盐穴（盐矿开采后留下的矿洞）
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更新时间：2023-05-22
盐穴
盐矿开采后留下的矿洞
基本信息
| 中文名 | 盐穴 |
| 定义 | 盐矿开采后留下的矿洞 |
| 特点 | 体积巨大且密封良好 |
| 方式 | 水溶开采方式 |
简介
人类开采盐矿用于食用和保存食物已经有上千年的历史了。在我国，开采盐矿的历史应早于商代，并上溯到夏代，甚至夏以前的洪荒时代。采卤井的应用在我国大约有1000多年的历史。盐穴是利用水溶开采方式在地下较厚的盐层或盐丘中形成的人造地下洞穴，盐穴的大小和形状根据不同的地质条件而定，其体积一般在5000～100万立方米之间。由于盐穴深埋地下，而且高温高压下的盐具有一定的塑性，具有在产生一定的裂缝条件下自动愈合的特点，地下盐穴就成了很好的密封储存库。盐穴提供了一个巨大而安全的地下空间用于储存那些不溶解盐的物质。其主要用于储存液态、气态烃以及相关产品，并作为主要用途一直延续至今。尤其是石油和天然气，用盐穴提供的巨大存储空间来存储天然气，可以将用气低峰时期输气系统中的富余气量存储起来，在用气高峰的时候抽出来用以补充供气量，起到一个很好的调节作用。而对于石油来讲，作为一种重要的战略物资，它关系到国家的安全，许多国家都建立了自己的石油保障体系，同样也需要巨大而安全的存储空间。
油藏型储气库和含水层储气库都是将天然气储存在天然的岩石孔隙中，而盐穴储气库与此不同，它是将天然气储存在人工溶盐后形成的腔体中。降低盐穴储气库建设成本的主要方法是应用现代溶盐技术增加盐穴体积；降低最小运行压力，提高最大运行压力。盐穴用作储气库始于20世纪60年代。美国的第一座盐穴储气库1961年建于密歇根州Marysville；加拿大的第一座盐穴储气库1964年建于萨斯喀彻温省的梅尔维尔；亚美尼亚的第一座盐穴储气库1964年建于Abovian;法国的第一座盐穴储气库1968年建于Tersanne；德国的第一座盐穴储气库1969年建于基尔。盐穴储气库发展初期，其尺寸和容量相对较小，只有（3－10）亿立方米/d.。随着工程技术的发展，到20世纪末，欧洲盐穴储气库的总容量已达到（400－600)×1012立方米/d。盐穴容量主要受注采气井压力损失和设备运行中安全要求的限制。降低最小运行压力能够增加有效工作气量，减少垫底气的投资。最小运行压力每降低1MPa，能节省约10%－15%的总投资。单腔最大储气能力与最大运行压力有关。最大运行压力提高10%，有效工作气量大约能增加15%。但是，最大运行压力受到盐层气密封性的制约。一般来说，最大运行压力要小于盐层上覆地层的重量，梯度大约为0.23MPa/m；一些特殊的区块，梯度小于0.2MPa/m。
投资
溶盐建腔的费用约占总投资的25%一35%，而且需要一个长期的过程。每溶1立方米的盐需要7一9立方米的水。溶盐所形成的盐水浓度大约为300kg/立方米。通常被工业用来生产氯化钠，或重新注回地下，甚至被排放到海里。溶盐建腔需要两根管柱，一根注入水，另一根返出盐水。同时，要做各种检测，以保证溶盐后能够形成符合设计的腔体形状。管柱鞋深度需要根据溶盐情况逐步调整，但是必须在顶部利用液化石油气、原油、氮气，甚至天然气形成保护层，以保护上部顶板不被溶解。