盐岩地下储气库风险分级机制初探

重要的理论意义和工程应用价值。针对国内盐岩地下油气储库现状，在风险分析中引入功能设计理念，以体积收缩率作为储
库运营期风险的单项分级指标，初步提出了地下油气储库运营风险分级机制的基本方法，以国内某盐岩地下储气库为例，通
过流变计算获得不同储气内压变化条件下，储库风险随时间的变化规律，较好地验证了所提方法的合理性和有效性。
3.1 按盐岩地下油气储库不同生命期划分风险类型 盐岩地下油气储库按不同的阶段可以划分为不
同的风险类型，而每一阶段所关注的风险类别是不 同的。如按全寿命期可把盐岩地下油气储库划分为 以下若干阶段：规划阶段、设计阶段、施工阶段、 运营阶段、废弃阶段等。
（1）在规划阶段，储库建设方案的确定、库址 的选择等为其后续的建设、运营等带来极大的不确 定性，该阶段的风险往往具有很强的不确定性和隐 蔽性，如果方案确定不当而后期又按照该方案进行 建设，那么造成的损失往往也是巨大的，该阶段的 风险损失往往由整个社会来承担。
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岩土力学
2009 年
岩储存库事故是由储库密闭性失效引起的，油气的 大量损失，到达地面附近后还常常引起大火和爆炸 （如图 1），严重威胁人民生命财产安全。另外，储 备库围岩跨塌及过度变形造成功能失效，甚至可能 会产生“多米诺骨牌”效应，影响库群中其他储备 库的安全；库区地面异常沉降带来地层破坏及地表 环境损伤（如图 2），影响居民生活。
关 键 词：盐岩地下油气储库；风险分级机制；功能设计；体积收缩率；储气内压
中图分类号：TE 122.2
文献标识码：A
Preliminary research of risk classification for underground salt rock gas storage
JIA Chao1,
ZHANG Qiang-yong1, ZHANG Ning1, LIU Jian1, LI Shu-cai1, YANG Chun-he2
第 30 卷第 12 期 2009 年 12 月
文章编号：1000－7598 (2009) 12－3621－06
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.30 No.12 Dec. 2009
盐岩地下储气库风险分级机制初探
贾 超 1，张强勇 1，张 宁 1，刘 健 1，李术才 1，杨春和 2
（2）在设计阶段，储库将面临设计理论、计算 理论及模型、计算分析能力、设计人员素质与责任 心等各种风险。排除人为因素的原因，设计计算理 论（包括模型试验设计理论）发展不完善是这个阶 段需要引起足够重视的风险。
（3）施工阶段的风险往往来自施工工艺、意外 事故、人为灾害等多方面。该阶段的风险事故是人
们最为熟悉的风险事态。如工艺水平的高低影响着 溶腔的稳定，利用水溶法开挖盐岩时，稍有不慎， 若水压力过大，便会造成溶腔壁膨胀，损害边界。 施工阶段的风险损失主要由施工单位、业主等承担， 但大多数施工阶段的风险能够通过严格管理、周密 计划以及系统的风险管理方案得到很好的控制。该 阶段的风险主要是控制施工，保持盐腔的稳定性， 使其按预定方案的形状形成腔体。
2 盐岩地下油气储库风险分级机制 的基本思想
图 2 库群破坏导致地表塌陷 Fig.2 Ground surface subsidence caused
by storages damage
相对国外建造在地层结构简单的巨厚盐岩层中 的储备库相比，我国的盐岩层一般是盐层薄、夹层 多、品位低、地下油气储备地质条件相对复杂、建 库难度大、运行风险高，在我国这种层状盐岩中地 下储库群的建设和运营将面临更为复杂的科学问题 和技术难题。所谓盐岩地下油气储库的风险是指盐 岩地下油气储库在全寿命周期内，在各种不确定性 因素的影响下，盐岩地下油气储库遭受损伤破坏从 而使其功能不能按预定要求发挥的可能性及产生的 不良或不利后果。本文侧重于从风险后果进行分析。
本文从功能设计理念出发，把盐岩地下油气储 库按功能发挥的不同程度进行描述，每一功能发挥
第 12 期
贾 超等：盐岩地下储气库风险分级机制初探
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的程度对应某一级别风险水平，这样就可把风险按 功能发挥分为若干等级，以达到对盐岩地下油气储 库风险分级的目的。
3 盐岩地下油气储库风险分级机制 的方法初探
（1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 2. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)
（1.山东大学 土建与水利学院，济南 250061；2.中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071）
摘 要：能源储备是国家重大战略需求，目前国内已经开始大规模兴建盐岩能源地下储库群，由于国内的盐岩储库地层具有
埋深浅、盐层薄、夹层多、品位低等特点，导致建库难度大、运行风险高，因此，开展盐岩地下油气储库风险分析研究具有
