寒冷地区地下水封洞库工程超前预注浆施工技术研究

黑龙江某地下水封洞库项目地下围岩温度低,岩体裂隙发育,在超前预注浆施工过程中浆液待凝时间长,注浆止水效果差。针对低岩温条件下提高浆液早期强度和注浆止水效果进行试验,室内试验确定了不同外加剂成分的最优配比,现场试验优化了超前预注浆施工的工艺参数,即选择掺加7%的HLC-5或类似性能的低温早强剂以缩短注浆后的待凝时间,提高注浆止水效果。

基于Citespace的我国地下水封洞库发展态势分析

随着我国经济的快速发展,石油消费需求激增以及国家战略储备需要,地下水封洞库的建设越来越受到国家的重视。基于CNKI中国期刊全文数据库和Citespace分析软件梳理分析了该领域发展态势和研究热点,结果表明:该领域经过四十多年的发展,我国地下水封洞库经历了初步探索阶段、发展成长阶段,正处于快速增长时期;研究作者众多且合作关系密切,已形成较紧密的合作体系;研究机构以院校、勘察设计单位和企业为主,但机构间合作较少。目前,地下水封洞库关键技术研究热点以数值模拟渗流场分布、涌水量预测、水封效果和围岩稳定评价为主。

大型地下水封洞库油气处理技术研究

油气处理技术是困扰大型地下水封洞库建设及进油投产的一大难题,国内尚没有形成系统性的技术、标准和装置。开展地下水封洞库油气处理技术与工艺的研究,提出解决油气处理问题的新思路和方法,既能增强我国地下水封洞库建设及运行的可靠性,又能提升我国油气装备制造水平。本文介绍了水封洞库油气的生成及处理主要技术措施,并以两个地下水封洞库为例,根据进油条件和运行工况,分析了油气焚烧和油气回收技术方案的特点。在油气回收技术研究中,将冷凝法+活性炭真空吸附法(CVA)与活性炭真空吸附法(CVA)+溶剂吸收法(CLA)进行了深入的对比分析,提出了地下水封洞库油气处理建议,有效解决了同类工程油气处理技术缺乏实践比选经验的难题。

地下水封洞库水幕孔注水试验渗流场及稳压时间分析

近年来我国建设的地下水封储油洞库均采用了水平水幕系统,水幕系统对于保证洞库水封性至关重要。水幕系统往往进行了大量的水力学试验,但如何拟定合理的试验方法和试验过程,如何有效利用试验数据并合理评价水封效果,还需结合工程实践进行深入研究。文章以某水封洞库为依托,基于单一水幕孔注水-回落试验,对试验的理论背景、试验过程的合理性及数据分析等进行了研究。首先,分析了单一水幕孔注水试验的试验过程和本质特征;然后,基于非稳定流分析原理推导了注水-回落试验的解析方程,并进一步分析了注水试验的水幕孔水压力、注水量与试验时间、岩体渗透参数的关系;最后,以某水封洞库为例,基于试验数据和理论分析,对注水试验的稳压时间进行了计算和分析,并建议了合理的试验过程和稳压时间控制要求。研究结果可为地下水封洞库水幕系统渗透性试验方法的建立提供理论参考依据。

地下水封洞库施工巷道支护结构稳定性分析

以“湛江国家石油储备地下水封洞库工程”为依托,对施工巷道局部支护方案进行分析并通过有限元数值模拟计算的手段对该处支护方案进行校核得出锚杆、喷层、钢拱架与围岩共同承担开挖荷载。边墙腰部位置的锚杆应力较大,最大数值为288.705 MPa;喷层则主要承受压应力,在喷层拱座位置压应力最大,数值为–7.638 MPa,为局部的应力集中区域,其余位置的喷层压应力约为–2.546~–0.850 MPa,计算结果均在材料的设计强度范围内。洞内开挖过程中由于洞内施工致使地下水位下降,出现地表土体开裂,在表面进行固表灌浆效果较好,现场施工中针对局部变形较大情况加强拱脚支撑,增加锁拱锚杆,或加水平横撑等措施均能达到控制变形的目标。

