1.1 地下水封石洞储油库的基本概念与优越性_中国首座大型地下水封石洞原油库工程建设创新技术-QQ阅读男生历史网

1.1 地下水封石洞储油库的基本概念与优越性

从修辞学的角度看，地下水封石洞储油库是一个复合名词，它由地下（underground）、水封（water closing）、石洞（stone cavern）和储油库（oil reservoir）四个关键词（key word）所构成。其中“石洞”与“储油库”是两个名词，前者属地学范畴，后者为石油工程（简称“油工”）专用术语。而“地下”与“水封”两个关键词，在这里则是修饰石洞储洞库的名词类形容词。从语法上分析，“石洞储油库”是主语，而“地下水封”是状语。所以，“地下水封石洞储油库（underground cave storage tanks，UCST；undergroundoil stroage in rock caverns，UOSRC）”的基本概念应从石化领域的油工专业去研讨其内涵与外延以达科学学科的准确含义。

1.1.1 “地下”的概念

“地下”与“地上”相对，系一方向性的示意属性词，在中国《辞海》中并没有独立的词汇及其释义，只有连同后缀的名词诸如斗争、水位、水库、水面、肥水、空间、建筑、修文、热水、铁道、害虫、渠道、灌溉等构成“地下斗争”“地下水位”“地下水库”“地下水面”“地下肥水” “地下空间” “地下建筑”、“地下修文” “地下热水”“地下铁道”“地下害虫”“地下渠道”和“地下灌溉”等（《辞海》1999年缩印本第640页）。

然而，在中国社会科学院语言研究所词典编辑定编《现代汉语词典》（第5版）2010年由商务印书馆出版再版的第298页中，对“地下”有专门条目即：

“［地下］dì·xià，名词，指‘地面上’。例如，钢笔掉在地下；地下一点灰尘都没有，像洗过的一样”。

又“［地下］dìxià”一曰名词。指“地面之下；地层内部”。例如，“地下水”“地下商场”等；二曰属性词，指“秘密活动的；不公开的”。例如，地下党；地下工程作者；转入地下等。

为此，在“地下水封石洞储油库”中的“地下”，当属于名词的“地面之下”或“地层内部”的“地下（dìxià）”，而在涉及“油工”的“地面铁罐储油库”与“地下洞罐储油库”时，则具有方向性的属性词功能。

所以，本书的“地下”概念是，专指水封石洞储油库建设在地层内部的地下工程。它区别于地面之上的铁罐储油库工程，也有异于掩体半地面半地下的铁罐-洞罐储油库工程。

1.1.2 “水封”的概念

据调查，“水封”一词在国内所有《辞海》各修订本、《现代汉语》各版本、《新华字典》各版本以及相关辞（词）书字典、成语、典故等中文书中均未发现。但是，在谷歌（Google）里，却有“water closing”——“水封”一词，并与“waterseal”“hydrolock”“water bosh”“hydraulic gland”“water block”“water lute”“brine Pack”“hydraulic packing”和“water gland”等词为同一个意思。

在《大英百科全书》（Encyclopedia Britannica）（又称《不列颠百科全书》）以及国际中文版《不列颠百科全书》（Encyclopaodia Britannica Intermational Chinese Edition）20卷本的81600个条目中，也没搜索到“water closing”一词。

同《不列颠百科全书》齐名的《美国百科全书》（Encyclopedia Americana）、《苏联大百科全书》（БольшаяСоветская Энцикпопейия）、法国《拉鲁斯大百科全书》（NOUVEAU LAROUSSE ENCYCLOPÉDICUE）、德国《布罗克豪斯百科全书》（Brockhaus Enzykklopadia）、日本《世界大百科事典》（せかいだいこせつかごてん）诸百经典中，也查询不到“水封”的词条。

由此可见，“水封”一词为非经典辞书收录的、却是类似“谷歌”网络中出现的“water closing”等新词汇。

但是，作为从事地下工程的专业人士，对“水封”并不陌生，顾名思义，“水封”乃“以水进行封闭裂隙岩石以储存油（气）的”一种手段。

1.1.3 “石洞”的概念

石洞，或岩洞，广义地是指天然岩石山体里大尺寸的洞室或天然石料中的小尺寸空洞。

狭义地是指人工钻爆法或全断面隧洞掘进机（TBM）开挖出来的地下岩石空间。

本书所指的石洞是采用钻爆法在花岗片麻岩山体内开挖出来的大尺寸［20m×30m（宽×高）］圆拱直墙9个数百米长的排衬砌裸洞以及中等尺寸（5m×4.5m和8m×9m）的5条水幕巷道或2条施工巷道与6个垂向的竖井（φ3m和φ6m）。

