2. 中国石油天然气管道工程有限公司, 河北 廊坊 065000
2. China Petroleum Pipeline Engineering Co., Ltd., Langfang 065000, Hebei Province, China
石油是国家经济运行的血液,是国家发展的战略性资源[1-2],加快石油储备库建设对于国家能源安全和经济发展至关重要[3]. 我国现有9个国家石油储备基地,相对欧美发达国家,石油储备及保障能力仍显不足,石油储备库运行管理难度和安全风险不断增大[4]. 因此,寻找安全可靠、经济便利的原油储备方式,对建立健全国家石油储备体系,提升我国石油储备能力具有重要意义.
1 全球原油储库主要类型当前原油储库主要分为地面储库、地下盐穴储库和地下水封洞窟三种类型.
地面储存是将原油储存在地面钢罐中,优点是结构简单、造价低廉、输油便捷. 缺点是占地面积大,在安全、保密、环保等方面隐患颇多. 我国东部沿海地区有大量千万吨级的油罐区,周边石油化工企业聚集,具有较大安全隐患.
地下盐穴储库是利用盐岩与原油不发生反应、不溶解的原理,将原油存储在盐岩溶解后形成的较大空腔中,是一种较为理想的储油方式. 但建设地下盐穴储油库对地质环境要求较高,我国符合条件的区域并不多.
地下水封洞窟也叫地下水封石洞油库,是在具有稳定地下水的岩石区域挖掘洞穴,在洞穴内储存原油. 特点是体积大、储油量多,封闭性好,安全性高,但此方法对地理、地质和水文条件要求严苛,并非所有国家和地区都适合建造[5-7].
2 我国原油储备难点地面罐储占地面积大、效率低、防范风险能力弱,地下原油储库安全性高、占地面积小,因此目前世界上地质条件适宜的国家均趋向于建造地下储油洞库. 我国后期原油储库均采用地下储库,但多在花岗岩中挖掘而成,工程浩大,施工周期长,成本高,且存储量有限.
3 利用废弃矿山地下空间构想东北地区存在大量的废弃矿山,矿山内遍布矿坑矿洞. 这些废弃矿山容易引发地质灾害,破坏生态环境、每年需投入大量资金进行矿山治理. 若利用废弃矿山建设原油储备基地,既能经济高效解决我国原油储备库不足的难题,还能有效解决废弃矿坑带来的环境问题,对完善我国原油储备体系具有重要意义.
3.1 探索性探索性改造废弃地下空间作为地下原油储库,具有存储空间体量巨大、建设周期短、施工成本低等诸多优势.
东北地区作为老工业基地,实施了长期的金属和非金属矿产资源开发利用,留下了规模巨大的废弃地下空间. 将这些地下空间变废为宝、改造为地下油库,不仅是对原油储库模式类型的新探索,而且是治理地面沉降等地质灾害的新尝试.
3.2 挑战性改造废弃矿山存在以下挑战:一是采空区稳定性差,地下矿山由于在矿山挖掘过程中,围岩应力状态发生改变,原有的稳定状态遭受破坏,矿坑周边围岩区常常是地面沉降、塌陷等地质灾害多发区;二是未经治理的废弃地下空间多发育各种类型的破碎带和裂隙,其围岩也存在一定渗透性,处置不当有可能引起原油散逸,浪费资源、污染环境;三是大型矿山开发过程中的不规范开采以及闭坑后的地灾治理,造成其边界不清、物权属性不明,急需综合性调查研究,制定针对性的治理对策.
3.3 地域性东北地区矿产资源类型多、数量大、勘探开发历史悠久,多年的矿产开发遗留了体量巨大且存在地灾隐患的废弃地下空间. 另一方面,东北是不仅我国重要的原油产地和进口原油集散地,同时还是我国重要石油化工基地. 因此,在东北地区开展废弃矿山地下空间调查,解决重大基础地质问题、开展关键技术攻关,实施试验示范区建设,将有助于建立相关调查规划和评价标准,为战略性原油储备探索一条高效便捷的道路.
3.4 阶段性第一阶段,分析整理相关资料,开展废弃地下空间状况调查,明确区域应力场和围岩力学性质,优选试验场地,制定施工方案;第二阶段,进行水幕平衡与渗漏模拟等组合实验,开展10~100 m3的小规模储存实验;针对实验结果优化实验方案,实现500~1000 m3中等规模储存实验;第三阶段,建立废弃矿山原油储库改造的调查规范与评价标准,提交5 000~10 000 m3可利用地下空间,尝试建立废弃矿山改造示范区.
4 总结紧密围绕我国原油战略储备迫切需求,充分利用近百年来矿产资源开发形成的亟待治理的巨大地下空间,建设战略性原油储库,是当前复杂国际国内形势下保障我国能源资源安全的新课题. 总体思路是:针对关键地质问题与技术难点,优选代表性区域;综合运用区域地质、工程地质、环境地质,以及油气储运方面理论技术,开展废弃地下空间状况调查;通过阶段性的野外现场小试、中试,建设地下原油储库示范区;总结可用于原油战略储备的废弃矿山调查规范与评价标准;为保障国家原油战略储备安全,提供可利用的后备地下空间,培育相关的人才队伍.
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