地下水封储油库库址的水文地质工程地质问题分析

　　我国石油资源十分缺乏，原油生产无法有效满足经济发展的需要，因此对于进口石油的依赖也就越来越高，早在 2007 年的时候就已经超过了 1.59×108 t，国际市场中的石油价格变化对中国经济具有极大的影响。按照国际能源组织机构的规定，每个成员国的应急石油储备应该和上一年的消费总量一致，并在此基础上，在 2015 年的时候，中国应该保证石油储量在 500×104 t 以上，并且应该建立超过 7000 万立方米的石油储备。但是，中国在第一期建设的四个石油储备地的地表和地下储油库早在 2008 年的时候就已经建成，但是石油的储备能力依旧无法满足国家的需求，影响必须建设大路的战略石油储备基地。

　　1 地下水封储油库储油运行原理

　　为良好确保储油的稳定性和安全性，地下水封储油罐应设置在相对稳定水位以下 5 米的深度，经过一定的工程操作，挖出一定体积的储油室，并将石油储存在洞室中，并通过稳定的地下水水封功能实现密封储存。在开展施工活动前，按照节理裂隙，地下水较深，并填满岩隙。在储油库开挖以后，围岩中的水将会渗透到以及开挖的洞窟中，这是注入石油，将会形成压力差，导致水压超过油压，使石油固定在油库中。这一储油方法的操作原理主要是对油水不混合、油比水轻的特点进行使用，一些石油在注入油库以后因为水的压力在洞低形成水垫，然后利用水泵抽走,其工作原理如图 1。

　　2 选择地下储油库的主要原理

　　选择适当的储油库位置对油库的施工有着十分关键的影响，为此，有必要不断强化对库址的选择。在选择过程中应该满足以下两方面的地质条件。一方面，岩石应该拥有完整性，非深断裂和小裂缝的结品岩体是最为理想;另一方面，可以实现密封，可以进行关键的水封。在实际选择储油库地址的时候应该按照中国有关条例与实际过程和选址状况开展地下水库的施工，以此来满足右油储存需要。

　　3 选址过程中应该重视的问题

　　3.1 选择区域的稳定性首先，应该对选择的地区的地应力场和构造活动性进行详细调查，对这一范围中的内部应力状况、方向与大小进行测量，测试范围应该包含各种应力分量和活动特征间的联系。应该选取地应力较小获得较低的区域。其次，应该对详细研究选择区域的地震特征以及地震基本烈度等，应该尽可能选择一些地震烈度较小的地区，而地震烈度值越低越好。应高度重视地平与高轻度地震对地下水水库周边地区的影响。在水库施工以前，应该对选择区域的自然地震进行掌握。其通常包含了开展有关的钻探与取样，对场地中的岩石、土壤和地下水的特征开展具体的分析与研究，与此同时，还应该开展地球物理勘探，并对浅层地震进行勘察。

　　3.2 岩体完整性在储油库建设中最为重要的一项条件就是岩层的开完，在开完以前有必要对其开展评价。首先是岩石的完整性评估。所选储层岩性要牢固，矿物粒度要均匀，耐候性要强。此外，还应对比不同剖面岩石风化程度;其次是对岩体质量进行评估。由于对岩体的力学强度于完整性进行考虑，岩石必须具备良好的抗压剪切强度。天然溶洞网络复杂，溶洞水流多变并且是不固定的，溶洞季节性流量大，水位变化大。为了稳定地下水位，应该创建和地下书库相结合的地下水库。因为硬石膏地区的水膨胀，地下油库能够实现良好的封闭。

　　3.3 保证必要的水封条件地下储罐最为关键的特征即地下洞室周边的油压低于水压，这样石油就不会通过裂缝泄露出去。水封系统将会因为地下水含量的改变而受到影响。所以，有必要对最低的地下水位进行测量与明确，正确设置洞室深度，确保洞室具有稳定性，对减少洞室施工成本具有重要作用。一般按照选定地区岩体中地下水的最低自然排水资料来明确最小地下水位。

　　4 设计洞库时应该重视的地质问题

　　在地下油库施工时，应和当地自然条件形成和谐关系，尤其是和地质条件进行协调。所以，应该根据地质资料以及储油技术要求，在结合施工工艺的基础上开展洞室土建设计。在此其中，洞室的容量、数量、布置方式、埋深、横截面几何形状和规模等都会受到地质因素的限制，因此，地质条件为地下水封油库设计的依据。

　　4.1 储油库容量通常建设地下油库的的成本远远超过了地上油库的施工成本，然而当地下油库规模达超过一定程度时，地下油库建设成本反而小于地上油库。所以，有必要结合区域地质特点，按照储备基地关键供应对象的进口加工量以及周围潜在用户供应的原油加工量来计算，以此明确地下储备的建设规模。在施工过程中，可先考虑建立小型的地下油库，测试当地地质条件，然后根据产生的效果来扩展地下油库规模，最后完成地下油库的可持续发展和安全运作。

