石油对外依存度连续3年超70%，地下盐穴型战略储油有望破解我国石油危机

点击：  作者：施锡林 李银平等    来源：中国科学院院刊微信号  发布时间:2023-02-03 10:59:41

 

 

原文刊载于《中国科学院院刊》2023年第1期 “战略与决策研究”，原文标题《中国盐穴型战略石油储备库建设的问题及对策》。本文为精简改编版

 

施锡林1,2 尉欣星1,2 杨春和1,2 马洪岭1,2  李银平1,2,3*

1  中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室

2  中国科学院大学 工程科学学院

3  中国科学院武汉岩土力学研究所 环境岩土工程湖北省重点实验室

 

石油是重要的战略能源，建立充足的石油储备是保障国家政治、经济和国防安全的重大需求。我国石油对外依存度已连续 3 年超过 70%，并且石油储备量也极低。地下盐穴是国际公认的石油大规模储备的优良场所，欧美发达国家在 20 世纪已建成多个盐穴储油库群，建设盐穴储油有望成为破解我国石油危机的有效途径。文章调研了国外盐穴储油现状，揭示了我国战略石油储备存在的问题，分析了我国盐穴储油的技术、资源和交通等优势条件，提出了我国建设盐穴型战略石油储备的建议。研究表明，我国石油输运管道发达、盐穴储油技术储备充足、工程经验丰富，且建库所需的盐矿地质资源充足，可以在短期内建成大规模盐穴型战略石油储备库。

 

2022 年俄乌冲突爆发后，石油设施成为交战国的重要打击目标。国际油价受战争的影响，一度突破 138 美元/桶，创 14 年来新高，进一步导致欧美国家通货膨胀加剧。西方国家已建立较完备的石油储备体系，在关键时期或市场动荡时期，可动用石油储备来平抑市场价格，缓解石油供需紧张现状。目前，我国石油对外依存与日俱增，已连续 3 年超过 70%（图 1）。因此，亟须建立大规模战略石油储备。

 

 

图 1  中国石油对外依存度

 

此外，国际石油价格波动明显（图 2）。石油价格大幅波动严重危害经济安全、影响社会稳定。因此，建立国家战略石油储备，对改善能源结构、稳定国民经济、维护国家安全，具有重大的战略意义。

 

 

图 2  国际石油价格浮动情况

 

盐穴是国际公认的地下石油储备的优良场所，在石油存储中占据重要地位。国外发达国家已建立大规模石油盐穴储备库（图 3）。例如，美国已建立 60 多个储油库，储油规模达 7.2×10⁸ 桶，储油体积为 1.1×10⁸ 立方米。

 

 

图3  世界分布盐穴储油库的国家和地区

 

文章结合国外盐穴战略储油发展历程，分析地下盐穴储油的优势，对我国盐穴战略储油的“卡脖子”问题进行探索，并基于我国盐矿赋存特征和盐穴天然气储库建设经验，探讨我国盐穴储油的总体可行性，提出中国盐穴战略石油储备的相关建议。

 

1

地下盐穴石油储备的优势

 

技术优势

 

地下盐穴储油技术采用卤水置换原理，运行过程中，注油管注入石油，排卤管排出卤水，实现对石油的存储；排卤管注入卤水，采油管采出石油，实现对石油的利用（图 4）。相比于其他存储方式，盐穴储油的成本低、密封性好、不易破坏、不易渗漏、风险低，是一种较好的地下存储方式（表 1）。

 

 

图4  盐穴储油技术示意图

 

表1  不同储油方式的对比

 

 

规模优势

 

一座盐穴储油库群通常由数十个盐穴组成，单个盐穴储油能力一般为十几万到一百多万立方米，整个储油库群规模可达数百万到数千万立方米。因此，相比于地面储罐等储备形式而言，盐穴储备规模巨大，非常适合国家战略石油储备。

 

成本优势

 

盐穴储油库建设的经济与时间成本低。主要体现在 4 方面：

 

1. 盐穴储油库位于地下数百米到一千多米，温度和压力条件与石油原始赋存环境接近；

 

2. 天然地温梯度有利于促进石油在储库内部流动，油品不易变质；

 

3. 地下盐穴储库围岩和井口密闭性极好，可防止油气挥发外泄，储存过程中几乎没有损耗；

 

4. 盐穴储油库建设速度快，特别是利用盐矿已有采空区建库，可节省大量建库经济成本和时间成本。

 

防御优势

 

盐穴储油库的抗打击能力极强。目前，最先进的钻地弹打击深度约为 200 米，而盐穴储油库一般建造在数百至一千多米深的地下盐矿，油库埋深不仅远大于打击深度距离，并且深埋地下的油库也不具备燃爆条件。因此，盐穴储油库遭受恐怖袭击和战争武器破坏的可能性极低，而地面储油库、半地上储油库等其他形式的储油库由于主体工程暴露在地表，极易遭受战争和武器的威胁。

 

2

国外石油储备现状及我国存在的问题

 

