地下水封洞库解析课件.ppt

地下工程新领域,水封洞库的规划、设计与建设,北京交通大学土木建筑工程学院,刘保国教授、博导,2006,年,11,月,29,日,报告提纲,1,国内外概况,2,国家战略石油储备的总体规划,3,地下水封洞库原理、设计与施工,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,5,储备库建设管理体系与运行机制,1,国内外概况,1.1,世界石油可开采量分布（,2002,年）,排名,国家和地区,1,沙特阿拉伯,2,伊拉克,3,科威特,4,阿联酋,5,伊朗,6,委内瑞拉,7,俄罗斯,8,美国,9,利比亚,10,尼日利亚,11,中国,12,墨西哥,世界石油储量,储量,/Gt,36.0,15.2,13.3,13.0,12.3,11.2,8.2,3.8,3.8,3.2,2.5,1.8,142.7,占世界比例，,%,25.0,10.7,9.2,9.2,8.6,7.4,5.7,2.9,2.8,2.3,1.7,1.2,1.2,世界主要产油国的石油产量（,2002,年）,排名,国家和地区,1,2,3,沙特阿拉伯,俄罗斯,美国,产量,/Mt,占世界比例，,%,418.1,379.6,350.4,11.75,10.67,9.85,储采比,86.0,21.6,10.8,4,5,6,7,墨西哥,中国,伊朗,委内瑞拉,178.5,168.9,166.8,151.4,3 556.8,5.02,4.75,4.69,4.26,10.1,14.8,73.7,74.0,世界石油产量,2005,年我国采油量达到,1.8,亿吨，目前此产量预,计可保持到,2030,年。,1.3,我国人均石油量,100,80,60,40,20,0,%,世界平均值,我国人均石油资源量,我国人均产油量,18.3,21.4,1.4,世界主要国家的石油消费量（,2002,年）,排序,1,国家,美国,石油消费量,/Mt,894.3,占世界比例，,%,25.4,2,3,4,中国,日本,德国,245.7,242.6,127.2,7.0,6.9,3.6,5,6,7,8,9,10,11,俄罗斯,韩国,印度,意大利,法国,加拿大,巴西,122.9,105.0,97.7,92.9,92.8,89.7,85.4,3.5,3.0,2.8,2.6,2.6,2.5,2.4,12,墨西哥,80.9,3 522.5,2.3,世界石油消费总量,1.5,我国原油需求量预测,亿吨,5,4,3,2,1,0,2010,2015,2020,年份,3.2,3.8,4.3,我国原油需求预测,1.6,我国原油进口,1.6.1,进口量统计与预测,250,200,150,100,50,0,2003,2006,2015,90,36.1,47.3,51,进口量/Mt,依存度/%,200,160,1.6.2,原油进口地域分布,拉丁美洲,其他,俄罗斯,3%,2%,9%,中亚,9%,非洲,22%,中东,55%,1.6.3,原油进口海上通道,其他海域,5%,陆地,18%,我国近,80%,的,石油进口要经,过马六甲,马六甲,77%,1.7,世界石油储备的建立,?,1973,年的石油危机使得依赖进口石油的国家出现了,经济大混乱。,?,1974,年,11,月,15,日成立的国际能源机构（,IEA,）,要求,其成员国建立战略石油储备。,?,1991,年海湾战争爆发，美国启用,112,万桶的战略石油,储备,不但确保了战争期间的石油供应,而且对平抑当,时的高油价起到至关重要的作用。,?,截至,2001,年,12,月，各国的战略石油储备已达到,12.93,亿桶，占世界石油和油品总储备量（不含俄罗斯和,中国）的,22.3,，相当于世界近,20,天的供应量。