　　4.2 储油库平面分布洞室的方向和深度应按照可用岩体的分布情况确定，洞室的中轴线应垂直于节理的主要结构方向，而竖井的设置应该靠近地表作业区的一侧。各个洞室的位置、走向和间距应该按照地址条件来进行布置。地应力制约着洞室群轴向的选择，并且对洞室剖面的形状和大小具有限制作用。

　　4.3 储油库埋深其深度应该结合以下几方面因素来明确：石油品质性质、洞内最大压力，库区水文地质、工程地质条件和保护安全要求等。结合相关因素来明确合理的埋深，埋深过深对油藏不利。最经济的方法是将拱顶设置在略低于含水层深度的一半的位置。

　　5 分析地下水封油库施工中的水文地质和工程地质

　　5.1 水封油库容量方面对于地下水封油库的容量，油库的容量应按照原油进口量、实际市场需求和可能的消费需求来确定，为了开展对应规模的施工工作，地下储油在经济投资中的成本远远超过了地下储油库，然而在地下储油库的规模超过了一定范围后，其成本投资将会小于地表储油库的施工成本。石油存储容量的设计，可结合经济可行的最低标准的建立规模相对较小的地下水封油库，测试当地的水文和地质环境，对经济与环境效应开展详细分析，在必要的时候，应该再建设一个相比较大的储油库，从而满足经济可持续发展需求的地下水封石油储罐。在经济㾡效益的时候，不断提高安全性，为经济可持续发展供应稳定的石油供应和储存。

　　5.2 确保有足够的供水及防渗措施在选择地下水封储油库的地址时，有必要及时开展水文地质断面的检测，其主要包含了地下水压力、水位和水化学等，并充分掌握最高洪水位。并且应该了解在沿海地区，是否具有海水倒灌回河流和地下水的状况。为有效确保机械设备的安全性，规避水中的铅、硫、铜等化学元素对石油和设备造成腐蚀，应该对水中的惰性气体、水质状况、水汽成本进行检测。在灌油的时候，应该维持充足的供水，因此，水源和地下储油库间的供水不能是直接双向，不能对水封储油库上方的正常地下水位造成影响。通常采用最低自然排水基准面来确定最低地下水位，在项目施工时应该保证不会对自然排水基准面造成影响。为了最大限度减少人为因素对洞室深埋的影响，在选择储油库地址的时候，应该优先选择低于最低排水水位和基准水位的地段，最为适当。

　　5.3 强化岩体质量的评价当前，按照有关专家的研究，得出天然古溶洞系统中具有三种满足天然气储存的动态条件，其主要为介质空间上的岩溶含水层包括了溶洞通道、裂隙和孔隙节理三种类型，据此，其分别包括了三种水层。有关学者 K.Torbarrov 良好根据水流量衰减指数方程，求得了流域中岩体的有效孔洞檬，并在此基础上对每一个亚动态的状况进行了计算。单个的岩溶动力泉水中极为常见的衰减系数值 a 的分布范围为 0.0109-0.00151。现如今，较为常用的是在花岗岩地范围建设地下储油库，由于中国花岗岩分布范围十分广泛，十分合适开展地下水封油库的施工。在施工过程中还应该强化围岩的建设，并对稳定性进行核算，这个洞室间距、宽度、高度、长度都有着十分紧密的联系，并且还可以节约施工成本。

　　6 结论

　　鉴于中国石油需求的日益增长与复制的地貌条件，最大化使用有利的水文地质环境，建设地下水封储油罐具有十分重要的意义。在开展选择的时候有必要坚持岩石的完整与密封性，对库区选择的稳定性进行充分考量，从而选取最为适当的储油能力，以此来保证充分的供水和防渗工作，强化岩体质量的评价，保证地下水封储油安全经济。

　　参考文献

　　[1]路小宇, 彭晓涛. 试析地下水封储油库库址的水文地质工程地质问题 [J]. 工程技术(全文版), 2017(3):00033-00033.

　　[2]曹小亮. 复杂渗流条件下地下水封油库围岩稳定性研究[D]. 中国地质大学(北京), 2013.

　　[3]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]. 中国地质大学(北京), 2006.

　　[4]王敬奎, 吴振营, 徐佳,等. 地下水封石洞油库设置水幕系统必要性研究[J]. 长江科学院院报, 2014, 31(1):110-110.

　　[5]李云成. 地下水封储油库场地适宜性研究[D]. 2016.

　　《地下水封储油库库址的水文地质工程地质问题分析》来源：《四川水泥》，作者：钟博宇 1 陈宏伟 2