地下水封洞库围岩块体稳定性与支护可靠性分析

结构面的几何参数和力学参数随机分布导致岩体工程的稳定性具有高度不确定性.以我国某地下水封石油储备库项目为背景,把结构面倾向、倾角、黏聚力及内摩擦角作为随机变量,运用可靠度理论,在数值模拟的基础上,研究了围岩块体稳定性和支护系统可靠性,并对支护参数进行检验与优化.结果表明:Ⅰ~Ⅳ级围岩块体稳定性可靠度指标分别为4.23,1.68,0.65和-0.07;对Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级围岩块体采取支护措施后,可靠度指标分别为3.3,3.0和2.0;并对其支护间排距进行优化,推荐值分别为2.8,2.0和1.6 m.

地下水封洞库施工巷道开挖爆破技术研究

以国内某地下水封洞库的建设为例对施工巷道的开挖爆破技术进行了研究。首先,基于施工巷道的地质构造特征提出了合理的加固和支护建议。其次,在巷道口近区开挖阶段,对全断面爆破和台阶爆破的效果进行了对比分析;在巷道主体的开挖阶段,对人工钻爆和机械钻爆两种爆破方案的爆破效果效率进行了统计与对比分析。最后,对爆破作用下施工巷道的沉降变形进行了监测分析。研究结果表明:施工巷道口近区经预加固后,全断面爆破与台阶爆破均能满足设计和规范要求,但全断面爆破的施工速率更高;进入巷道主体后采用全断面爆破;人工钻爆与机械钻爆各有优劣势,人工钻爆的施工效率更高,机械钻爆的安全性更高。开挖爆破诱发的位移和沉降均满足设计和相关规范的要求。

考虑原油静止储存胶凝沉积的地下水封洞库潜液泵水力设计方法

地下水封洞库原油恒温且储油环境稳定,在储存过程中存在原油静止储存胶凝沉积。对以扬程为特性参数的潜液泵水力设计提出约束条件,分析地下水封洞库原油静止储存胶时存在凝沉积过程,建立地下水封洞库储油胶凝沉积层厚度预测方法,通过振荡剪切实验获取胶凝沉积层发生剪切破坏所需剪切应力;考虑开启潜液泵时剪切流场产生切向应力,建立地下水封洞库储油周转过程的胶凝结构破坏力学模型。以水力输送和剪切破坏为约束,建立考虑原油静止储存时存在胶凝沉积的地下水封洞库潜液泵水力设计方法。以某地下水封洞库为工程背景,应用并验证潜液泵水力设计方法。结果表明:应用该水力设计方法优化潜液泵适宜扬程为139.0 m,高于满足最低工作要求扬程的6.1%。原油流变性实验结果验证模型的可行性,原油动力黏度与相对密度的增大削弱胶凝沉积层的剪切破坏效果,对于不同工况,较大的原油动力黏度与相对密度可以提升储油周转过程破坏胶凝沉积层的稳定性。该结果为地下水封洞库储油周转过程的安全与优化运行提供依据和方法。

强烈非均质裂隙介质优先流及其工程意义--以HN地下水封洞库为例

在地下洞库工程建设中,低渗岩体内发育的节理密集带、断层等空隙中通常形成优先流,从而对洞库涌水量与储品水封安全性造成严重影响,因此裂隙介质优先流的识别、工程风险评估以及防渗控制研究具有重要意义。以HN地下水封石油洞库为例,使用FEFLOW地下水模拟工具的非结构化剖分技术对优先流潜在通道进行了精细的几何刻画,建立了工程场区尺度的地下水水流模型,并对施工期中优先流防渗处置不同工况下洞库涌水量与储品水封安全性进行了模拟分析。结果表明:优先流是影响洞库围岩中地下水的流场形态以及洞库涌水量的重要因素,断层、节理密集带等不连续面是主洞室涌水主要的充水途径,优先流形成的涌水量占据主洞室总涌水量的60%以上。在地下工程施工期间做好优先流通道的防渗处理是必不可少的工作。

