2、地下水封洞庫

1、地下工程新領(lǐng)域水封洞庫的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè),北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院劉保國(guó)教授、博導(dǎo)2006年11月29日,1 國(guó)內(nèi)外概況2 國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設(shè)計(jì)與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,報(bào)告提綱,1 國(guó)內(nèi)外概況,1.1 世界石油可開采量分布（2002年）,1.2 世界主要產(chǎn)油國(guó)的石油產(chǎn)量（2002年）,2005年我國(guó)采油量達(dá)到1.8億噸，目前此產(chǎn)量預(yù)計(jì)可保持到

2、2030年。,1.3 我國(guó)人均石油量,1.4 世界主要國(guó)家的石油消費(fèi)量（2002年）,1.5 我國(guó)原油需求量預(yù)測(cè),1.6 我國(guó)原油進(jìn)口,1.6.1 進(jìn)口量統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè),1.6.2 原油進(jìn)口地域分布,,我國(guó)近80%的石油進(jìn)口要經(jīng)過馬六甲,1.6.3 原油進(jìn)口海上通道,1.7 世界石油儲(chǔ)備的建立,1973年的石油危機(jī)使得依賴進(jìn)口石油的國(guó)家出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)大混亂。1974年11月15日成立的國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）,要求其成員國(guó)建立戰(zhàn)

3、略石油儲(chǔ)備。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，美國(guó)啟用112萬桶的戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備,不但確保了戰(zhàn)爭(zhēng)期間的石油供應(yīng),而且對(duì)平抑當(dāng)時(shí)的高油價(jià)起到至關(guān)重要的作用。截至2001年12月，各國(guó)的戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備已達(dá)到12.93億桶，占世界石油和油品總儲(chǔ)備量（不含俄羅斯和中國(guó)）的22.3％，相當(dāng)于世界近20天的供應(yīng)量。,石油儲(chǔ)備方式,廢棄礦井加上水幕系統(tǒng)儲(chǔ)油,專門開挖的硬巖洞穴加上水幕系統(tǒng)儲(chǔ)油,天然鹽巖洞穴或人工鹽巖洞穴儲(chǔ)油,地質(zhì)條件較好的含水層儲(chǔ)油,枯竭的油氣

4、層儲(chǔ)油,總儲(chǔ)備量 政府儲(chǔ)備,,,1.8 水封洞庫國(guó)內(nèi)外情況,1.8.1 國(guó)外情況,儲(chǔ)油概念（1938，哈根（Hagcon）瑞典）實(shí)驗(yàn)裝置（1948，斯德哥爾摩郊外長(zhǎng)石礦）示范裝置（1949，30m3）商業(yè)設(shè)施（1960—1970之后）,截至1988年，在斯堪迪那維亞半島已有200多座地下原油、石油產(chǎn)品及重燃料油庫在使用。 在韓國(guó)、日本、中東等地也建有很多地下水封巖洞油庫。韓國(guó)建有四個(gè)地下洞庫，總庫

5、容1830萬m3。日本建有3座地下洞庫，總庫容500萬m3 。,1.8.2 國(guó)內(nèi)情況,山東黃島地下水封油庫，1976年建成，庫容積15萬m3。,浙江象山地下水封油庫，1976年建成，庫容積4萬m3。,汕頭地下水封LPG庫，1998年建成，庫容積 20萬m3，為汕頭海洋石油化工有限公司和美國(guó)加德士 有限公司合資興建,寧波地下水封LPG庫，2002年建成，庫容量為50萬m3，為英國(guó)BP石油公司在中國(guó)投資興建,1 國(guó)內(nèi)外概況2 國(guó)家戰(zhàn)略石

6、油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設(shè)計(jì)與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,報(bào)告提綱,國(guó)內(nèi)石油資源不足，原油產(chǎn)量不能滿足需求，供需矛盾突出，進(jìn)口石油依存度不斷增大；國(guó)際石油價(jià)格波動(dòng)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響越來越大，抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力差； 世界石油資源爭(zhēng)奪日益激烈，境外資源空間逐步縮小，我國(guó)跨國(guó)公司對(duì)外直接投資時(shí)會(huì)受到西方跨國(guó)公司的擠壓和地方勢(shì)力的排擠；,2 國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃,2.1 建立國(guó)家

