原文：How the Strategic Petroleum Reserve Works 原作者：Brian Potter · Construction Physics · 2026-08-27 中文翻译；版权归原作者所有。
美国战略石油储备（Strategic Petroleum Reserve，简称 SPR）是全球规模最大的原油储存设施。它具备 7.14 亿桶原油的储存能力，略低于美国年石油消费量的 10%。SPR 最初是为应对阿拉伯石油输出国组织（OAPEC）在 1973 年实施的石油禁运而建，旨在隔离美国免受石油供应冲击：一旦石油进口中断，它可以弥补缺口并防止油价急剧暴涨。自建成以来的数十年间，它已成为美国能源政策工具箱中最常动用的手段之一。
由于特朗普政府针对伊朗封锁霍尔木兹海峡的举措，持续从该储备中释放石油（截至本文撰写时已释放约 1.2 亿桶），SPR 最近引发了广泛关注。这其中的大部分关注点都集中在技术因素上，即该储备究竟能安全释放多少石油：例如，不少人声称 SPR 的最低安全运行库存为 3 亿桶石油（其储量在 8 月 7 日当周已跌破该水平），若低于此数值，储存设施可能会遭到破坏。
目前尚不清楚关于 3 亿桶这一具体数值的说法是否属实，但受限于 SPR 的建造方式，它在抽取总量以及可完全排空的次数上确实存在物理极限。鉴于 SPR 的战略重要性持续凸显，了解它是如何建成的以及目前如何运作便显得尤为重要。
战略石油储备的起源
几乎在石油对美国产生战略重要性的那一刻起，人们就萌生了储备石油以备不时之需的想法。美国最早的战略石油储备是为军方设立的：1912 年，美国通过划拨加利福尼亚州含有石油矿藏的土地建立了海军石油储备（Naval Petroleum Reserve，简称 NPR），到 20 世纪 20 年代，全美已有四个 NPR 基地。1 二战期间，内政部长哈罗德·伊克斯（Harold Ickes）主张为“军事和民用需求”储备石油，并被任命为石油储备公司（Petroleum Reserves Corporation）总裁，这是一家试图（但最终未能成功）控制中东油田以建立应急储备的国有公司。1952 年，杜鲁门总统的物资政策委员会提议维持一项应急石油储备；在苏伊士运河危机导致石油进口中断后，艾森豪威尔总统也建议建立相关储备。
但直到 1973 年 OAPEC 实施石油禁运，建立兼顾民用与政府用途的石油储备构想才真正落地。到 20 世纪 70 年代初，美国对石油的需求日益超过国内产量，导致该国对进口的依赖程度与日俱增；在 1963 年至 1970 年间，美国的剩余石油产能（即发生危机时国内产量可提升的幅度）下降了 75%，而在 1967 年至 1973 年间，美国石油进口量翻了一倍以上。当 OAPEC 于 1973 年 10 月宣布石油禁运时，对美国造成了立竿见影的冲击：汽油价格暴涨超过 40%，并出现了大范围的汽油短缺。
甚至在禁运发生之前，为了应对不断收紧的石油供应以及中东国家频繁威胁切断石油供应的局面，尼克松政府就已委托国家石油委员会（National Petroleum Council）就重大石油供应中断的影响开展研究。该委员会的报告在禁运发生前数月发布，建议建立大规模石油储备以缓冲进口短缺。报告权衡了多种储油方案，包括将已探明储量直接留在地下，以及使用地面钢制储罐等，但最终得出结论：最具成本效益的方法是在由被称为“盐丘”（salt domes）的大型盐矿沉积层中掏挖出的地下洞穴内进行储存。石油禁运后新成立的联邦能源署（Federal Energy Administration，后改组为能源部）随后发布的一份报告同样表明，地下盐丘储存是大规模储存石油最经济的方式。