战略石油储备制度起源于 1973 年中东战争时期，当时欧佩克（OPEC）石油生产国对发达国家进行石油禁运，促使发达国家成立国际能源署（IEA），提出建立战略石油储备。战略石油储备可以控制国家石油的进口量和进口价格，对国家能源供应安全具有重要的保障作用（图 5）。

 

 

图 5  战略石油储备的作用

 

国外战略石油储备现状

 

地下盐穴存储石油具有安全性高、性价比高和注采便捷等突出优势，是国际上石油战略储备的首选方式。美国、法国、德国、俄罗斯、加拿大等多个发达国家相继建造了规模巨大的盐穴储油库。

 

1美国

 

美国战略石油储备大部分在地下盐穴，主要集中在得克萨斯州和路易斯安州的墨西哥湾沿岸地区（图 6）（表 2）。

 

 

图6  美国战略石油储备库分布

 

表 2  美国战略储油名称及储存能力

 

 

2德国

 

德国的原油主要储存在下萨克森州 1000—1500 米深的盐矿中（表 3）。德国主要的 4 个盐穴储油基地共有 58 个溶腔，总储存能力 1.0×10⁷ 立方米。

 

表 3  德国盐穴储油库基本情况

 

 

3法国

 

法国是世界上最早建立企业石油储备制度的国家。（表4）。

 

表 4  法国盐穴储油情况

 

 

我国战略石油储备现状

 

2003 年，我国批准建立储备能力高达 6.8×10⁷ 吨的石油储备计划，分为 3 期完成，储备能力分别为 1.2×10⁷ 吨、2.8×10⁷ 吨与 2.8×10⁷ 吨。目前，我国已建成舟山、舟山扩建、镇海、大连、黄岛、独山子、兰州、天津及黄岛国家石油储备洞库共 9 个国家石油储备基地（图 7）。

 

 

图 7  中国战略石油储备分布

 

我国战略石油储备存在的问题

 

1储备量严重不足

 

随着我国石油需求的增长，对石油的进口依赖日益增强。国际能源署要求其成员至少储备相当于 90 天净进口量的石油，而实际上发达国家的石油储备都远大于该要求（图 8）。

 

 

图8  部分国家石油可供给天数

 

2建设和运营成本高

 

我国原油地面储罐采用高强度钢板制造，建库成本约为 1000 元/立方米，运营过程中需要通过加热方式保持储存温度。我国地下水封洞库通过人工开挖方式建造，建库成本约为 760 元人民币/立方米，运营过程中需要人为创造水幕密封。而美国盐穴型战略石油储备库的建库成本仅为 1.5 美元/桶，折合人民币仅有约 63 元/立方米。对比看出，我国储油设施的建设和运营成本高昂。

 

3抗打击能力弱

 

国家石油储备基地第 1 期全部采用地面储罐，且主要分布在东部沿海经济发达地区，这类储油库是恐怖袭击或战争打击的重点目标。国家石油储备基地第 2 期，部分采用了地下水封洞库，油库位于地下数十米，但这类地下储油库仍是潜在打击目标。因此，在国际环境的不确定因素下，我国第 1 期、第 2 期石油储备可能面临诸多外部环境的挑战和干扰。

 

3

我国盐穴储油的条件

 

石油输运管道发达

 

我国已建成密集且完备的石油输运管道。据调研，我国中东部地区盐矿 100 千米范围内都能找到多条输油管道。

 

建库技术储备充足

 

国家能源局原局长张国宝论证发现，在开展国家石油储备论证工作时，由于考虑到地下盐矿距离沿海较远，盐层厚度欠佳与卤水处理难解决等问题，未能采纳盐穴储油库方案。目前，经过近 20 年的努力，随着国家基础设施的完善，盐穴战略储油的相关问题得以解决。

 

近年来，我国科研人员就盐穴储油技术进行了可行性论证：

 

1.盐穴储油的设计方面。储油库的选址、储油库的区域构造、盖层密封性等地质条件等设计是作为盐穴储油设计的关键点。

 

2.盐穴储油的建造方面。盐穴的顶板保护技术是盐穴实际建造过程中出现的难题。

 

3. 盐穴储油的运行评价方面。设计合理的注采运行速率和注采方案可以保证盐穴储油库平稳运行。

 

建库工程经验丰富

 

盐穴储气库工程实践为储油库建设打下了坚实基础，利用盐穴储存石油和天然气具有很多相似点。西气东输金坛盐穴储气库工程已于 2007 年投产储气，至今运行安全稳定；川气东送金坛盐穴储气库和江汉盐穴储气库工程也已注气投产。目前，已投产的40 多口盐穴储气库 ，总体积近 1.5×10⁷立方米。另外，江苏淮安盐矿、湖北云应盐矿、河南平顶山盐矿、山东泰安盐矿、河北宁晋盐矿等地的盐穴储气库工程，也已进入可行性论证及先导试验阶段，我国正在迎来盐穴储气库建设的高潮（图 9）。这些工程实践证明了我国盐穴型油气储备的可行性，也为我国在深部盐岩实施战略石油储备积累工程经验。

 

 

图9  中国在建或拟建的盐穴储气库

 