刍议地下水封洞库施工安全管理问题及改进对策

近年来,随着我国经济全面高速发展,军事、工业等各个领域对于能源的需求量也在日益增长。其中,石油的战略地位尤为重要,因此石油储备体系应运而生。石油储备的发展对国家经济的稳定发展、国家安全的基本保障意义重大。由于石油自给能力不强,石油的对外依存度较高,我国从2000年前后开始研究、建造地下水封石油洞库技术。该技术成熟后,作为安全可靠的储存方式得到了广泛应用。然而,我国目前已建地下水封石油洞库项目很少,尚未形成有效的成套理论体系来指导建设,因此其在建设中的安全管理问题始终是国家和社会所关注的焦点。基于此,立足于地下水封洞库施工安全管理现状,针对其中存在的普遍性问题提出具体的应对措施,旨在推动地下水封洞库安全管理体系的建设。

流固耦合作用下地下水封洞库围岩稳定性分析

地下水封洞库是国内外普遍认可的主要石油储备方式。针对复杂地质环境下的大断面、高边墙洞室群结构稳定性问题,以国内某地下水封洞库工程为例,采用应力松弛法模拟真实开挖过程,分析施工期不同开挖阶段的主洞室围岩典型剖面变形分布特征,对有无考虑流固耦合作用时的计算结果进行对比,研究流固耦合作用对主洞室围岩稳定性的影响规律。研究结果表明,主洞室与断层等构造影响带交汇处的围岩变形最明显,尤其是拱顶和边墙处,施工过程中需要加强这些部位的监测并及时采取支护措施;在渗流应力耦合作用下洞库围岩变形趋势进一步增大,在工程设计和施工中应重视流固耦合作用对围岩稳定性带来的影响。

地下水封洞库水幕孔渗控处理及效果分析

为研究地下油气储存洞库水幕孔渗控处理方法及效果,结合实际工程案例,通过渗流计算分析,预测工程巷道充水情况及不同水位条件下的渗水量,在现场开展水幕孔示踪和渗控处理试验,分析灌浆前后围岩渗透特性。采用三维渗流数值分析方法,研究了施工期地下水封石油洞库的渗流场及涌水量受水位初始高程和水幕供水压力的影响,结果表明:主洞室洞壁(含顶板和底板)揭露的裂隙与结构面越多,涌水量越大,地下水位和水幕孔补水压力降低和水幕孔的渗控处理可以大幅减少洞库的涌水量;现场开展水幕孔示踪试验可为下一步洞室注浆及渗控方案提供依据;结构面灌浆对围岩渗透性的密封效果得到验证。

岩土工程勘察在地下水封洞库工程中的主导作用

地下水封洞库勘察是地下水封洞库工程建设质量与安全控制、费用控制、进度控制的关键依托点,在地下水封洞库工程中具有主导作用。根据国内多个地下水封洞库工程的建设经验,在地下水封洞库工程建设中,应重视岩土工程勘察工作,并充分发挥其在工程建设中的主导作用。

地下水封洞库水幕孔注水试验及岩体等效渗透参数分析

地下水封洞库渗流场分析和渗水量预测是水幕系统水封效果评价的核心内容,目前多采用连续等效模型进行这类大范围的渗流场分析,分析结果是否可靠的关键在于能否合理、可靠地获取裂隙岩体的等效渗透参数。施工期进行了大量的与水幕孔有关的现场水力学试验,可以用于分析和确定岩体等效渗透参数,但试验的理论背景、试验过程的合理性和数据分析方法还有待深入研究。首先简要介绍了黄岛石油储备洞库工程的4种水幕孔现场水力学试验的试验过程和特点;然后,采用三维渗流数值分析方法,研究了施工期因水幕廊道排水作用对水幕孔围岩渗流场的影响。基于施工期水幕孔注水试验,在达西流假定下,建立了围岩等效渗透系数与水幕孔注水量的经验关系,由此,可以根据水幕孔注水量反算出围岩等效渗透系数。采用裂隙-孔隙渗流分析模型,对比解释了裂隙不同发育特征对水幕孔注水量及岩体宏观渗透参数的影响。最后,对实测试验资料进行了分析,获得了水幕系统围岩等效渗透系数分区图。研究结果对水幕孔有关的渗透性试验的理论分析、裂隙岩体渗透参数取值研究等具有参考价值。