这一建议在 1975 年随着杰拉尔德·福特（Gerald Ford）签署《能源政策与节约法案》（Energy Policy and Conservation Act）而成为现实。该法案的条款之一是强制要求建立一个最高可达 10 亿桶的石油储备，以“降低美国在遭遇严重能源供应中断时的脆弱性”。SPR 的建设工作于 1977 年正式启动。
建造 SPR
在规划 SPR 时，曾考虑过多种石油储存方案，包括利用大量闲置的油轮。但最终决定采纳国家石油委员会和联邦能源署共同推荐的最佳方案：将石油储存在大型地下盐洞中。
盐丘是极其庞大的地下盐结构，深度和跨度可达数英里，是由地质力量将地下的岩盐沉积物向上挤压穿透上覆岩层而形成的。它们最早在 19 世纪中叶被发现；在得克萨斯州纺锤顶（Spindletop）附近的盐丘旁发现石油后，20 世纪初人们开始对其展开大规模勘测：当盐层向上挤入上方岩层时，会在盐丘周围形成可供石油和天然气聚集的圈闭。由于岩盐对油气基本不具渗透性，盐丘内掏空出的洞穴成为了储存巨量原油极具吸引力的场所。
盐丘示意图，来源于路易斯安那州博览会博物馆。
这些洞穴可以通过一种名为“水溶开采”（solution mining）的工艺来建造：向下钻一口井深入盐丘，并向其中注水。水将盐溶解，生成的含盐卤水被抽回地面，从而在原先存在盐的地方留下空腔。用水溶解岩盐的开采方式在欧洲已有数百年历史，但现代水溶开采技术——即向地下盐层钻井并注入水——最早于 19 世纪 60 至 70 年代在纽约州兴起。2 到了 20 世纪 70 年代，水溶开采已成为一种广泛应用的采盐方法。像莫顿盐业（Morton Salt）这样的公司利用水溶开采来获取食品级盐，陶氏化学（Dow Chemical）则将其作为化工原料的来源。
最初，水溶开采留下的地下洞穴只是被直接废弃。但到了 20 世纪中叶，人们开始将其用于地下储存。20 世纪 40 年代，加拿大首次考虑将水溶开采的洞穴用于地下储存；从 50 年代开始，这成为北美和欧洲储存液化石油气（LPG）的流行方法。截至 1976 年，美国的私营企业已建造了 900 多个水溶开采洞穴，总储存能力达 3 亿桶。要储存规模空前的石油，水溶开采盐洞显然是不二之选，这正是建造战略石油储备所采纳的方案。
得克萨斯州和路易斯安那州的墨西哥湾沿岸被选为储备库所在地：该地区不仅拥有大量可用于储存的盐丘，而且紧邻现有的油气基础设施，便于向储备库注油以及在需要时提取石油。
建设分为三个阶段进行。在第一阶段（Phase I），墨西哥湾沿岸五个基地的多座现有盐洞将被改建为原油储存库：
得克萨斯州布赖恩芒德（Bryan Mound）的 4 个盐洞。
路易斯安那州西哈克伯里（West Hackberry）的 5 个盐洞。
路易斯安那州乔克托河口（Bayou Choctaw）的 6 个盐洞。
路易斯安那州萨尔弗矿区（Sulphur Mines）的 3 个盐洞。
除了这些水溶开采盐洞外，SPR 还将在路易斯安那州的威克斯岛（Weeks Island）利用一座传统开采方式形成的盐矿。第一阶段各基地总计将为 SPR 提供 2.48 亿桶的容量。由于这些洞穴早已存在，它们可以迅速开始注油。
在第二阶段（Phase II），将在这些基地新建 29 个水溶开采洞穴，再增加 2.9 亿桶的储存容量。在第三阶段（Phase III），将在得克萨斯州的大山（Big Hill）新增一个基地，使总储存容量达到 7.5 亿桶。
由于尽快储油面临着政治压力，工期被大幅压缩，第一批石油于 1977 年注入 SPR。但该项目很快陷入了一连串挫折。负责监督该项目的联邦能源署雇员在管理大型工程项目方面缺乏经验，成本控制极为困难。在设计方案尚未完全确定前就制定了材料和设备规格，导致后来选定的物资被证明不合适时引发诸多问题。水泵等设备通常是看现货情况选拔，而非因为最适合该工程，导致设备频繁故障并产生了代价高昂的补救措施。承包商利用管理层的缺乏经验大搞“广泛欺诈”；旧阀门被当成新阀门出售，钻头被采购后遭盗窃，随后又被倒卖回政府。一名承包商因盗窃 18 卡车价值 42.7 万美元的设备而被起诉；另一名承包商被指控卷走运往乔克托河口价值 800 万美元的石油，并注入“危险和有毒废弃物”作为替代（不过政府否认发生了这一事件）。到 20 世纪 70 年代末，有二十多起涉及 SPR 的欺诈案件被同时立案调查。