开展盐岩地下油气储库群风险分析研究，对可 能的风险进行进行科学分级，确定每级风险对盐岩 地下油气储库的功能影响程度等，为能源储备库的
本文拟在盐岩地下油气储库（群）的风险分析 方面引入功能设计的理念对其进行风险分级。功能 设计理念最早应用于工程抗震领域，从 20 世纪 90 年代起在工程抗震领域开始发展了一种基于功能的 工程抗震设计理念，并得到广泛的重视和发展[13－14]。 美、日等国已在桥梁，高层建筑中开始进入设计规 程。功能设计的内涵包括：（1）根据工程的功能要 求确定不同的灾害防御目标，提出（超越概率意义 上的）不同的灾害荷载等级（Intensity Measure-IM）； （2）在不同概率灾害荷载等级下，分析结构工程的 非线性反应参数（Engineering Demand ParametersEDP），包括位移、不可恢复变形等等；（3）根据非 线性反应量确定结构的破损指标（Damage MeasureDM），即所谓后果分析（Consequence Analysis）； （4）根据以上成果，由业主或行政部门根据工程结 构破损失效概率造成的直接与间接损失进行合理选 择（Decision Variables- DV），对安全与经济进行优 化决策。这一新的设计理念把传统的安全分析转变 为风险概率分析，并直接与使用功能失效概率相联 系，这就为工程结构的安全度与经济性这对矛盾的 统一放在更合理、更直观，为业主、公众与工程人 员易于了解和接受的范畴内。
1前言
利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上 广泛认可的能源储备方式，也是我国能源战略储备 的重点部署方向之一[1－3]。由于国家能源储备的巨 大需求，我国盐岩能源地下储库群大规模兴建已经 开始，如：建设中的江苏金坛盐岩储气库，2010 年 将达到 15 个单腔（单腔容积约为 20×104 m3）的规 模，最终将形成由 100～120 个单腔组成的密集地下 气库群。同时，一个由 50～60 个单腔组成的大型地
Abstract: Energy storage is greatly demand by the national strategy, so large-scale underground salt-rock gas storage constructions had been begun to build. There are many characteristics of domestic salt rock gas storage on geology, such as bedded salt rock is thin, has much interlayer, and the geology is more complex. It is difficult to build and manage it. So it is more significant to carry out researches on assessing the risk of salt rock gas strorage for the theoretical research and engineering technique. Performance-based design (PBD) method has been imported into risk analysis to classify the salt rock storage risk level in current situations. Volumetric shrinkage of the salt rock storage is regarded as individual factors on classifying the risk level. Numerical simulation is carried out to evaluate the creep of a salt rock gas storage in China on different gas pressures. Risk level under different gas pressures for different times on the storage is obtained. The results also verify that the method proposed is reasonable and valid for salt rock gas storage risk analysis. Key words: salt rock gas storage; risk classification; performance-based design; volumetric shrinkage; gas pressure
图 1 美国 Moss Bluff 储气库大火(2004 年) Fig.1 American Moss Bluff gas storage fire (论支撑，是顺 利实施能源地下储备的关键问题。