2、地下水封洞庫

1、地下工程新領域水封洞庫的規(guī)劃、設計與建設,北京交通大學土木建筑工程學院劉保國教授、博導2006年11月29日,1 國內(nèi)外概況2 國家戰(zhàn)略石油儲備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設計與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲備庫建設管理體系與運行機制,報告提綱,1 國內(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)油國的石油產(chǎn)量（2002年）,2005年我國采油量達到1.8億噸，目前此產(chǎn)量預計可保持到

2、2030年。,1.3 我國人均石油量,1.4 世界主要國家的石油消費量（2002年）,1.5 我國原油需求量預測,1.6 我國原油進口,1.6.1 進口量統(tǒng)計與預測,1.6.2 原油進口地域分布,,我國近80%的石油進口要經(jīng)過馬六甲,1.6.3 原油進口海上通道,1.7 世界石油儲備的建立,1973年的石油危機使得依賴進口石油的國家出現(xiàn)了經(jīng)濟大混亂。1974年11月15日成立的國際能源機構(gòu)（IEA）,要求其成員國建立戰(zhàn)

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

4、層儲油,總儲備量 政府儲備,,,1.8 水封洞庫國內(nèi)外情況,1.8.1 國外情況,儲油概念（1938，哈根（Hagcon）瑞典）實驗裝置（1948，斯德哥爾摩郊外長石礦）示范裝置（1949，30m3）商業(yè)設施（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、日本、中東等地也建有很多地下水封巖洞油庫。韓國建有四個地下洞庫，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BP石油公司在中國投資興建,1 國內(nèi)外概況2 國家戰(zhàn)略石

6、油儲備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設計與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲備庫建設管理體系與運行機制,報告提綱,國內(nèi)石油資源不足，原油產(chǎn)量不能滿足需求，供需矛盾突出，進口石油依存度不斷增大；國際石油價格波動對我國經(jīng)濟的影響越來越大，抵御風險的能力差； 世界石油資源爭奪日益激烈，境外資源空間逐步縮小，我國跨國公司對外直接投資時會受到西方跨國公司的擠壓和地方勢力的排擠；,2 國家戰(zhàn)略石油儲備的總體規(guī)劃,2.1 建立國家

7、戰(zhàn)略石油儲備的原因,我國對海上石油運輸通道控制薄弱，過分依賴中東和非洲地區(qū)的石油和單一的海上運輸路線，將使我國石油進口的脆弱性凸現(xiàn)；缺乏健全完善的能源安全預警應急體系，沒有國際公認的石油戰(zhàn)略儲備及商業(yè)儲備；地緣政治形勢復雜，美日等國在我國周邊軍事滲透構(gòu)成威脅。,,基于以上原因,我國于2003年正式啟動建立石油儲備體系。,2.2 建立國家石油儲備的原則,實行實物儲備與資源地儲備相結(jié)合；實現(xiàn)官民結(jié)合，即國家與企業(yè)相結(jié)合；東部、中部

8、和西部地區(qū)合理布局。,為我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供石油資源保障；為維護我國國防安全提供資源保障；為平抑國內(nèi)油價、穩(wěn)定國內(nèi)市場提供資源保障。,2.3 國家石油儲備的任務,,根據(jù)國際能源組織的建議，石油輸入國應保有90天石油進口量的儲備，按此計算2015年我國應保有5000萬噸以上的石油儲備量，至少需建設約7200萬m3儲備庫。,2.4 國家石油儲備的總體規(guī)模,第一期1600萬噸；共四個基地，分別在沿海的浙江鎮(zhèn)海、舟山、遼寧大連、山東黃島

9、。,全部為國家投資的地面鋼罐，其中鎮(zhèn)?；?20萬噸在2006年底即可竣工吸儲 。其它三個基地陸續(xù)在2007、2008年竣工。,2.5 國家石油儲備的具體部署與進展,第二期2800萬噸；均為地下水封洞庫，預計7～8個基地，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個基地基本確定，正在進行預、工可研究和評審。,第三期2800萬噸。,1 國內(nèi)外概況2 國家戰(zhàn)略石油儲備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設計與施工4

10、黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲備庫建設管理體系與運行機制,報告提綱,3 地下水封洞庫原理、設計與施工,3.1 地下水封洞庫儲油原理,固定水床水位法 變動水床水位法,占地少；投資??；損耗少；污染?。?運營管理費用低；安全性能高；裝卸速度快。,3.2 地下水封洞庫優(yōu)點,,3.3 地下水封洞庫選址原則,符合國家戰(zhàn)略石油整體布局要求。選擇在堅硬、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、未風化或微風化花崗

11、巖，巖體級別Ⅰ或Ⅱ級。 具有穩(wěn)定的地下水位。盡量依托現(xiàn)有的海運航道、大型油碼頭和輸油管網(wǎng)。符合環(huán)保、安全標準；有可靠的水源、電源條件；節(jié)約用地。,3.4 地下水封洞庫的設計,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行核定，同時考慮工程、水文地質(zhì)所許可的最大建庫規(guī)模。,3.4.2 儲油庫埋深確定,儲油洞室內(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 儲油洞室斷面形狀確定,3.4.4 儲油洞室長度及走向,儲油洞室長度一般根據(jù)可用巖體范圍，儲油庫規(guī)模，儲油洞室的組數(shù)等來確定，一般情況500～1000m。儲油洞室的走向一般與最大水平地應力平行，或交角盡量小。,3.4.5 儲油洞室凈間距,綜合考慮埋深、地應力大小