7、戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的原因,我國(guó)對(duì)海上石油運(yùn)輸通道控制薄弱，過分依賴中東和非洲地區(qū)的石油和單一的海上運(yùn)輸路線，將使我國(guó)石油進(jìn)口的脆弱性凸現(xiàn)；缺乏健全完善的能源安全預(yù)警應(yīng)急體系，沒有國(guó)際公認(rèn)的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備及商業(yè)儲(chǔ)備；地緣政治形勢(shì)復(fù)雜，美日等國(guó)在我國(guó)周邊軍事滲透構(gòu)成威脅。,,基于以上原因,我國(guó)于2003年正式啟動(dòng)建立石油儲(chǔ)備體系。,2.2 建立國(guó)家石油儲(chǔ)備的原則,實(shí)行實(shí)物儲(chǔ)備與資源地儲(chǔ)備相結(jié)合；實(shí)現(xiàn)官民結(jié)合，即國(guó)家與企業(yè)相結(jié)合；東部、中部

8、和西部地區(qū)合理布局。,為我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供石油資源保障；為維護(hù)我國(guó)國(guó)防安全提供資源保障；為平抑國(guó)內(nèi)油價(jià)、穩(wěn)定國(guó)內(nèi)市場(chǎng)提供資源保障。,2.3 國(guó)家石油儲(chǔ)備的任務(wù),,根據(jù)國(guó)際能源組織的建議，石油輸入國(guó)應(yīng)保有90天石油進(jìn)口量的儲(chǔ)備，按此計(jì)算2015年我國(guó)應(yīng)保有5000萬噸以上的石油儲(chǔ)備量，至少需建設(shè)約7200萬m3儲(chǔ)備庫。,2.4 國(guó)家石油儲(chǔ)備的總體規(guī)模,第一期1600萬噸；共四個(gè)基地，分別在沿海的浙江鎮(zhèn)海、舟山、遼寧大連、山東黃島

9、。,全部為國(guó)家投資的地面鋼罐，其中鎮(zhèn)海基地520萬噸在2006年底即可竣工吸儲(chǔ) 。其它三個(gè)基地陸續(xù)在2007、2008年竣工。,2.5 國(guó)家石油儲(chǔ)備的具體部署與進(jìn)展,第二期2800萬噸；均為地下水封洞庫，預(yù)計(jì)7～8個(gè)基地，目前處于選址階段，其中山東黃島、遼寧錦州、廣東大亞灣、湛江等4個(gè)基地基本確定，正在進(jìn)行預(yù)、工可研究和評(píng)審。,第三期2800萬噸。,1 國(guó)內(nèi)外概況2 國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設(shè)計(jì)與施工4

10、黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,報(bào)告提綱,3 地下水封洞庫原理、設(shè)計(jì)與施工,3.1 地下水封洞庫儲(chǔ)油原理,固定水床水位法 變動(dòng)水床水位法,占地少；投資??；損耗少；污染??；,運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用低；安全性能高；裝卸速度快。,3.2 地下水封洞庫優(yōu)點(diǎn),,3.3 地下水封洞庫選址原則,符合國(guó)家戰(zhàn)略石油整體布局要求。選擇在堅(jiān)硬、完整性好的塊狀巖體區(qū)，并具有弱透水性。最好是結(jié)晶狀、未風(fēng)化或微風(fēng)化花崗

11、巖，巖體級(jí)別Ⅰ或Ⅱ級(jí)。 具有穩(wěn)定的地下水位。盡量依托現(xiàn)有的海運(yùn)航道、大型油碼頭和輸油管網(wǎng)。符合環(huán)保、安全標(biāo)準(zhǔn)；有可靠的水源、電源條件；節(jié)約用地。,3.4 地下水封洞庫的設(shè)計(jì),3.4.1 庫容規(guī)模確定,一般按擬選庫周邊煉油企業(yè)90天加工原油的能力進(jìn)行核定，同時(shí)考慮工程、水文地質(zhì)所許可的最大建庫規(guī)模。,3.4.2 儲(chǔ)油庫埋深確定,儲(chǔ)油洞室內(nèi)最大工作壓力，一般取0.1MPa ；建庫地區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件 ；穩(wěn)定的地下水位

12、；,依據(jù)上述原則，從儲(chǔ)油洞室拱頂算起，埋深=穩(wěn)定的地下水位埋深+開挖引起地下水下降漏斗高度+洞室內(nèi)最大工作壓力折合的水頭高度+水封安全高度（取20～25m）。,3.4.3 儲(chǔ)油洞室斷面形狀確定,3.4.4 儲(chǔ)油洞室長(zhǎng)度及走向,儲(chǔ)油洞室長(zhǎng)度一般根據(jù)可用巖體范圍，儲(chǔ)油庫規(guī)模，儲(chǔ)油洞室的組數(shù)等來確定，一般情況500～1000m。儲(chǔ)油洞室的走向一般與最大水平地應(yīng)力平行，或交角盡量小。,3.4.5 儲(chǔ)油洞室凈間距,綜合考慮埋深、地應(yīng)力大小

