用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于防止儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法。設(shè)計方法包括以下步驟：步驟一，得到儲庫區(qū)域的地質(zhì)詳勘資料；步驟二，在儲庫的斜上方設(shè)置水幕巷道；步驟三，在水幕巷道的側(cè)壁上設(shè)置多個水幕孔，水幕孔包括水平向水幕孔或/和垂直向水幕孔，水平向水幕孔由水幕巷道向儲庫的上方延伸，垂直向水幕孔由水幕巷道向儲庫的外側(cè)延伸；步驟四，通過水幕孔進行壓水試驗以得到儲庫外圍巖層的透水率，當(dāng)巖層的任一區(qū)域的透水率大于預(yù)設(shè)透水率時，在該區(qū)域附近的水幕巷道的周壁上設(shè)置多個延伸在水幕孔和儲庫之間的灌漿孔并進行灌漿，以形成防滲帷幕。該設(shè)計方法能有效封閉圍巖中的裂縫，避免儲藏在儲庫中的油氣的泄露。
【專利說明】
用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基本要素，其中燃油和燃?xì)獠粌H是能源的重要成分，也是重要的化工原料來源。因此，世界各主要工業(yè)國家而言，能夠保持足夠而穩(wěn)定的石油和燃?xì)鈦碓?，在?shù)十年內(nèi)是關(guān)系到其社會發(fā)展與穩(wěn)定的重大問題。
[0003]我國作為GDP僅次于美國的工業(yè)大國，盡管本國的石油產(chǎn)量也十分巨大，但還是不能夠滿足生產(chǎn)和生活的需要。尤其是在世界動蕩、重大危機事件頻發(fā)的背景下，油氣戰(zhàn)略儲存乃是保障我國經(jīng)濟發(fā)展的必要措施之一，而擴展我國國家油氣戰(zhàn)略儲備庫勢在必行。
[0004]最早嘗試將天然氣儲存到地下是在1915年，加拿大利用改造過的油氣田來儲存天然氣。隨之，越來越多的人將天然氣注入具有良好巖性的覆蓋層的含水層中來儲存。1940年初，瑞典的Jansson首次提出了直接在地下水位以下的不襯砌洞室內(nèi)儲存石油的想法。40年代到70年代，瑞典、挪威、芬蘭、美國、法國、美國、加拿大、日本、韓國及中東國家，都修建了地下原油儲庫。我國于1977年在黃島建造了國內(nèi)第一個15萬方的地下水封石油儲庫。在浙江象山建造了第一座0.4萬方的成品油庫。到上世紀(jì)末，全球投入運營的儲氣庫共有602個，工作氣儲存能力達到3004億立方米，相當(dāng)于世界天然氣消費量的12.5%。本世紀(jì)初第一個十年中，由于能源需求的不斷增加、能源儲存量的逐步枯竭、國際大環(huán)境的動蕩不安，亞洲各國尤其是中國更感到了能源地下儲備的必要性和重大的戰(zhàn)略意義。
[0005]我國地下油氣儲庫建設(shè)我國可以追溯到文化革命后期，但是其規(guī)模較小容積不到20萬方。之后改革開放初期由于油氣自給能力較強，對戰(zhàn)略儲備考慮較少，因而儲庫建設(shè)較為緩慢。進入21世紀(jì)，我國成為僅次于美國的經(jīng)濟強國，生產(chǎn)與日常消費需求急劇增加，此時美國奉行單邊主義造成世界局勢動蕩，因而使油氣戰(zhàn)略儲備提上議事日程。2006年我國開始戰(zhàn)略石油儲備的一期工程，8月份啟動了鎮(zhèn)海地上儲備基地的建設(shè)。而在我國二期戰(zhàn)略儲備計劃中，考慮到安全問題優(yōu)先建造地下巖洞儲庫。近年來，己在山東、遼寧、廣東、海南以及福建等地，進行了地下水封洞庫的選址和可行性研究。2010年11月，山東某地率先建造我國第一個大型地下水封石油儲備庫。
[0006]石油和液化氣LG(LPG，LNG)地下貯存的主要方式有地質(zhì)貯存方式和人工洞室貯存兩種。一般情況下，以前最常用的是地質(zhì)方法，主要包括利用一些廢棄的油、氣井等來貯存，或直接利用含水層來貯存，另外一種方法就是利用鹽巖洞室來貯存液化氣。例如我國在江蘇金壇就建設(shè)了大型巖鹽地下儲庫。由于人工洞室成本高昂，開始時期能源儲庫使用的比較少，但隨著儲存量的需求越來越大，新建的儲庫則越來越多地采用人工開挖的洞室了。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，可以采用例如圍巖灌漿方法以控制洞室圍巖滲透系數(shù)而提高油氣儲洞室氣密性，但是應(yīng)用效率和效果不是很理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問題的部分或全部，本發(fā)明提出了一種用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法。