利用已有盐穴改建储油库可以充分借鉴盐矿采空区改建储气库技术。中国石油天然气集团有限公司（以下简称“中国石油”）和中国科学院武汉岩土力学研究所（以下简称“中科院岩土所”）等单位联合开展科技攻关，提出利用已有溶腔改建盐穴储气库，建立了盐矿采空区可用性筛选标准和评价方法，形成了盐矿老井封堵和改造技术方法；该方法成功应用于江苏金坛盐矿采空区改建储气库工程，共建成 5 口储气库并安全平稳运行 15 年，这为已有盐穴改建储油库建设提供技术优势。

 

针对盐穴地下储气库发展的若干关键科技问题，中科院岩土所等科研单位，联合中国石油和中国石油化工股份有限公司（以下简称“中国石化”）等工程建设单位，针对层状盐岩构造的特殊赋存条件，开展了储库盐矿地层精细探测、储库稳定性及密闭性、储库水溶建造技术、密集储库群灾变演化和风险评估等方面的基础研究，为我国油气地下储备的选址、设计、施工及运营提供了关键技术支撑。

 

盐矿地质资源充足

 

利用盐矿采空区可以快速改建盐穴储油库，这对于盐穴储油库的建设非常有利。我国盐矿分布范围广，盐矿地下采空区保有量大，井矿盐开采规模世界第一（图 10）。2014 年，全国井矿盐产量已高达 4.8×10⁷ 吨，根据这一数据估算每年可产生采空区约 2.0×10⁷ 立方米。进一步估算，盐矿开采在近 10 年已形成超过 3.0×10⁸ 立方米的采空区，这将会为改建盐穴储油库创造巨大的潜力。

 

 

图10  中国盐矿分布图

 

4

加快建设盐穴型战略石油储备的建议

 

普查全国盐矿采空区，筛选出有利建库区块

 

地下盐穴储油在我国暂无先例，建议进一步筛选适合建设地下储油库的备选盐矿。具体主要攻关方向分为以下 3 点：

 

1.政策引导。建立筛选标准，引导盐穴储油库科学、有序、合理筛选。

 

2.技术研发。研发低成本简便腔体探测与构建方法。

 

3.政府助力。调动各地国土资源部门积极作为。

 

研发盐穴储油库成套建库技术，推动盐矿采空区资源化利用

 

盐穴储油库水溶造腔技术是储油库建设的核心环节

 

1. 研发盐矿采空区改建储油库技术。我国盐矿采空区保有量巨大，加大力度研发盐矿采空区改建储油库技术。

 

2.研发盐矿采卤与储库造腔一体化技术。建议根据不同地区盐矿地质特点，尽快总结并研发出“以盐矿采卤为辅、以储库造腔为主”的水溶法采卤造腔技术体系。

 

3.制定盐矿水溶开采的国家或行业标准。建议由政府牵头制定盐矿开采技术规范。

 

4.制定盐矿开采与综合利用的长期规划。建议政府提早规划盐矿地下溶腔建造方法及其用途。

 

出台国家石油储备法规和政策，调动建库主体的积极性

 

西方国家通过法律对战略石油储备的建设等一系列事项进行规范，再依法进行石油储备建设。

 

1. 明确盐矿采空区归属权。加强监测监控手段，全面确保地面和地下空间使用安全。

 

2. 鼓励民营储备，藏油于民。鼓励民营资本投入储能事业。

 

3. 简化审批程序，抢抓低价储备窗口。决策层面和相关部门应联合中国石油、中国石化等相关单位，建立长期有效的对话机制，

 

4.改革油气管网运营机制，搭建交易平台。组建国有资本控股、投资主体多元化的石油天然气管网公司，推动形成上游油气资源多主体多渠道供应、中间统一管网高效集输、下游销售市场充分竞争的油气市场体系。

 

5

结论

 

盐穴储油相比于其他方式储油的优势明显，具有成本造价低、安全、高效、规模大等突出特点，在地下储油方面具有得天独厚的优势条件。相比于国外盐穴战略石油储备而言，我国战略石油储备严重不足，在百年未有之大变局下，通过盐穴建立大规模地下石油储备是改善国家能源储备现状的必经之路，也是保障国民经济和社会发展的“压舱石”。盐穴储油及相关辅助配套技术已经成熟，具备在国内建造首座盐穴储油库的理论条件和现实条件，通过改造盐矿已有采卤溶腔和采用采卤与储库溶腔一体化技术能够极大地提高储油库建设速度。同时，盐穴储油立法、行政审批、国家或行业标准、储备基地选址等相关进程需要相关部门给予政策和法律支持，使得相关工作能够尽快落实，从而为我国盐穴战略石油储备建设奠定基础。

 

施锡林  中国科学院武汉岩土力学研究所研究员。主要研究方向为深部盐岩能源地下储备。

李银平  中国科学院武汉岩土力学研究所环境岩土工程湖北省重点实验室主任、研究员。主要研究领域为深部地下能源储备。

 

文章源自：

施锡林, 尉欣星, 杨春和, 等. 中国盐穴型战略石油储备库建设的问题及对策. 中国科学院院刊, 2023, 38(1): 99-111.

DOI：10.16418/j.issn.1000-3045.20221014005.