目前，世界上许多国家致力于溶盐优化技术的研究（如SMRI或INVDIR的SALTXX以及GazdeFrance的SURMOVINER）。据说，利用新的研究成果，至少可使工艺步骤和声波检测的次数减少50%，投资降低10%以上。在溶盐过程中，加压注入气体（天然气或惰性气体）、柴油、液化石油气等都可以保护顶板。腔体溶成后，需要重新完井，用以排出盐水并实施首次注气。天然气从排卤管柱和生产油管（或套管）的环形空间内注入，盐水通过排卤管柱采出。建库总体时间与盐丘（含盐构造）大小有关，有的需要一年多，有的需要几年。边溶盐、边储气是盐穴建库的一项新技术，已在美国得克萨斯州Moss盐矿和路易斯安那州Egan盐矿成功应用，明显降低了投资。
这种盐腔的初始部分还是利用传统的水溶盐方式形成的。首先将上部盐层溶至设计的尺寸，而此时下部还未溶解。这种技术需要专门的设备，如井口和溶盐管柱，在保证上部腔体储气的同时，使下部能够继续顺利溶盐建腔；上部盐腔排卤储气的同时，下部盐层开始溶解建腔。上部储存的气体恰好可以作为下部盐层溶解时的顶板保护层。在溶盐过程中，气体和盐水的界面被严格控制，基本保持在盐腔中部。一旦下部的盐层溶解到与上部腔体基本相同的直径时，继续利用上述完井方式和井口设备优化储气库的运行，扩大储气能力。此时，气和盐水的界面也不再维持在原来的位置，而是经常地上下移动。这时更要严格控制气体一盐水界面，以保护顶板，避免天然气泄漏。盐穴储气库一般建在厚度约150－400m的盐层里。厚度在60－l00m的薄盐层也能用于建造地下储气库，只是储气能力较小，在（5－10)万立方米/d之间。但是某些区块，主要是沉积盆地的边缘，盐层厚度还不足60m，显然利用常规技术在这种盐层上建造地下储气库是不可能的，主要问题在于溶盐流道的控制。薄盐层中肯定掺杂着不溶解层，与普通的大尺寸盐腔不同，在这种盐层中重力不能发挥关键的分离作用。根据地质力学以及1000一3000平方米横截面积上盐穴流道形状三维模型研究，对于这种盐层，建造一个水平段几百米、容量（10－100）万立方米的地下储气库是合适的。这种气库的投资比常规盐穴储气库要高15%一20%。但在欧洲和北美，这项技术正在逐渐被广泛应用。俄罗斯也正计划应用该技术。但该技术应用最成熟的国家是加拿大,索泰克公司是比较权威的公司之一.
用地下盐穴作为储库具有诸多优点：第一，投资省。储存油品时，其投资只相当于地面库的1/3；储存液化气时，其投资只相当于地面库的1/20。第二，占地少。一个几十万立方米盐穴的井口装置只占地几十平方米，一个1000万立方米地下盐穴储库的地面设施只占地2万平方米。而一个5万立方米的地面油库，不包括铁路专线需占地16万平方米。第三，耗材少，且施工方法比较简单，盐穴的构筑还可以实现自动控制。第四，安全性好，更有利于战备。第五，易存储。岩盐与各种油品接触时不发生化学变化，不溶解，不影响油品的质量，因此盐穴作为地下储油库是一种理想的储油方法。为了弥补金属油罐作为储库设施的不足，许多国家利用地下盐穴储存石油、天然气。美国的战略石油储备，采用以地下盐穴储存为主，辅以部分地上油罐的方式。由于我国地下盐穴用作储库未纳入石油、天然气储库的考虑，致使这一储存资源处于空置状态。要是这些盐穴得到充分地利用，不但能解决我国战略石油储库的建设问题，经济意义及战略意义非常深远。