該設(shè)計方法能有效封閉圍巖中的裂縫和集中滲漏通道，減少儲庫圍巖中的滲透壓力的下降，避免儲藏在儲庫中的油氣的泄漏，同時明顯減少滲入儲庫的水量，和排出儲庫的污染水量，有利于儲庫的長期運行并保護儲庫區(qū)域的環(huán)境。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提出了一種用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一，得到儲庫區(qū)域的地質(zhì)詳勘資料，
[0011 ]步驟二，在儲庫的斜上方設(shè)置水幕巷道，
[0012]步驟三，在水幕巷道的側(cè)壁上設(shè)置多個水幕孔，水幕孔包括水平向水幕孔或/和垂直向水幕孔，水平向水幕孔由水幕巷道向儲庫的上方延伸，垂直向水幕孔由水幕巷道向儲庫的外側(cè)延伸，
[0013]步驟四，通過水幕孔進行壓水試驗以得到儲庫外圍巖層的透水率，當(dāng)巖層的任一區(qū)域的透水率大于預(yù)設(shè)透水率時，在該區(qū)域附近的水幕巷道的周壁上設(shè)置多個延伸在水幕孔和儲庫之間的灌漿孔并進行灌漿，以形成防滲帷幕。
[0014]在一個實施例中，在步驟二中，相鄰的兩個儲庫之間的斜上方的水幕巷道重合。
[0015]在一個實施例中，在步驟四中，灌漿孔包括由水幕巷道朝向儲庫的洞頂方向斜向下延伸的似水平向灌漿孔，各儲庫的兩側(cè)的似水平向灌漿孔的漿液擴散范圍在儲庫的上方相接。
[0016]在一個實施例中，似水平向灌漿孔與水平方向的夾角為10-40度。
[0017]在一個實施例中，在步驟四中，灌漿孔包括由水幕巷道朝向儲庫的邊墻底部方向斜向下延伸的似垂直向灌漿孔。
[0018]在一個實施例中，似垂直向灌漿孔與垂直方向的夾角為10-40度，并且似垂直向灌漿孔在垂直方向上的投影與垂直向水幕孔深度相同。
[0019]在一個實施例中，如果相鄰的兩個儲庫之間的距離小于或等于預(yù)設(shè)距離，則在相鄰的兩儲庫之間均設(shè)置與各所述儲庫相匹配的似垂直向灌漿孔，如果相鄰的兩個儲庫之間的距離大于預(yù)設(shè)距離，則在相鄰的兩儲庫之間可以不設(shè)置似垂直向灌漿孔。
[0020]在一個實施例中，水幕巷道的底板采用現(xiàn)澆混凝土封閉。
[0021 ]在一個實施例中，在步驟四中，預(yù)設(shè)透水率為I呂榮。
[0022]在一個實施例中，如果試驗得到的透水率大于3呂榮時，需要對灌漿孔進行全孔灌漿，并對水幕孔的滲透段實施分段灌漿。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過設(shè)置水幕孔以對儲庫提供附加的水壓，來保證儲庫的密封性。另外，在實際地質(zhì)條件下，尤其在花崗巖裂隙滲流為主的巖體中，如果出現(xiàn)水幕壓力不能保持而注水量很大的情況，通過設(shè)置灌漿孔注漿形成防水帷幕，阻隔水幕孔中的水以保持在儲庫的圍巖內(nèi)，而不進入儲庫中，使地下水位的高程更有保證，對儲庫起到更好的密封效果，而且減少地下水的污染和對污水的處理，有益于環(huán)保。
【附圖說明】
[0024]下面將結(jié)合附圖來對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)地描述，在圖中:
[0025]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的在儲庫區(qū)域布設(shè)水幕孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的在儲庫區(qū)域布設(shè)水幕孔和灌漿孔的一個實施例的示意圖；
[0027]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的在儲庫區(qū)域布設(shè)水幕孔和灌漿孔的另一個實施例的示意圖；