,石油储备方式,A,盐岩洞穴,B,废弃矿井,C,含水层,D,枯竭的油气层,E,硬岩洞穴,废弃矿井加上水幕系统储油,专门开挖的硬岩洞穴加上水幕系统储油,天然盐岩洞穴或人工盐岩洞穴储油,地质条件较好的含水层储油,枯竭的油气层储油,（日）,200,总储备量,政府储备,150,100,50,0,美国,日本,德国,法国,韩国,中国,国家,加拿大,美国,/,领土外,澳大利亚,日本,法国,德国,英国,意大利,荷兰,西班牙,挪威,商业储备,政府储备,合计,1835,0,1835,14700/303,8700/0,23400/303,1181,0,1181,5139,4980,10119,2777,0,2777,3447,878,4325,1644,0,1644,2410,96,2506,1580,0,1580,1883,0,1883,830,0,830,1.8,水封洞库国内外情况,1.8.1,国外情况,?,储油概念（,1938,，哈根（,Hagcon,）瑞典）,?,实验装置（,1948,，斯德哥尔摩郊外长石矿）,?,示范装置（,1949,，,30m,3,）,?,商业设施（,1960,1970,之后）,截至,1988,年，在斯堪迪那维亚半岛已,有,200,多座地下原油、石油产品及重燃料,油库在使用。,在韩国、日本、中东等地也建有很多,地下水封岩洞油库。韩国建有四个地下,3,洞库，总库容,1830,万,m,。日本建有,3,座地,3,下洞库，总库容,500,万,m,。,1.8.2,国内情况,山东黄岛地下水封油库，,1976,年建成，库容积,15,万,m,3,。,浙江象山地下水封油库，,1976,年建成，库容积,4,万,m,3,。,汕头地下水封,LPG,库，,1998,年建成，库容积,20,万,m,3,，为汕头海洋石油化工有限公司和美国加德士,有限公司合资兴建,宁波地下水封,LPG,库，,2002,年建成，库容量为,50,万,m,3,，为英国,BP,石油公司在中国投资兴建,报告提纲,1,国内外概况,2,国家战略石油储备的总体规划,3,地下水封洞库原理、设计与施工,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,5,储备库建设管理体系与运行机制,2,国家战略石油储备的总体规划,2.1,建立国家战略石油储备的原因,?,国内石油资源不足，原油产量不能满足需求，,供需矛盾突出，进口石油依存度不断增大；,抵御风险的能力差；,?,国际石油价格波动对我国经济的影响越来越大，,?,世界石油资源争夺日益激烈，境外资源空间逐,步缩小，我国跨国公司对外直接投资时会受到,西方跨国公司的挤压和地方势力的排挤；,?,我国对海上石油运输通道控制薄弱，过分依,赖中东和非洲地区的石油和单一的海上运输,路线，将使我国石油进口的脆弱性凸现；,?,缺乏健全完善的能源安全预警应急体系，没,有国际公认的石油战略储备及商业储备；,?,地缘政治形势复杂，美日等国在我国周边军,事渗透构成威胁。,基于以上原因,我国于,2003,年正式,启动建立石油储备体系。,2.2,建立国家石油储备的原则,?,实行实物储备与资源地储备相结合；,?,实现官民结合，即国家与企业相结合；,?,东部、中部和西部地区合理布局。,2.3,国家石油储备的任务,?,为我国经济持续发展提供石油资源保障；,?,为维护我国国防安全提供资源保障；,?,为平抑国内油价、稳定国内市场提供资源保障。,2.4,国家石油储备的总体规模,根据国际能源组织的建议，石,油输入国应保有,90,天石油进口量的,储备，按此计算,2015,年我国应保有,5000,万吨以上的石油储备量，至少,3,需建设约,7200,万,m,储备库。,2.5,国家石油储备的具体部署与进展,第一期,1600,万吨；共四个基地，分别在沿海,的浙江镇海、舟山、辽宁大连、山东黄岛。,全部为国家投资的地,面钢罐，其中镇海基,地,520,万吨在,2006,年底,即可竣工吸储,。其它,三个基地陆续在,2007,、,2008,年竣工。,第二期,2800,万吨；均为地下水封洞库，预计,7,8,个基地，目前处于选址阶段，其中山东黄岛、,辽宁锦州、广东大亚湾、湛江等,4,个基地基本确,定，正在进行预、工可研究和评审。,第三期,2800,万吨。,报告提纲,1,国内外概况,2,国家战略石油储备的总体规划,3,地下水封洞库原理、设计与施工,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,5,储备库建设管理体系与运行机制,3,地下水封洞库原理、设计与施工,3.1,地下水封洞库储油原理,抽,油,站,抽,水,站,进,油,站,地表,地下水位线,水幕巷道,注水孔,油气,油,注水孔,水垫层,潜液泵,积水井,固定水床水位法,变动水床水位法,3.2,地下水封洞库优点,?,占地少；,?,运营管理费用低；,?,投资小；,?,安全性能高；,?,损耗少；,?,装卸速度快。