尽管 SPR 项目受到广泛支持，但也不乏试图阻挠该项目的反对者。路易斯安那州州长埃德温·爱德华兹（Edwin Edwards）认为 SPR 纯属浪费政府开支，并对该项目展开了“近乎一人对抗全军的斗争”，利用各种环境保护法规拖延项目，直到他确信该项目能使路易斯安那州受益为止。爱德华兹榨取到的让步包括：放缓基地改建进度以尽量减少当地就业岗位的流失，以及将 SPR 办公室设立在路易斯安那州而非原定规划的休斯敦。
此外还有更广泛的环保阻力。在第二和第三阶段建造 SPR 洞穴需要产生并处置巨量卤水；虽然部分卤水可以重新回灌地下，但绝大部分都要排放到墨西哥湾中。然而，当地渔民担心这可能对鱼虾资源造成潜在影响而提出抗议，最终迫使排卤管道延伸至比原计划离海岸远得多的墨西哥湾深处。在该项目的前几年，获取必要的环保许可消耗了极多时间和精力；截至 1978 年底，SPR 办公室已编制完成了 25 份《国家环境政策法》（NEPA）所要求的环境影响评估报告。
建设 SPR 还伴随着大量的技术挑战。第一阶段工程涉及对现存水溶开采洞穴的改建，但这些洞穴当初建造时并非为了储油：部分洞穴被证明并不适用；另一些洞穴虽然可用，但受压力限制，最终证明无法达到原先预估的石油储量。总的来看，第一阶段洞穴的实际储存容量比最初预计减少了 8700 万桶。
到了第二阶段开始水溶开采新洞穴时，技术挑战依然存在。历史上，绝大多数水溶开采洞穴的容量通常在 100 万桶左右，极少数能达到 400 万桶的水平。但第二阶段的大多数洞穴容量都在 1000 万桶或以上，远超以往的水溶洞穴规模。SPR 官员通过研究西德当时已投入运营且同样使用水溶洞穴的石油储备，竭尽所能地学习将水溶开采洞穴用于石油储存的经验，但 SPR 庞大得多的规模（7 亿桶对比西德的 3000 万桶）意味着他们正在涉足未知领域。例如，开采开始后人们发现，卤水回灌地下的速度远比预期的要慢，溶浸浸析过程也远比预想的耗时，这两点都延缓了洞穴的建造速度。
总体而言，建设 SPR 期间遇到的技术、政治和管理挑战推高了成本并推迟了交付日期。1976 年，SPR 截至第二阶段的预估成本为 7.66 亿美元；仅两年后，该数字就飙升至 14.7 亿美元（按 2026 年美元计算约为 75 亿美元）。原计划要求在 1983 年前完成第三阶段，实现地下储备 7.5 亿桶原油的目标。但 1983 年的实际注油量仅有该目标的一半左右，许多洞穴尚待完工。在 1980 年至 1993 年间，SPR 新建了 49 个水溶开采洞穴，使其总储存能力达到 7.5 亿桶，但实际注油量直到进入 21 世纪仍一直维持在刚过 5 亿桶的水平。
自竣工以来，SPR 仍在持续调整。规模较小的萨尔弗矿区基地于 1992 年开始退役；1996 年，在发现地下水正缓慢渗入后，威克斯岛设施也开始退役。在过去的 20 年里，第一阶段剩余的洞穴中又有 3 个退役，使储油洞穴总数减少至 60 个。
来源于美国能源部。
运行 SPR
从宏观层面看，SPR 的运作方式相对简单。SPR 中的每个洞穴都注满石油，浮于底部更重的卤水层之上。要从洞穴中抽取石油，需要向其中注水，从而将顶部的石油顶出。要重新向洞穴注满石油，则在注入石油的同时将卤水抽出。因此，洞穴内始终完全充满液体，唯一改变的是油卤分界面的位置。
SPR 示意图，来源于美国能源部 2016 年资料。
但这种宏观层面的描述掩盖了极大的复杂性。我们通常认为物理基础设施是相对静态和固定不变的，但在 SPR 内部，各种作用力正不断重塑着这些洞穴。