[0028]在附圖中，相同的部件使用相同的標(biāo)號，附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明提供一種用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法，下面將結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步地詳細(xì)說明。
[0030]如圖1-3所示，本發(fā)明提供的用于防止儲庫I泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法，不僅包括對儲庫I的水幕巷道2的設(shè)計，還包括在水幕巷道2處設(shè)置水幕孔3，以及設(shè)置灌漿孔4。根據(jù)本發(fā)明，用于防止儲庫I泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法，主要包括以下步驟:
[0031]步驟一，得到儲庫區(qū)域的地質(zhì)詳勘資料；
[0032]步驟二，在儲庫I的斜上方設(shè)置水幕巷道2;
[0033]步驟三，在水幕巷道2的側(cè)壁上設(shè)置多個水幕孔3，水幕孔3包括水平向水幕孔31或/和垂直向水幕孔32，水平向水幕孔31由水幕巷道2向儲庫I的上方延伸，垂直向水幕孔32由水幕巷道2向儲庫I的外側(cè)延伸。
[0034]步驟四，通過水幕孔3進行壓水試驗以得到儲庫外圍巖層的透水率，當(dāng)巖層的任一區(qū)域的透水率大于預(yù)設(shè)透水率時，在該區(qū)域附近的水幕巷道2的周壁上設(shè)置多個延伸在水幕孔3和儲庫I之間的灌漿孔4并進行灌漿，以形成防滲帷幕。
[0035]需要說明的是，還可以通過巖層的任一區(qū)域的等效滲透系數(shù)來判斷是否需要設(shè)置灌漿孔4。而透水率和等效滲透系數(shù)之間的關(guān)系是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，在此略去詳細(xì)描述。
[0036]其中，優(yōu)選地，在步驟二中，布設(shè)的水幕巷道2的布設(shè)高程約為距離儲庫I的洞頂不小于10米的位置處，且位于儲庫I的約45度角的斜上方。為了施工方便，提高儲庫I的密封效果，在儲庫I的兩側(cè)的斜上方均設(shè)置水幕巷道2，如圖2和3所示。而為了降低施工成本，在相鄰的兩儲庫I的斜上方的水幕巷道2重合。也就是，在相鄰的兩個儲庫I之間可以設(shè)置一組水幕巷道2。在圖中未示的儲庫I的通長方向上，水幕巷道2的兩端分別超出儲庫I的兩端不小于20米的距離。通過這種設(shè)置在保證水幕孔3的密封效果的同時，降低水幕巷道2的施工成本。
[0037]水幕巷道2的截面形狀可以為如圖2所示的直墻園拱形(城門洞形)結(jié)構(gòu)，并且拱形的水幕巷道2的跨度可為4-8米。具有直墻園拱形結(jié)構(gòu)的水幕巷道2便于開挖，同時穩(wěn)定性尚O
[0038]在水幕巷道2的周壁上布設(shè)多個水平向水幕孔31，水平向水幕孔31位于儲庫I的上方。且多個水平向水幕孔31沿著儲庫I的通長方向進行間隔式排列。水幕巷道2向水幕孔3中提供水并保持必要的壓力，使得水平向水幕孔31內(nèi)充有壓力水而防止儲庫I內(nèi)的油氣向地面逃逸，污染大氣環(huán)境。同時，設(shè)置水平向水幕孔31也防止儲庫I區(qū)域因地下水位下降而產(chǎn)生的地下水環(huán)境問題。尤其是，如果儲庫I內(nèi)的運行壓力合適，可以利用地表的湖等兼做水平向水幕孔31使用。優(yōu)選地，并且在儲庫I的通長方向上，可以利用地表的湖泊等替代水平向水幕孔31，向洞庫圍巖的裂隙中提供必要的壓力水頭。進一步優(yōu)選地，相鄰的水平向水幕孔31之間間隔8-12米。通過這種設(shè)置，在儲庫I的上方形成了水幕孔網(wǎng)，以保證儲庫I的密封效果。
[0039]根據(jù)儲庫I區(qū)域的地質(zhì)條件以及儲物特點設(shè)置垂直向水幕孔32。其中，在最外側(cè)的儲庫I的外側(cè)設(shè)置垂直向水幕孔32，以防止儲庫I內(nèi)的油氣向外逃逸?？梢栽谙噜彽膬霫之間設(shè)置垂直向水幕孔32，以進一步防止儲庫I內(nèi)的油氣向外逃逸，同時避免相鄰的儲庫I內(nèi)的油氣相互串通。優(yōu)選地，設(shè)置在相鄰的儲庫I之間的垂直向水幕孔32可以設(shè)置在兩儲庫I的之間的中心線位置處。相同地，在儲庫I的通長方向上，垂直向水幕孔32間隔式設(shè)置。優(yōu)選地，相鄰的垂直向水幕孔32之間間隔8-12米。通過這種設(shè)置，在儲庫I的側(cè)邊形成了水幕孔網(wǎng)，以保證儲庫I的密封效果。垂直向水幕孔32的深度達到或低于儲庫I的底板高程處。