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，孔長度以能包絡儲油洞室為目的確定，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，則往往在儲有不同油品的不同洞室間設置垂直水幕；,工程措施：從注水巷道底板，在兩個儲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致的洞庫上部地下水蓋層缺失，并致使油氣泄漏的風險。,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)絡道，斜坡道主要是滿足掘進過程中石渣外運、通風、施工用水及照明動力電線的鋪設、排水及施工人員通行、地下混凝土工程及設備安裝工程施工的需要；根據(jù)施工機車外形，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)絡道在施工期間，

16、主要用于不同儲油洞室施工時的聯(lián)絡，以便共用斜坡道；建成投入使用后為儲油洞室的一部分。,3.4.8 豎井,用于原油進、出庫作業(yè)，進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：一是每座洞罐設一個豎井；二是每個洞罐的不同洞室上各設一個豎井。 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：其中一個豎井中布置進油管道及其套管，直徑為4m，洞罐進油時不攪動水墊層，有利于油水分離；另一個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行支護；破碎帶采用砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土支護；范圍較大的斷層破碎帶除上述支護外，局部二襯支護（選址時盡量避開斷層）。對于支

18、護表面潮濕的情況不處理，對于明顯滴水、流水，甚至涌水的裂隙部位，要進行注漿封堵。,3.5 地下水封洞庫的施工,斜坡道、豎井同時進行掘進；斜坡道到達水幕巷道標高，拓展開來，進行水幕巷道掘進，同時繼續(xù)延伸斜坡道；,斜坡道到達儲油洞室第一層標高，向兩側(cè)儲油洞室掘進聯(lián)絡道，到達儲油洞室第一層掘進第一層，同時繼續(xù)延伸斜坡道，到達第二層標高，同上述第一層相同程序，以此類推。,1 國內(nèi)外概況2 國家戰(zhàn)略石油儲備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設

19、計與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲備庫建設管理體系與運行機制,報告提綱,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。,儲備庫規(guī)模為300萬立方，由3組儲油洞罐構(gòu)成，主要供應青島煉油廠、青島石化廠、齊魯石化和濟南煉油廠。儲存油品為中東低凝輕、重原油。預計總投資16億，2008年底建成。,4.2 錦州水封洞庫,儲備庫規(guī)模為300萬立方，由4組儲油洞罐構(gòu)成，主要供應錦州石化

20、、錦西石化，或輸送至錦州港外運。儲存油品為中東低凝輕質(zhì)、中質(zhì)原油。預計總投資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。,儲備庫規(guī)模為400萬立方，由4組儲油洞罐構(gòu)成，主要供應中石化廣州分公司煉油廠，擬建的中海油惠州煉油廠，或輸送至油碼頭運往海南煉油廠。儲存油品為中東低凝輕質(zhì)、重質(zhì)原油。預計總投資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。,儲備庫規(guī)模為500萬立方，由5組儲油洞罐構(gòu)成，主要供應茂名石化、湛江東興石化、海南煉油廠和欽州煉油廠等煉油企業(yè)。儲存油品為中東低凝輕質(zhì)、重質(zhì)原油。預計總投資25.7億，2010年10月建成。,1 國內(nèi)外概況2 國家戰(zhàn)略石油儲備的總體規(guī)劃3 地下水封洞庫原理、設計與施工4 黃島、錦州等水封洞庫介紹5 儲備庫建設管理體系與運行機制,報告提綱,5 儲備庫建設管理體系與運行機制,總體規(guī)劃、下達文件,選址、預可

22、行性研究,預可行性研究評估,可行性研究,環(huán)評、安評,,,,,,,可行性研究評估,初步設計,國家發(fā)改委能源局儲油辦,,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 建設管理體系,施工圖設計,中石油、中石化,,工程施工招標,發(fā)改委或中石油、中石化或地方政府,土建施工,,,中標企業(yè),,,5.2 運行機制,國際慣例：商業(yè)儲備（69%）

23、 國家儲備（31%）,長期固定儲存，以備國家緊急狀態(tài)（如戰(zhàn)爭、突發(fā)自然災害等）。雙重功能，即作為流動庫，為和平時期的經(jīng)濟發(fā)展服務；又作為戰(zhàn)略庫，應對國家緊急狀態(tài)。,多種力場作用下地質(zhì)體時效變形機理研究；洞庫群建設過程中應力傳遞與能量釋放規(guī)律研究；洞庫群建設對區(qū)域地應力的改變及引發(fā)區(qū)域地震的機理研究；洞庫群的長期穩(wěn)定性預測理論與工程的安全防護原理；多種介質(zhì)長期相互作用下力學行為改變規(guī)律研究,重要基礎科學問題,庫區(qū)地應力分布