浅析地质条件对建造盐穴型地下储气库的影响

周绍荣　姜芹芹

摘 要：利用盐穴建造地下储气库，经济、高效、安全、环保，但是，建造区地质条件对地下储气库的建造、运行等有非常重要的影响。一般情况下，区域构造稳定，规模大、埋藏适中、厚度大、品位高的盐矿更适宜建造地下储气库。

关键词：盐穴；储气库；地质条件；考量指标

中图分类号：TE972+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.115

20世纪40年代，在加拿大提出了利用盐穴储存液体和气体的构想；20世纪50年代早期，用盐穴储存LPG（液化石油气）和其他轻烃的技术在北美地区和一些欧洲国家被迅速推广。金坛盐矿地下储气库是我国第一个盐穴储气库，已于2006-03全面竣工，总体规模达到了有效调峰用气量——1.0×109 m3，大大缓解了管道供气面临的调峰压力，具有良好的经济效益和社会效益。

建造盐穴地下储气库除了要考虑经济因素外，安全、环保因素是最重要的考量指标，而这些指标会受建库区地质条件的影响和制约。通常情况下，盐穴地下储气库建造区应满足区域构造稳定、盐矿分布范围广、盐层埋深适中、盐矿层质量高和水源充足等基本地质条件。

1 区域地质条件的影响

1.1 区域构造条件

岩盐矿所在区域构造活动的强弱与盐穴储气库库址的筛选、储气库盐腔建设和储气库平稳、安全的运行有极大的关系。

岩盐沉积区的区域地质构造活动相对比较弱，如果构造平缓、断层不发育，那么，整个地层的沉积就会变得平稳，盐层平面、立面的展布特征就会比较容易查明。这样，储气库勘探井所获取得的资料就可以在较大范围内正确地外延，储气库造腔形成的盐穴也较为匀称，用于地质评价的勘探投资和储气库建设的费用也就相对较低；反之，如果岩盐沉积区处在区域地质构造相对复杂的断层发育带或其他构造活动较强的区域内，那么，沉积地层就相对复杂。受构造的影响，岩盐层平面、立面分布就会比较复杂，勘探井外推的范围就会受构造的限制，无法推测出整个盐层的情况。由于岩盐具有可塑性，盐层的内部结构、构造会受构造活动的严重扰动，当岩盐受到褶皱的挤压或断裂活动的影响时，岩盐中的不溶物质会聚合在岩盐中，呈布幔褶皱状分布，使得造腔方向无法控制。盐腔的几何形态不可预测，也会使得腔体的稳定性评价变得困难。另外，无论是岩盐层中还是盐层上覆地层中存在的断层，其对储气库的密封性、安全性都是一种威胁，严重的可能因无法达到储气库对气密性、安全性的要求而无法使用。

1.2 区域地层条件

区域地层是岩盐矿床的载体，它决定了盐矿的基本地质特征。了解了含盐系地层的沉积时代，结合岩盐矿床形成时的沉积环境和物质来源等因素，分析出了岩盐矿是海相沉积岩盐矿床还是陆相沉积岩盐矿床。

海相盐矿具有规模大、埋藏深、品位高、组分单一、单矿层厚度大、成矿规模大和储量丰富等特点，但是，其埋藏较深。埋藏较深的岩盐受温度和压力的影响，具有一定的流动性和可塑性。在这种情况下，造腔的成本也会变高。陆相盐矿埋藏较浅，矿床规模和分布面积一般要比海相盐矿小，矿石品位相对海相盐矿低一些，具有矿层层数多、单层厚度小、共生组分多和相变大等特点，对造腔效率、质量和运行安全等都有一定的影响。

2 盐矿地质条件的影响

盐矿地质条件主要包括盐矿规模、埋藏深度、含盐地层、盐层厚度、盐层矿物成分、岩盐品位、含盐层内夹层和盐层顶底板等内容。分布范围广、埋藏适中、厚度大、品位高的盐矿更适宜建造地下储气库。

2.1 盐矿规模

根据盐矿勘探的基础资料可以初步圈定盐矿的分布范围，大体了解了盆地含盐边界。盐矿规模越大，建造的盐穴就越多，单位投资就越小，规模效应就越明显。

2.2 盐层的埋藏深度

盐层埋藏深度是盐穴储气库地质评价中一个较为重要的参数，主要会对建库的经济性和建库效率造成一定程度的影响。盐层埋藏过深会增加钻井费用和建库投资，埋藏过浅又会限制注入压力，影响储气库的储气量。

储气库中的温度、压力和岩层的蠕变等均与盐层的埋藏深度有关。一般情况下，岩层的蠕变会随着深度的增加而增加，而岩盐的力学特性也与盐层的深度有关。在盐穴中，其操作压力会随着深度的增加而加大，相同体积的盐穴，盐穴越深储存的天然气就越多，安全性就越高。为了保证盐穴储气库的容量、建库效率和运行安全，同时，又兼顾经济因素，减少建库成本，盐穴储气库的埋深最好在500～1 500 m，最深不超过2 000 m。

2.3 盐层的厚度

盐层越厚，单个盐腔的体积就越大，相同埋深下的库容量也就越大。一般情况下，用于建造盐穴储气库盐层的厚度至少在100 m以上。盐层的沉积厚度与岩盐的沉积环境有关，一般海相沉积的盐矿盐层厚度较大，而陆相沉积的盐矿盐层厚度相对比较小。

2.4 岩盐品位和不溶物的含量

岩盐矿物的品位越高，盐层内部夹层越少，不溶物含量越小，储气库造腔的速度就越快，盐腔形态也就越容易控制，储气库的安全性能也就越好。

储气库盐腔最后所形成的盐穴的体积在很大程度上取决于不溶性物质的含量。据相关资料显示，盐层中不溶物的含量可达到15%～20%，40%的不溶物含量被认为是建设盐穴技术所能接受的最大限度。考虑到夹层的影响，当不溶性物质的含量为10%，盐层厚度为150 m，开采半径达30 m时，就可以得到2.2×l05 m3的盐穴。如果不溶性物质达15%，那么，同样厚度的盐矿层开采半径达45 m以上才能得到同样体积的盐穴，而盐穴的跨度增大，其安全性就会降低。另外，盐层内不同性质的不溶物对洗盐造腔的影响也是不同的。相对地，黏土层比较容易被破坏，而溶解石膏块和碳酸盐的难度就相对比较大，会直接影响造腔效率。

2.5 盐矿区水文地质条件

矿区含水层，隔水层的分布、地层的富水性、地下水的水质，补给、径流和排泄条件等，对盐矿层及其顶板、底板岩层的稳定性有直接的影响。另外，盐穴造腔需要使用大量的清水。通常情况下，用地下水、湖水、河水和渠水等水源中的清水来沥洗盐穴，所需要的水量一般为盐穴体积的7～10倍。因此，盐矿区具有丰富的地表、地下水资源，这也是建造盐穴储气库的必要条件之一。

3 结束语

综上所述，区域构造稳定是建造盐穴地下储气库的重要条件；大规模岩盐矿床是建造盐穴地下储气库的物质基础；盐矿厚度、埋深、品位等地质条件是建造盐穴地下储气库的重要影响因素。

参考文献

[1]宋桂华，李国韬，温庆河，等.世界盐穴应用历史回顾与展望[J].天然气工业，2004（09）：116-118.

[2]谭羽非.天然气地下储气库技术及数值模拟[M].北京：石油工业出版社，2007.

[3]丁国生，张昱文.盐穴地下储气库[M].北京：石油工业出版社，2010.

〔编辑：白洁〕