，分析了在雙井水平腔中儲備石油儲備的可行性、技術(shù)優(yōu)勢及潛在經(jīng)濟價值，得出以下結(jié)論：①相對于單井鹽穴等儲備方式，雙井水平鹽腔具有建造周期短、成本低及體積大等優(yōu)勢，十分有利于戰(zhàn)略石油儲備的實施；②利用已有雙井水平鹽腔及鹽礦企業(yè)規(guī)范化開采的水平溶腔，最短5年可完成戰(zhàn)略石油儲備第三期任務(wù)，這是其他儲存方式無法實現(xiàn)的；③建議將整合石油儲備系統(tǒng)與鹽礦開采系統(tǒng)的綜合技術(shù)優(yōu)勢;國內(nèi)在雙井水平鹽礦開采、利用及評價方面已經(jīng)有了較充足的技術(shù)準(zhǔn)備。

[1]中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院.國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告.2016.

[2]蔣翔，姜德義，陳結(jié)，等.定向?qū)舆B通井造腔可行性分析.中國科技論文，2013，8（5）：374～376+425.

[3]任松，吳建勛，陳結(jié)，等.層狀鹽巖造腔仿真軟件開發(fā)及其實用性驗證.巖土力學(xué)，2014，35（9）：2725～2731.

[4]姜德義，邱華福，易亮，等.大尺寸型鹽造腔相似試驗研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2012，31（9）：1746～1755.

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1004-7344（2016）16-0285-02

2016-5-24