地下盐穴的利用要将岩盐开采与战略石油储库建设有效结合起来，还需要国家有关部门政策上进行推动。首先将盐穴储库纳入国家战略石油、天然气储库以及各地所用的原油、天然气、石油原料、成品油及其他产品的储存的规划布点，进行地下储备库区域地质调查，对国内可提供建库的目标进行调研和初步筛选。其次，支持岩盐开采企业进行盐穴设计、形状控制、测量及盐穴利用等方面的研究和先导性试验，培养地下盐穴储库设计、构筑及管理人才。另外，加强对岩盐开采企业的监控，杜绝粗放式开采和盲目开采。
随着我国经济的快速发展，作为基础化工原料的烧碱和纯碱的市场需求以每年10%左右的速度增长。我国用于两碱工业的原盐一直以海盐为主，由于受种种因素影响导致产量增长缓慢，远不能满足生产的需要。因此，近年来岩盐的生产发展较快，除了重庆、四川、湖北等省区的岩盐生产以外，山东、江苏等省区也陆续大规模开发岩盐。岩盐开发不仅可以提供工业原盐，而且如果开采得当所形成的地下盐穴还可以成为良好的储库资源，用于储存原油、天然气、液化气等物质。
一、石油储备
（一）国外石油储备
石油作为一种重要的经济资源，它关系到国计民生；石油作为一种重要的战略资源，它关系到国家安全。因此，世界各国都把获得稳定的石油来源作为大事来抓；为了规避石油风险，确保石油供应的安全，许多国家都通过立法建立了战略石油储备保障体系，以备紧急情况下动用。
（二）我国石油储备
我国已经成为世界石油消费大国。2005年，我国消费石油约3.2亿吨，其国产石油约1.8亿吨，进口石油1.4亿吨，石油对外依存度达到43%。“十一五”期间，我国的石油消费将持续增长，石油对外依存度也将会进一步提高。
我国的石油储备设施还非常薄弱，规模偏小，布局和结构也不尽合理。上世纪末，我国资深专家建议尽快建立国家战略石油储备体系，得到了国家的高度重视。目前，国家战略石油储备规划正在编制中，首期储备基地正在浙江镇海、舟山、山东黄岛、大连岱山等地开始建设。
（三）石油储库的储油设施
1．地面储库的优点与不足
目前，规划布点在全国各地的石油储库大都设置在地面上，且其储油设施大多是金属油罐，这类储库有以下优点:
一是库址可选择在长输管线、油码头等收发油比较便利的地点，二是可在原有油库的基础上进行改扩建，三是金属油罐施工简便，建设周期较短。
但这类储库也存在一些不足：油库的消防要求较高，消防投资较大，油库安全性相对较差，特别是在战争状态下易成为首要的袭击目标，金属油罐的造价较高，并寿命相对较短，储油成本较高。
2．地下盐穴储库发展很快
为了弥补金属油罐作为石油储库储油设施的不足，许多国家利用地下盐穴储存石油。美国的战略石油储备，采用以地下盐穴储存为主，辅以部分地上油罐的方式，每个储油点都有数量不等的岩洞及与之相连的管道和中转泵站，地上罐设在中转泵站上。储油点都通过其中转泵站与长输管道或大型装卸泊港相接，以便于原油的顺利周转，容量均可达几百万立方米。将石油储库建在地下，不仅可以确保安全，还可以节省投资。由于盐穴储库的优点比较突出，因此其推广速度很快。至今，美国已经拥有地下盐穴储库数百座，德国也拥有近百座而且数量还在不断增加。从20世纪60年代起，前苏联也开始重视地下盐穴油库的建设。
地下盐穴储库不仅可以用来储石油，也可用来储存天然气。目前世界上在役的盐穴储气库已经超过40座，其中美国有18座，德国有13座，加拿大有7座。
二、地下盐穴储库
（一）地下盐穴的储油机理