[0040]由于，水幕孔3所形成的高滲壓梯度的方向總是指向儲庫I內(nèi)，對儲庫I的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。尤其在實際的地質(zhì)條件中，巖層為非均勻的介質(zhì)，進一步地在具有花崗巖等裂隙滲流為主的巖體中，常常會出現(xiàn)由于裂隙密集貫通造成嚴(yán)重滲漏，水幕壓力達不到設(shè)計要求的情況。由此，在布設(shè)水幕孔3并對儲庫I區(qū)域進行壓水試驗的情況下，當(dāng)巖體的透水率或等效滲透系數(shù)大于預(yù)設(shè)透水率或等效滲透系數(shù)時，可以設(shè)置灌漿孔4進行灌漿形成防滲帷幕以保證密封效果以及圍巖的穩(wěn)定性。
[0041]在一個實施例中，灌漿孔4包括由水幕巷道2斜向下朝向儲庫I的洞頂方向延伸的似水平向灌漿孔41。似水平向灌漿孔41位于水平向水幕孔31和儲庫I的洞頂之間。并且，為了保證密封效果，使得各儲庫I兩側(cè)的似水平向灌漿孔41的漿液擴散范圍在儲庫I的上端相接，以對滲透水流水達到良好的阻隔效果。
[0042]并且，似水平向灌漿孔41與水平方向的夾角為10-40度。例如，似水平向灌漿孔41與水平方向的夾角為20度。
[0043]還需要說明地是，為了進一步增強儲庫I的密封效果，阻隔垂直向水幕孔32和儲庫I，灌漿孔4還包括由水幕巷道2斜向下朝向儲庫I的底壁方向延伸的似垂直向灌漿孔42ο也就是，在垂直向水幕孔32和儲庫I的側(cè)壁之間設(shè)置似垂直向灌漿孔42。優(yōu)選地，似垂直向灌漿孔42與垂直方向的夾角為10-40度，例如，似垂直向灌漿孔42與垂直方向的夾角為20度。并且似垂直向灌漿孔42在垂直方向上與垂直向水幕孔32深度相同。
[0044]通過設(shè)置灌漿孔4，在儲庫I和水幕孔3之間形成了一道隔水防滲的灌漿帷幕，有效地減少了由水幕孔3流入儲庫I的水量，在保證儲庫I的密封效果的同時，保證了儲庫I的長期穩(wěn)定性。通過水幕孔3的水補充儲庫I的外圍巖體中的地下水，使得地下水位高程更有保證，從而對儲庫I的起到更好的密封效果。另外，通過設(shè)置灌漿孔42使得用水量大幅減少，節(jié)約了水資源，降低了長期運行成本。
[0045]在一個實施例中，如果相鄰的兩個儲庫I之間的距離小于或等于預(yù)設(shè)距離，則在兩儲庫I之間均設(shè)置與各所述儲庫I相匹配的似垂直向灌漿孔42，如圖2所示。在另一個實施例中，如果相鄰的兩個儲庫I之間的距離大于預(yù)設(shè)距離，則在兩儲庫I之間可以不設(shè)置似垂直向灌漿孔42，如圖3所示。其中，上述的預(yù)設(shè)距離可根據(jù)實際工況，以及圍巖的質(zhì)量等級等進行調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)巖體質(zhì)量等級為低于Π?m類的軟弱巖體時，上述的預(yù)設(shè)距離可約為40米。
[0046]在一個實施例中，水幕巷道2的底板采用混凝土封閉。優(yōu)選地，封閉水幕巷道2的底板的混凝土厚度不小于20厘米。通過這種設(shè)置能保證水幕巷道2的穩(wěn)定性，同時有助于保證水幕孔3和灌漿孔4的連續(xù)性，從而提高儲庫I的封閉效果。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)?shù)貙拥耐杆蚀笥贗呂榮(Lu)值時，設(shè)置灌漿孔4，同時，對灌漿孔4采用全孔灌漿。而在滲透性較小(小于或等于I呂榮值)時，則不必設(shè)置灌漿孔4。通過這種設(shè)置即保證了儲庫I的密封性，也優(yōu)化了儲庫I的施工，降低了施工成本。進一步地，如果試驗得到的透水率大于3呂榮(Lu)時，在對灌漿孔4進行全孔灌漿的同時，對水幕孔3的滲透段實施分段灌漿，并在灌漿后的水幕孔3的兩側(cè)各增加一個水幕孔3。