13、、圍巖條件、斷面形狀等因素，確保洞室之間巖體有足夠?qū)挾鹊姆瞧茐膮^(qū)，可通過數(shù)值模擬計(jì)算確定，一般取洞室跨度的1.5 ～ 2.0倍。,3.4.6 水幕系統(tǒng),水幕系統(tǒng)由注水巷道和注水孔構(gòu)成，注水巷道距離儲(chǔ)油洞室高度一般取30m，斷面可采用4×4m矩形帶圓角，或4.5×5.0m直墻圓拱；注水孔直徑80～100mm，孔間距10 ～20m之間，孔長(zhǎng)度以能包絡(luò)儲(chǔ)油洞室為目的確定，可以幾十米至上百米。,根據(jù)注水孔排列方向不同，可分

14、為水平水幕和垂直水幕兩種。,作用：同一油庫儲(chǔ)有不同油品，為了使不同洞室間的不同油品不能相互滲透，則往往在儲(chǔ)有不同油品的不同洞室間設(shè)置垂直水幕；,工程措施：從注水巷道底板，在兩個(gè)儲(chǔ)油洞室之間打垂直注水孔，通過在垂直注水孔中注入一定壓力水將兩洞室分隔開來。,油品,作用：主要是為了安全起見，在洞庫頂部上方一定距離處設(shè)置水平水幕，以保證洞庫上部始終有水蓋層，從而降低因自然水位下降而導(dǎo)致的洞庫上部地下水蓋層缺失，并致使油氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。,工程措施：

15、從注水巷道底板向兩側(cè)水平或斜向打注水孔，通過注水孔中一定的壓力水，在洞庫頂部形成人工水蓋層。,3.4.7 施工巷道,施工巷道包括斜坡道和聯(lián)絡(luò)道，斜坡道主要是滿足掘進(jìn)過程中石渣外運(yùn)、通風(fēng)、施工用水及照明動(dòng)力電線的鋪設(shè)、排水及施工人員通行、地下混凝土工程及設(shè)備安裝工程施工的需要；根據(jù)施工機(jī)車外形，爬坡能力并結(jié)合洞庫埋深地質(zhì)情況，綜合考慮后確定，一般情況橫截面寬度8.0m，高度7.5m，直墻拱形斷面，坡度為13.3% 。,聯(lián)絡(luò)道在施工期間，

16、主要用于不同儲(chǔ)油洞室施工時(shí)的聯(lián)絡(luò)，以便共用斜坡道；建成投入使用后為儲(chǔ)油洞室的一部分。,3.4.8 豎井,用于原油進(jìn)、出庫作業(yè)，進(jìn)出庫的所有管道均通過操作豎井與地面相連，豎井用上下兩層蓋板封閉，下蓋板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的抗爆能力。,每座洞罐豎井布置方案有兩種：一是每座洞罐設(shè)一個(gè)豎井；二是每個(gè)洞罐的不同洞室上各設(shè)一個(gè)豎井。 方案一：由地下洞室至地面的工藝管道及其套管儀表和電纜及其套管等均布置在豎井中豎井直徑為7m 。

17、 方案二：其中一個(gè)豎井中布置進(jìn)油管道及其套管，直徑為4m，洞罐進(jìn)油時(shí)不攪動(dòng)水墊層，有利于油水分離；另一個(gè)豎井中布置由地下洞室至地面的其它工藝管道及其套管，儀表和電纜及其套管等，直徑為6m 。,3.4.9 總體布局,3.4.10 洞室支護(hù)與涌水處理,洞室圍巖一般地段采用砂漿錨桿和噴射混凝土方式進(jìn)行支護(hù)；破碎帶采用砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護(hù)；范圍較大的斷層破碎帶除上述支護(hù)外，局部二襯支護(hù)（選址時(shí)盡量避開斷層）。對(duì)于支

18、護(hù)表面潮濕的情況不處理，對(duì)于明顯滴水、流水，甚至涌水的裂隙部位，要進(jìn)行注漿封堵。,3.5 地下水封洞庫的施工,斜坡道、豎井同時(shí)進(jìn)行掘進(jìn)；斜坡道到達(dá)水幕巷道標(biāo)高，拓展開來，進(jìn)行水幕巷道掘進(jìn)，同時(shí)繼續(xù)延伸斜坡道；,斜坡道到達(dá)儲(chǔ)油洞室第一層標(biāo)高，向兩側(cè)儲(chǔ)油洞室掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)道，到達(dá)儲(chǔ)油洞室第一層掘進(jìn)第一層，同時(shí)繼續(xù)延伸斜坡道，到達(dá)第二層標(biāo)高，同上述第一層相同程序，以此類推。,1 國(guó)內(nèi)外概況2 國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設(shè)