盐穴是指在岩盐上通过专门溶造成或开采岩盐所形成的洞穴。岩盐在我国的分布范围很广，目前已经开发利用的岩盐矿藏分布在广东、四川、青海、湖北、河南、山东、陕西、安徽、江苏等省区。岩盐常埋于地下50－1700米深处，其厚度从几十米到几百米不等，而且往往面积很大。岩盐的强度很高，三向受压时强度可达700兆帕，一般承压能力不低于200兆帕。岩盐在高压或高温下从脆性变成塑性。在潮湿状态下，盐晶体可以弯曲。在外力长期作用下，岩盐的毛细孔会因塑性变形而闭塞，所以埋藏很深的岩盐，孔隙率和渗透率几乎为零，具有很好的气密性和液密性。
（二）地下盐穴的构筑条件
1．要有足够的岩盐厚度。一般说来，岩盐层的厚度越大，构筑的盐穴就越大。厚度达40－80米的岩盐中，可以构筑10万－40万立方米的洞穴；厚度达300米以上的岩盐层可以构筑50万－150立方米的洞穴。
2．地下盐穴的设置深度。为平衡盐穴中所储油品或液化气的工作压力，要求每0.1兆帕的工作压力有4.5米厚的盐穴顶部覆盖层。如果覆盖层的气密性得不到保证时，则盐穴应置于地下水位以下的一定深度，使地下水的液柱压力足以平衡洞穴中的工作压力。
（三）地下盐穴储库的优点与不足
1．地下盐穴储库具有如下优点：
第一，投资省。储存油品时，其投资只相当于地面库的1/3；储存液化气时，其投资只相当于地面库的1/20。若是岩盐开采所形成的盐穴库，其投资则更加节省。
第二，占地少，不包括铁路专线即需占地16万平方米。
第三，耗材少。钢材、水泥的消耗大大减少，而且施工方法比较简单，盐穴的构筑还可以实现自动控制。
第四，易存储。采用油卤置换法收发油，基本消除了油品的蒸发损耗，而且油品在盐穴长期储存不易变质。
第五，安全性好。基本上消除了盐穴内发生火灾和爆炸的可能性，更有利于战备。
2．地下盐穴储库存在的不足
首先，岩盐的分布地区与需要建储库的位置不一定相符，因而在库址选择上受到自然条件的限制。很难利用现有的铁路、港口、长输管线等储运设施等，需要新建或改扩建。
其次，地下情况复杂需要详细的地质勘察资料。在正常开采过程中需要有较强的勘探、开发及地面工程的技术支持。
第三，为达到盐穴储库的预期形状和大小，必须掌握比较复杂的溶腔控制技术并拥有先进的溶腔检测手段，还需要较多的淡水资源。
三、岩盐开采与石油储库建设
（一）我国岩盐开采现状
近年来，我国岩盐(井盐)开采的规模已经超过1000万吨/年，且以每年近10%的速度递增，因此而自然形成的溶腔体积达500万立方米/年。由于我国地下盐穴用作储库未纳入战略石油储库的考虑，致使这一储存资源处于空置状态。“西气东输”工程建成投产以后，为了调峰拟选江苏金坛和安徽定远盐矿所形成的盐穴作为地下储气库，目前此项目尚处于预可研阶段。因此，无论是从经济发展的角度，还是从保证国家能源安全的角度来看，将岩盐开采所形成的溶腔用于石油储库，尤其是用于作战略石油储库，是非常必要和可行的。应选择一些典型的盐矿进行盐穴综合利用的研究。
（二）我国岩盐开采状况
1．岩盐的开采方式
岩盐的开采方式为钻井水溶开采，主要包括两种类型：一是“井对流开采，按开采工艺又分逆流法和正流法；二是水平井双井对接连通井开采，是钻两口井至岩盐矿层，其中一口为直井，另一口为水平井，水平井与直井连通，形成对流通道。
2．岩盐开采存在的问题
目前，国内岩盐开采与欧美国家相比仍然处于初级阶段，属于粗放开采，主要存在以下问题:
(1)开采技术水平较低