[0048]在設(shè)計用于防止儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)過程中，還需要在儲庫I的周圍設(shè)置一些其它的部件。例如，如圖1所示，儲庫I設(shè)置在地下水位線6以下的巖層中，在地表7上設(shè)置與儲庫I連通的進油管8，以向儲庫I內(nèi)輸送油氣。在儲庫I的底壁上設(shè)置由儲庫I的底壁向下延伸的積水井9，以收集流入儲庫I內(nèi)的水。在積水井9內(nèi)設(shè)置第一抽吸裝置10(例如潛液栗)，以通過設(shè)置在地表7上的抽水站11向外界抽吸積水井9內(nèi)積存的水。在地表7上設(shè)置抽油站12，并與第二抽吸裝置15(例如潛液栗)連接，以向外供給油氣。第二抽吸裝置15設(shè)置在水墊層5和油氣層13之間的油層14內(nèi)。另外，在儲庫I的上層還需要開挖注水管6，以連通水幕巷道2。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明保護范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可容易地進行改變或變化，而這種改變或變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種用于防止油氣儲庫泄露的雙幕式系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，得到儲庫區(qū)域的地質(zhì)詳勘資料， 步驟二，在儲庫的斜上方設(shè)置水幕巷道， 步驟三，在水幕巷道的側(cè)壁上設(shè)置多個水幕孔，水幕孔包括水平向水幕孔或/和垂直向水幕孔，水平向水幕孔由水幕巷道向儲庫的上方延伸，垂直向水幕孔由水幕巷道向儲庫的外側(cè)延伸， 步驟四，通過水幕孔進行壓水試驗以得到儲庫外圍巖層的透水率，當(dāng)巖層的任一區(qū)域的透水率大于預(yù)設(shè)透水率時，在該區(qū)域附近的水幕巷道的周壁上設(shè)置多個延伸在水幕孔和儲庫之間的灌漿孔并進行灌漿，以形成防滲帷幕。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟二中，相鄰的兩個儲庫之間的斜上方的水幕巷道重合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟四中，灌漿孔包括由水幕巷道朝向儲庫的洞頂方向斜向下延伸的似水平向灌漿孔，各儲庫的兩側(cè)的似水平向灌漿孔的漿液擴散范圍在儲庫的上方相接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計方法，其特征在于，似水平向灌漿孔與水平方向的夾角為10-40 度。5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟四中，灌漿孔包括由水幕巷道朝向儲庫的邊墻底部方向斜向下延伸的似垂直向灌漿孔。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)計方法，其特征在于，似垂直向灌漿孔與垂直方向的夾角為10-40度，并且似垂直向灌漿孔在垂直方向上的投影與垂直向水幕孔深度相同。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)計方法，其特征在于，如果相鄰的兩個儲庫之間的距離小于或等于預(yù)設(shè)距離，則在相鄰的兩儲庫之間均設(shè)置與各所述儲庫相匹配的似垂直向灌漿孔，如果相鄰的兩個儲庫之間的距離大于預(yù)設(shè)距離，則在相鄰的兩儲庫之間可以不設(shè)置似垂直向灌漿孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的設(shè)計方法，其特征在于，水幕巷道的底板采用現(xiàn)饒混凝土封閉。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)計方法，其特征在于，在步驟四中，預(yù)設(shè)透水率為I呂榮。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)計方法，其特征在于，如果試驗得到的透水率大于3呂榮時，需要對灌漿孔進行全孔灌漿，并對水幕孔的集中滲透段實施分段灌漿。
【文檔編號】B65D90/22GK105966797SQ201610353657
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】李仲奎, 陸寶麒, 鄒靜, 徐彬, 楊華
【申請人】清華大學(xué), 黃島國家石油儲備基地有限責(zé)任公司