在《辞海》第949页中，有“岩穴”即“山洞”之说，《庄子·让王》“魏牟，万乘之公子也，其隐岩穴也，难为于布衣之士。”后用来指隐居之处或隐者。左思（招隐）诗：“岩穴无结构”例是道出了裸洞的特征，因为靠围岩自身的支撑能力和自稳性，无需做衬砌这类结构的。

需要强调的是，“石洞”既然在《辞海》《现代汉语词典》中未曾列条目，但在《石油技术辞典》中列有“地下水封岩洞油罐”条目。明眼人一看此二字就立刻明白其含义，并且它是与“土洞”相区别的另一种比土更坚固的地下空间。

1.1.4 “储油库”的概念

1.1.4.1 “储油圈闭”概念

为了弄清“储油库”之先，有必要温习一下石油地质学中一些相关术语。首当其冲的就是“储油圈闭”。

“储油圈闭”（reservoir trap）指的是地质上能聚集石油和天然气的场所。可分为：①构造圈闭，如褶皱、断裂等所形成的圈闭诸如在背斜或穹隆构造的顶部聚集石油和天然气的场所；②地层圈闭，如两套地层间的不整合面或地层超覆所形成的圈闭；③岩性圈闭，即地层中岩石渗透性的横向变化等所形成的圈闭，例如，渗透性较差的泥岩中所夹的渗透性较好的砂岩透镜体，常形成良好的储油圈闭；④水动力圈闭，即地层中水动力发生变化造成液体遮挡等所形成的圈闭。另外，若由上述的两种或多种圈闭共同形成者，则称“复合圈闭”。

“储油构造（oil bearing structure）指的是能够聚集石油和天然气的地质构造。其范围比储油圈闭更广。一个储油构造一般包括几个以至十几个同类型的或不同类型的储油圈闭。

1.1.4.2 “储油库”的天然形成

石油等是由千万年的地质演化形成的，与岩层的新老关系密切。有些含有油气的沉积岩层，由于受到巨大压力而发生变形，石油都跑到背斜里去了，形成富集区。所以背斜构造往往是储藏石油的“仓库”。

通常，由于天然气密度最小，处在背斜构造的顶部，石油处在中间，下部则是水。寻找油气资源就是要先找这种地方。

形成石油圈闭（oil trap）的地质结构有很多种类型。

第一种类型称为背斜型圈闭（anticline trap），外形如窟窿状，天然气、石油和水均储存在储油岩（reservoir rock）内，而储油岩被一层非渗透性岩所覆盖，它可防止天然气和石油逸离。

第二种类型称为断层型圈闭（fault trap），因为不渗透性岩发生断层而阻止石油和天然气逃逸。

第三种类型称为可变渗透性型圈闭，由于储油岩渗透性发生变化而导致石油无法逸离储油岩。

1.1.4.3 “储油库”的概念——人工形成的洞罐储库

基于以上三种储油概念，无可置疑地是，“储油库”就是模仿天然储油和天然气的圈闭——构造，利用钻爆法进行人工/机械开挖出的储存石油的场所（空间）。

综上所述，所谓地下水封石洞储油库，就是在天然岩体中人工开挖洞库并以岩体和岩体中的裂隙水共同构成储油（气）空间的一种特殊地下工程。相关术语及其释义，详见附录。

1.1.5 地下水封石洞储油库的优越性^[2]

衡量地下水封石洞储油库的优越性，需要从宏观与微观两方面进行比较鉴别。因为“没有比较，就没有鉴别，没有鉴别就不会有提高”。

1.1.5.1 地下储油库与地上储油库宏观对比

石油储备从储存设施和形式上可以分为地上储油库、地下储油库等。

地上储油库指地上油罐形成的库区，与其他类型油库相比，建设周期短，是中转、分配、企业附属油库的主要建库形式，也是目前数量最多的油库。

地下储油库包括隐蔽油罐库、山洞油罐库、地下洞库等。由于隐蔽油罐库、山洞油罐库在地下挖洞，再建设油罐，投资高，建设周期长，已逐渐淘汰。以下讨论的地下储油库指地下石洞库。地下石洞库主要有废弃油气藏、含水层构造、地下盐穴、矿坑及石洞储藏，这也是目前国际上通用的地下油气储存方式。地下油库因其安全、有效的特性在能源储备中起着越来越大的作用。