国内不论哪种开采方法，淡水进入岩盐矿层后对岩盐的溶解是自然的、随意的、无控制的，形成的溶腔呈倒锥形，上部的直径大，但高度有限。其结果，一是岩盐开采的采收率较低，一般不足30%，明显低于国外水平；二是形成的溶腔高度低，顶部直径大不利于盐穴稳定，无法保证其密封性故难以再利用；三是单井采卤量低，单井对流井双井对接连通的采卤量明显低于国外水平；四是采卤盐井的寿命期短，仅为欧美国家的一半，有的甚至更短，岩盐资源利用率低，经济效益不佳。
(2)安全和可靠性不高
岩盐开采的设计方案要求留有一定宽度的保安矿带，其宽度根据岩盐埋深及地面允许沉降量等参数计算确定。但实际开采时，由于采取无控制自然溶解，再加上不进行定期测井，保安矿带的设计宽度很难得到保证。保安矿带的宽度就不能得到保证，矿区的安全性也就得不到有效的保证。而且，矿区的安全与企业经济效益之间的矛盾十分突出。
(3)粗放式开采难以利用
岩盐开采所形成的盐穴，用作储库是岩盐开采的次生效益，也是岩盐开采的最优路径。但目前普遍采用的粗放式的开采方式，溶腔无设计、无控制、无检测，最后形成的盐穴是不能用作储库的，所造成的储存资源的浪费是十分惊人的。与其形成鲜明对照的是，国家还要投入巨资建设石油储库等储存设施。
（三）盐穴再利用的技术措施
如前所述，盐穴再利用既是岩盐开采的最优路径，也是建设国家战略石油储库的可选途径之一。然而，要使岩盐开采的盐穴具有可使用性，必须从采卤井施工作业开始，采取相应的技术措施，形成的溶腔符合设计要求，包括形状、顶底板厚度、密封性等，使之满足储备石油及其制品的要求。
使盐穴可供储存利用的主要技术措施有：
首先，要对溶腔进行设计，并采取特殊的采盐工艺，使溶腔的形状能够满足储库的要求。
第二，要用油或气垫层等非溶解性物质覆盖在水面，限制溶腔向上扩展，加快腔壁四周推移，达到设计直径再使水平面往上移动。
四、结论与建议
目前，我国已经拥有岩盐溶腔设计、控制及测量的基础理论及相应的技术手段，若通过试验或与欧美公司的合作积累一些操作和管理经验，岩盐企业适当增加开采成本，即可将盐穴再利用。这对国家来说既充分利用了储存资源，又节约了建设石油储库的投资；对岩盐企业来说，虽然暂时增加了一点投入，但可获得长久的储备石油收益，如果各种条件具备，这是一件有百利而无一害的事情。若将此应用到全国具备构筑地下盐穴储库的盐矿，不仅可以解决我国战略石油储库的建设问题，还可解决部分企业或部门的原油、天然气、成品油及其他产品的日常储存问题，其经济意义及战略意义都是非常深远的。
显然，将岩盐开采与战略石油储库建设结合起来，无论是对企业，还是对国家，都是非常有益的。因此，应引起国家相关管理部门的重视，并建议如下：
（一）将盐穴储库纳入国家战略石油储库的规划布点，对位于较大战略纵深地域的盐穴，重点考虑用用于作战时石油储备。
（二）支持岩盐开采企业进行盐穴设计、形状控制、测量及盐穴利用等方面的研究和先导性试验，培养地下盐穴储库设计、构筑及管理人才。
（三）加强对岩盐开采企业的监控，杜绝粗放开采和盲目开采。同时，完善石油储运市场，使岩盐开采企业因构筑地下盐穴储库而增加的投资，能通过市场及时得到商业回报，以充分调动企业的积极性。从而保证国家盐矿资源和储库资源都得到有效充分利用。
世界纪录
最长的岩盐洞穴：2019年3月28日，以色列索多玛火山下10千米长的马勒姆洞穴被确认为世界上最长的岩盐洞穴。这个结论是由耶路撒冷希伯来大学（以色列）在一项为期两年的调查后宣布的。洞内最大的单室长5.6千米。