,?,污染小；,储库类型,费用,平均造价（,$/m,3,）,储油费用（,$/m,3,Y,）,地面轻油库,地面重油库,地下油库,23-33,0.63,10-13,0.49,7.8,0.35-0.41,3.3,地下水封洞库选址原则,?,符合国家战略石油整体布局要求。,?,选择在坚硬、完整性好的块状岩体区，并,具有弱透水性。最好是结晶状、未风化或,微风化花岗岩，岩体级别或级。,?,具有稳定的地下水位。,?,尽量依托现有的海运航道、大型油码头和,输油管网。,?,符合环保、安全标准；有可靠的水源、电,源条件；节约用地。,3.4,地下水封洞库的设计,3.4.1,库容规模确定,一般按拟选库周边炼油企业,90,天加工原,油的能力进行核定，同时考虑工程、水文地,质所许可的最大建库规模。,3.4.2,储油库埋深确定,?,储油洞室内最大工作压力，一般取,0.1MPa,；,?,建库地区的工程地质、水文地质条件,；,?,稳定的地下水位,；,依据上述原则，从储油洞室拱顶算起，埋,深,=,稳定的地下水位埋深,+,开挖引起地下水下降,漏斗高度,+,洞室内最大工作压力折合的水头高,度,+,水封安全高度（取,20,25m,）。,3.4.3,储油洞室断面形状确定,O2,80,O3,20m,3,0,m,O1,3.4.4,储油洞室长度及走向,?,储油洞室长度一般根据可用岩体范围，储油,库规模，储油洞室的组数等来确定，一般情,况,500,1000m,。,?,储油洞室的走向一般与最大水平地应力平行，,或交角尽量小。,3.4.5,储油洞室净间距,综合考虑埋深、地应力大小、围岩条件、,断面形状等因素，确保洞室之间岩体有足够,宽度的非破坏区，可通过数值模拟计算确定，,一般取洞室跨度的,1.5,2.0,倍。,3.4.6,水幕系统,水幕系统由注水巷道和注水孔构成，注水,巷道距离储油洞室高度一般取,30m,，断面可采,用,4,4m,矩形带圆角，或,4.5,5.0m,直墙圆拱；,注水孔直径,80,100mm,，孔间距,10,20m,之,间，孔长度以能包络储油洞室为目的确定，可,以几十米至上百米。,根据注水孔排列方向不同，可分为水平水,幕和垂直水幕两种。,作用：,同一油库储有不同油品，为了使不同洞室间的,不同油品不能相互渗透，则往往在储有不同油品,的不同洞室间设置垂直水幕；,工程措施：,从注水巷道,底板，在两个储油,洞室之间打垂直注,水孔，通过在垂直,注水孔中注入一定,压力水将两洞室分,隔开来。,作用：,主要是为了安全起见，在洞库顶部上方一定距,离处设置水平水幕，以保证洞库上部始终有水盖,层，从而降低因自然水位下降而导致的洞库上部,地下水盖层缺失，并致使油气泄漏的风险。,工程措施：,从注水巷,道底板向两侧水平,或斜向打注水孔，,通过注水孔中一定,的压力水，在洞库,油品,顶部形成人工水盖,层。,3.4.7,施工巷道,施工巷道包括斜坡道和联络道，斜坡道主,要是满足掘进过程中石渣外运、通风、施工用,水及照明动力电线的铺设、排水及施工人员通,行、地下混凝土工程及设备安装工程施工的需,要；根据施工机车外形，爬坡能力并结合洞库,埋深地质情况，综合考虑后确定，一般情况横,截面宽度,8.0m,，高度,7.5m,，直墙拱形断面，,坡度为,13.3%,。,联络道在施工期间，主要用于不同储油洞,室施工时的联络，以便共用斜坡道；建成投入,使用后为储油洞室的一部分。,3.4.8,竖井,用于原油进、出库作业，进出库的所有管,道均通过操作竖井与地面相连，竖井用上下两,层盖板封闭，下盖板为钢筋混凝土结构具有一,定的抗爆能力。,每座洞罐竖井布置方案有两种：一是每座,洞罐设一个竖井；二是每个洞罐的不同洞室上,各设一个竖井。,方案一：由地下洞室至地面的工艺管道及,其套管仪表和电缆及其套管等均布置在竖井中,竖井直径为,7m,。,方案二：其中一个竖井中布置进油管道及,其套管，直径为,4m,，洞罐进油时不搅动水垫,层，有利于油水分离；另一个竖井中布置由地,下洞室至地面的其它工艺管道及其套管，仪表,和电缆及其套管等，直径为,6m,。