1.地下储油库的优点

（1）安全。地下岩洞储油库一般位于地下水位以下，受水压密封，通常在地面数十米以下岩石中，地下岩穴储油库则位于地下数百米乃至上千米的盐层深处。通常情况下，完全处于封闭隔绝状态，不必担心火灾，更不必担心原油外流。地下储油库不受台风、雷电、暴雨、滑坡、地震等自然灾害的影响，完全可能避免平时或战争时期的人为破坏。同地面油罐比较，具有明显的安全可靠性。

（2）环保。地下储油库环保效果好，由于地下储油库位于地下，不会损害自然景观，更由于地下油库不需要维修，也不需要进行油品的周转作业，因此没有油气挥发污染和呼吸损耗，也不会产生废渣，只有渗透到洞室内的少量地下水需要排出处理。而地上油罐的浮顶密封处经常存在油品挥发，污染环境。此外，地上油罐需要定期周转，并且至少十年需要清罐大修一次，因此不可避免的会产生油气挥发污染、呼吸损耗及大量的废渣。

（3）经济。

1）投资少。根据国外建设地下储备库的经验及前面对建设地下石油储备库的投资对比结果可知，只要地下石洞储油库建设到一定的规模（30万～57万m³），其建设投资比建设同等规模地上油库要少（地下石洞储油库投资降低10%～30%，地下岩穴储油库投资甚至可达30%～50%）。在我国目前形势下，根据调查，开挖出的岩石都可以利用，或用于填海，或用于建筑材料。

2）占地省。由于地下储油库一般在地面下数十米或数百米至上千米，地上部分仅占整个洞库地面投影面积的10%～20%，剩余部位可以规划布置其他不影响地下储油库运行的设施，因此地下储油库上面的土地还可以综合利用。如烟台万华的地下储备库，即修建在化工厂厂址内。

3）运行及维修费用低。据法国GEOSTOCK公司介绍，地下油库储存20年的油品物性没有发生任何变化，因此，储存地下储备库的油品可以不进行定期更换，平时储备库的运行费用仅为洞室渗透的少量污水处理费用。故地下储备库的运行费用很低。

储油洞室本身是岩石或岩穴不需要维护，日常仅需要对一般地面设施和竖井的设备及仪表进行维修即可，因此日常维护费用少。而地面储罐至少每十年进行一次大修，正常维修费用较高。

（4）生命周期长。国外的地下储油库设计寿命一般为40～50年，等于地上油罐设计寿命（20年）的两倍以上。

2.地下储油库的缺点

（1）建设周期长。国外建设经验表明建设300万m³地下石油储备库一般需要4～5年时间，而地上储罐的建设仅需要2～3年。

（2）地质条件需求高。地下石洞储油库应选择地质构造简单、地层单一、岩体完整、有长期稳定地下水位的地段。地下岩穴储油库要求在岩层总厚度大，一般大于100m，层内夹层少，夹层总厚度小于20%，岩层品位要好，不能低于50%，深度比较浅，最好小于1500m；具备开采盐穴的水资源，具有一定的卤水处理能力。

（3）储存油品较单一。由于地下储油库竖井的成本较高，因此单个洞室的容积较大，一般在100万～150万m³，而地面单个罐容较小，一般为10万～15万m³，为此地下储存的油品种类较地面储罐单一得多。

（4）维修较不方便。地下石洞储油库的洞室建成投产后不能进行维修，而地面储罐可以定期维修。

通过以上优劣对比，分析其利弊得失权衡利害大小，最终从宏观上鉴别，地下储油库的利大于害（弊），具有明显的优越性。

但建设地下油库有一定的规模要求，由于地下工程施工需要开挖施工隧道以及其他一些不因库容不同而变化的固定的施工设施，因此可以想到，对每一单方库容的造价来说，当规模过小时是不经济的。国外实践的情况表明，当库容大于3万m³时，地下库的造价低于地面库，但库容小于3万m²时，则地下库的造价还要高于地面库（图1.1.5.1）。对于操作管理来说，也有一定的临界库容，其经验数据见图1.1.5.2^[3]。