19、計(jì)與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,報(bào)告提綱,4 黃島、錦州等水封洞庫介紹,4.1 黃島水封洞庫,距黃島油碼頭13km,可用面積1.5平方公里。,儲(chǔ)備庫規(guī)模為300萬立方，由3組儲(chǔ)油洞罐構(gòu)成，主要供應(yīng)青島煉油廠、青島石化廠、齊魯石化和濟(jì)南煉油廠。儲(chǔ)存油品為中東低凝輕、重原油。預(yù)計(jì)總投資16億，2008年底建成。,4.2 錦州水封洞庫,儲(chǔ)備庫規(guī)模為300萬立方，由4組儲(chǔ)油洞罐構(gòu)成，主要供應(yīng)錦州石化

20、、錦西石化，或輸送至錦州港外運(yùn)。儲(chǔ)存油品為中東低凝輕質(zhì)、中質(zhì)原油。預(yù)計(jì)總投資18億，2010年建成。,4.3 大亞灣水封洞庫,距華德公司油碼頭20km,可用面積3.219平方公里。,儲(chǔ)備庫規(guī)模為400萬立方，由4組儲(chǔ)油洞罐構(gòu)成，主要供應(yīng)中石化廣州分公司煉油廠，擬建的中海油惠州煉油廠，或輸送至油碼頭運(yùn)往海南煉油廠。儲(chǔ)存油品為中東低凝輕質(zhì)、重質(zhì)原油。預(yù)計(jì)總投資22.6億，2010年6月建成。,4.4 廉江水封洞庫,距湛江港油碼頭20km

21、,可用面積2.5平方公里。,儲(chǔ)備庫規(guī)模為500萬立方，由5組儲(chǔ)油洞罐構(gòu)成，主要供應(yīng)茂名石化、湛江東興石化、海南煉油廠和欽州煉油廠等煉油企業(yè)。儲(chǔ)存油品為中東低凝輕質(zhì)、重質(zhì)原油。預(yù)計(jì)總投資25.7億，2010年10月建成。,1 國(guó)內(nèi)外概況2 國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設(shè)計(jì)與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,報(bào)告提綱,5 儲(chǔ)備庫建設(shè)管理體系與運(yùn)行機(jī)制,總體規(guī)劃、下達(dá)文件,選址、預(yù)可

22、行性研究,預(yù)可行性研究評(píng)估,可行性研究,環(huán)評(píng)、安評(píng),,,,,,,可行性研究評(píng)估,初步設(shè)計(jì),國(guó)家發(fā)改委能源局儲(chǔ)油辦,,中石油、中石化,中石油、中石化,發(fā)改委委托中咨公司,國(guó)家環(huán)保局,發(fā)改委委托中咨公司,中石油、中石化,,,,,,,5.1 建設(shè)管理體系,施工圖設(shè)計(jì),中石油、中石化,,工程施工招標(biāo),發(fā)改委或中石油、中石化或地方政府,土建施工,,,中標(biāo)企業(yè),,,5.2 運(yùn)行機(jī)制,國(guó)際慣例：商業(yè)儲(chǔ)備（69%）

23、 國(guó)家儲(chǔ)備（31%）,長(zhǎng)期固定儲(chǔ)存，以備國(guó)家緊急狀態(tài)（如戰(zhàn)爭(zhēng)、突發(fā)自然災(zāi)害等）。雙重功能，即作為流動(dòng)庫，為和平時(shí)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)；又作為戰(zhàn)略庫，應(yīng)對(duì)國(guó)家緊急狀態(tài)。,多種力場(chǎng)作用下地質(zhì)體時(shí)效變形機(jī)理研究；洞庫群建設(shè)過程中應(yīng)力傳遞與能量釋放規(guī)律研究；洞庫群建設(shè)對(duì)區(qū)域地應(yīng)力的改變及引發(fā)區(qū)域地震的機(jī)理研究；洞庫群的長(zhǎng)期穩(wěn)定性預(yù)測(cè)理論與工程的安全防護(hù)原理；多種介質(zhì)長(zhǎng)期相互作用下力學(xué)行為改變規(guī)律研究,重要基礎(chǔ)科學(xué)問題,庫區(qū)地應(yīng)力分布