,3.4.9,总体布局,3.4.10,洞室支护与涌水处理,?,洞室围岩一般地段采用砂浆锚杆和喷射混凝,土方式进行支护；破碎带采用砂浆锚杆、钢筋,网、喷射混凝土支护；范围较大的断层破碎带,除上述支护外，局部二衬支护（选址时尽量避,开断层）。,?,对于支护表面潮湿的情况不处理，对于明显,滴水、流水，甚至涌水的裂隙部位，要进行注,浆封堵。,3.5,地下水封洞库的施工,?,斜坡道、竖井同时进行掘进；,?,斜坡道到达水幕巷道标高，拓展开来，进行,水幕巷道掘进，同时继续延伸斜坡道；,?,斜坡道到达储油洞室第,一层标高，向两侧储油洞,室掘进联络道，到达储油,洞室第一层掘进第一层，,同时继续延伸斜坡道，到,达第二层标高，同上述第,一层相同程序，以此类推。,报告提纲,1,国内外概况,2,国家战略石油储备的总体规划,3,地下水封洞库原理、设计与施工,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,5,储备库建设管理体系与运行机制,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,4.1,黄岛水封洞库,距黄岛油码,头,13km,可用,面积,1.5,平方,公里。,储备库规模为,300,万立方，由,3,组储,油洞罐构成，主要,供应青岛炼油厂、,青岛石化厂、齐鲁,石化和济南炼油厂。,储存油品为中东低,凝轻、重原油。预,计总投资,16,亿，,2008,年底建成。,4.2,锦州水封洞库,储备库规模为,300,万立方，由,4,组储油洞,罐构成，主要供应锦州石化、锦西石化，或,输送至锦州港外运。储存油品为中东低凝轻,质、中质原油。预计总投资,18,亿，,2010,年建,成。,4.3,大亚湾水封洞库,距华德公司油,码头,20km,可,用面积,3.219,平,方公里。,储备库规模为,400,万立方，由,4,组储油洞,罐构成，主要供应中石化广州分公司炼油厂，,拟建的中海油惠州炼油厂，或输送至油码头,运往海南炼油厂。储存油品为中东低凝轻质、,重质原油。预计总投资,22.6,亿，,2010,年,6,月建,成。,4.4,廉江水封洞库,距湛江港油码,头,20km,可用,面积,2.5,平方公,里。,储备库规模为,500,万立方，由,5,组储油洞,罐构成，主要供应茂名石化、湛江东兴石化、,海南炼油厂和钦州炼油厂等炼油企业。储存,油品为中东低凝轻质、重质原油。预计总投,资,25.7,亿，,2010,年,10,月建成。,报告提纲,1,国内外概况,2,国家战略石油储备的总体规划,3,地下水封洞库原理、设计与施工,4,黄岛、锦州等水封洞库介绍,5,储备库建设管理体系与运行机制,5,储备库建设管理体系与运行机制,5.1,建设管理体系,总体规划、下达文件,选址、预可行性研究,国家发改委能源局储油办,中石油、中石化,预可行性研究评估,可行性研究,环评、安评,可行性研究评估,初步设计,发改委委托中咨公司,中石油、中石化,国家环保局,发改委委托中咨公司,中石油、中石化,施工图设计,工程施工招标,中石油、中石化,发改委,或,中石油、中石化,或,地方政府,土建施工,中标企业,国际惯例：商业储备（,69%,）,国家储备（,31%,）,5.2,运行机制,?,长期固定储存，以备国家紧急状态（如战争、突发自,然灾害等）。,?,双重功能，即作为流动库，为和平时期的经济发展服,务；又作为战略库，应对国家紧急状态。,重要基础科学问题,1.,多种力场作用下地质体时效变形机理研究；,2.,洞库群建设过程中应力传递与能量释放规律,研究；,3.,洞库群建设对区域地应力的改变及引发区域,地震的机理研究；,4.,洞库群的长期稳定性预测理论与工程的安全,防护原理；,5.,多种介质长期相互作用下力学行为改变规律,研究,主要应用性研究专题,1.,库区地应力分布规律三维数值模拟研究,2.,储油洞室、竖井及其它辅助洞室布局优化研究,3.,岩体渗透性现场与室内试验研究,4.,洞室群施工方案优化及围岩稳定性研究,5.,现场监控量测与信息反馈,6.,运营后洞室群围岩长期稳定性研究,7.,洞室交叉口部位的设计与施工,8.,地质超前预报,9.,不良地质条件下的施工与支护技术研究,