其中一种力量是洞穴蠕变（cavern creep）。SPR 洞穴位于地下数千英尺处，地层的重力不断挤压洞穴侧壁，随着时间的推移使其受到压缩并体积缩小。当洞穴受到挤压时，内部的液体会被加压，而这种压力反过来又有助于抵抗洞穴的进一步收缩。但如果这种压力被释放（这通常发生在被称为“修井”[workovers]的油井维修作业期间），洞穴蠕变就会加速。由于洞穴蠕变的影响，SPR 每年损失高达 240 万桶（约占 0.33%）的储存容量，具体损失程度在一定程度上取决于所需修井的次数和时长。
另一方面，从洞穴中抽取石油需要向其中注水。当注入淡水时，水会溶解洞壁上的部分盐分。每注入 100 桶水，大约会溶解 15 桶盐；因此，将一个 SPR 洞穴内的石油全部抽空会使其体积增大 15% 左右。
正因如此，SPR 洞穴的寿命是有限的。经过足够多次的抽采后，洞壁会变得过薄而无法继续用作储存；它们再也无法承受应力，并可能开始向周围洞穴或盐丘外部渗漏石油。
多种因素会影响洞壁的磨损以及洞穴可用的抽采次数。专门为储存石油而设计的第二和第三阶段洞穴形态高而窄，像摩天大楼尺寸的雪茄，且彼此间距足够宽，以容纳随着时间推移产生的显著洞穴膨胀。然而，许多最初为了其他目的开采的第一阶段洞穴形状不规则或洞壁较薄，导致它们无法承受多次抽采。因此，这些洞穴被称为“单周期抽采”洞穴。目前 SPR 仍有 11 个第一阶段洞穴在使用中，其中有 6 个洞穴剩余可用抽采次数仅剩 1 次或更少。
第一阶段与第二阶段洞穴对比示例，来源于美国能源部。
洞穴寿命还受到其使用方式的影响。当洞穴被彻底排空时，洞壁的磨损相对均匀；但如果对洞穴进行多次部分抽采——即抽出一部分石油，再注满，然后再抽出一部分等——磨损就会集中在洞穴底部，产生可能更快缩短洞穴寿命的“不良形状”。反之，通过策略性地排空洞穴，使洞穴磨损成更理想的形状，也可以延长洞穴的寿命。
洞穴磨损并不只是“水溶解盐、洞壁变薄”那么简单；SPR 洞穴的地质情况极为复杂，其磨损方式也错综复杂。洞壁应力的变化可能引发“落盐”（即大块盐岩坠入洞穴）或产生裂缝裂隙，从而导致泄漏。为此，桑迪亚国家实验室（Sandia National Labs）利用声呐等工具密切监测 SPR 洞穴的状况。该实验室每年都会发布一份报告，估算每个洞穴尚可用的完整抽采次数。由于在多次抽采后很难预测洞穴性态，其模拟的最大抽采次数为五次（因此，目前显示拥有五次可用抽采次数的洞穴，实际可用次数可能更多）。
SPR 的极限
SPR 洞穴有限的使用寿命以及它们所承受的复杂磨损作用力，引发了关于究竟能从 SPR 中安全抽取多少石油的大量推测与断言。例如，人们经常声称 SPR 的储量不能低于 3 亿桶石油，否则会损坏洞穴。我决定仔细研究一下这些极限到底是什么。
SPR 的一项限制是必须在洞穴中保留最低限度的“顶部油”（roof oil），以防止洞顶的水溶解并损坏洞穴顶部。截至 2016 年，这部分储量约为 1200 万桶，约占 SPR 总容量的 1.7%。
另一个经常被提及的极限是 7000 万桶：例如，能源部今年早些时候告诉 CNBC，7000 万桶是安全运行 SPR 所需的最低储量。这一限制背后的依据尚不是十分清晰，但这可能只是采用了能源部对“完全抽采”的定义，即抽出了 SPR 中 90% 的石油：7000 万桶约占 SPR 总容量的 10%。目前尚不明确 7000 万桶是否是一个实际的物理极限——例如在该液位下油卤界面可能高于进油井——还是仅仅是一个被规定出来的运行极限。
在这些较低的极限之上，存在各种关于“低于该水平 SPR 就会开始受损”的运行库存论断。今年早些时候，摩根大通的一位能源分析师声称，“必须保留 1.5 亿至 1.6 亿桶，以保持洞穴稳定并维持操作灵活性”。由前乔治·W·布什能源顾问鲍勃·麦克纳利（Bob McNally）创立的雷皮丹能源公司（Rapidan Energy）声称，该极限为 1.7 亿桶。得克萨斯农工大学石油工程教授悉达多·米斯拉（Siddharth Misra）声称，运行极限在 2.5 亿至 3 亿桶之间，低于该水平“结构损坏的风险增加，同时系统失去高速泵送石油的能力”。拜登的前能源顾问阿莫斯·霍克斯坦（Amos Hochstein）声称，他“认识很多人都认为我们不能接近 3 亿［桶］，因为在物理上会破坏储油的洞穴”。
其中一些说法是可以核实的。例如，将 SPR 抽空超过特定界限确实会降低从中泵出石油的速度。从一个 SPR 基地泵出石油的速度存在上限，因此随着洞穴排空，抽采速率会下降。
此外，由于 SPR 基础设施老化以及维修这些设施所需的停机时间，在任何特定时刻，并非 SPR 中的所有石油都可用于抽取。例如，政府问责局（GAO）近期的一份报告指出，由于蒸气压问题，在较热的月份，几个 SPR 基地的石油可能无法动用。储存在洞穴中的石油会逐渐吸收甲烷并逐渐升温，这两者都会增加石油内部的蒸气压。为安全分发，石油中的蒸气压必须低于一定水平，这可以通过“脱气”工厂来实现。但几年前 SPR 的脱气工厂被拆除且至今尚未更换，这限制了其在一年中较热时期分发原油的能力。更普遍的情况是，SPR 面临大量的维护积压，被形容为靠“创口贴”在维持运转。一项名为“寿命延长第二阶段”（Life Extension Phase 2）的大规模 SPR 翻新与维护计划于 2021 年启动，但由于成本高昂而被缩减规模。
此外还有各种报告指出，低于 2.5 亿至 5 亿桶的水平，SPR 可能没有能力应对严重的供应中断，因此在非真正紧急情况下，将其维持在这一水平之上是明智之举。3
然而，美国能源部、GAO、桑迪亚国家实验室或任何其他政府机构的官方报告中，均未提及会导致 SPR 受损的具体注油水平底线（除了所需保留的少量顶部油之外）。虽然桑迪亚实验室每年都会发布一份逐个洞穴分析可用抽采次数的年度报告，但并未指出会导致损坏的全储备库库存限制。我同样未能找到任何指出 SPR 最低注油水平并具体解释其背后成因的独立分析或报告。因此，我并不十分清楚关于极高最低注油量断言的来源到底是什么：究竟是由于有人以非官方身份与桑迪亚或能源部人员进行过交谈，还是根据桑迪亚提供但未明确说明的洞穴应力数据推断出的限制，抑或是其他原因。值得注意的是，有关最低注油量的说法并不特别一致，不同的分析师和专家给出的界限大相径庭。同样值得注意的是，这些说法往往将不同的限制概念混为一谈。（美国能源部方面已否认了 3 亿桶这一限制。）
结论
战略石油储备是全球最大的石油储存设施，在地下盐洞中储存着巨量原油——超过 7 亿桶。这些洞穴的性态十分复杂：由于承受着各种流体和地质作用力，它们会随着时间的推移而扩大、缩小和变形；且由于水会逐渐溶解坚硬的盐壁，洞穴的寿命是有限的。
由于这些复杂的作用力以及洞壁上逐渐累积的渐进性破坏，坊间普遍猜测并断言：SPR 的排放量不能低于某个特定水平，否则会对地下洞穴造成严重破坏。
很难断定该在多大程度上认真对待这些说法。其中许多说法来自专家，例如石油工程教授和前白宫能源顾问。从 SPR 抽取石油确实存在诸多限制，例如防止水损坏洞顶所需的顶部油，或者随 SPR 排空而出现的抽取速率下降。但在报告或官方文件中，很难找到对此类限制的任何实际公开发布的测算。这并不意味着这些说法是错误的，但这确实让我好奇这些论断究竟从何而来。
海军石油储备后来在哈定总统执政期间卷入了一场重大的总统丑闻，当时内政部长阿尔伯特·福尔（Albert Fall）收受贿赂，允许企业租赁位于怀俄明州茶壶山（Teapot Dome）的 NPR 土地。
开采已存在的地下卤水矿藏可追溯到更早的时期，大约公元前 250 年的中国。
SPR 还设有一项 2.524 亿桶的法定储存限制，但这仅适用于特定类型的动用释放，据我所知这种释放从未真正实施过，因此在实践中这是一个没有实质意义的限制。