我国大陆地下水封洞库库址区地应力场分布规律统计分析

收集我国大陆地区湛江、黄岛、烟台、惠州、锦州、大连等在建和已建的地下水封洞库工程区76组地应力测试数据,建立了我国地下水封洞库库址区水平主应力v?、垂直主应力H?及侧压比k随埋深的分布图,参照Hoek-Brown方法对地应力特征进行回归分析。结果表明,我国大陆地区地下水封洞库库址区浅部地应力总体上随埋深H增大而增大,垂直主应力v?与H线性关系良好,应力变化梯度略小于Hoek-Brown关系式中的0.027;最大主应力H?及最小水平主应力h?整体上随深度增大而线性增大,散点主要分布在一个倾斜的平行带内;(3)侧压比k在H<200 m范围内分布较为分散,在H>200 m范围内较为集中,且侧压比分布包络线位于Hoek-Brown包络线之内,与全球地应力分布规律较为接近。研究分析和总结了我国地下水封洞库库址区建库深度范围内地应力场分布规律,对我国石油(气)战略储备的规划布局、建设和发展具有一定参考价值。

锦州某地下水封洞库工程渗流场数值分析

以锦州某地下水封洞库工程为例,对研究区的水文地质条件、洞库结构和人工水幕系统进行了概化,建立了地下水封洞库在无水幕、有水平水幕、有水平水幕和垂直水幕3种条件下的三维地下水渗流数值模拟模型,模拟了地下洞库周围的地下水渗流场;利用建立的地下水渗流数值模型预测了3种条件下洞库周围地下水等水位线扩展情况及洞库上方地下水位变化情况等,并对结果进行了对比分析。由分析结果可知,有水平水幕和垂直水幕条件下的地下水等水位线扩展范围和速度比其他2种条件小,因此人工水幕系统在保证地下水封洞库工程有效性和储油安全性以及保护洞库周围地下水环境等方面起到了重要作用。

地下水封洞库岩体质量分级体系研究

由于地下水封洞库多为大跨度、高边墙、不衬砌或少衬砌的地下洞室,因此建库岩体多为质量较好的花岗岩、花岗片麻岩等,但现有岩体质量分级体系不能很好地针对此类工程进行岩体分级。在确定了影响地下水封洞库工程岩体质量分级因素的基础上,考虑RQD值、结构面空间分布、粗糙度、地下水、地应力和储存压力等因素,提出了适用于地下水封洞库岩体质量分级体系(UWCQ),并应用该分级体系进行黄岛地下水封洞库工程的岩体质量评价。证明UWCQ体系对评价地下水封洞库岩体质量是可行的,能满足工程需求。这对地下水封洞库的开挖方式选择、支护方案确定和安全性评价具有重要工程意义。

地下水封洞库围岩块体失稳矢量分析方法研究

基于对某地下水封洞库库区详细的地质调查和研究,运用块体理论评价围岩块体稳定性。采用块体理论分析方法之一的矢量分析法,分析出地下洞库各开挖面的可动块体,通过力学分析判别出可动块体中的关键块体,计算出其剩余下滑力和失稳形式。结果表明:此地下水封洞库稳定性较好,关键块体主要以结构面②、④单面滑动,且主要分布于洞室顶部。因此施工时应重点监测结构面②、④出露处,同时通过分析研究发现矢量法作为块体理论一种分析方法,能准确分析围岩块体稳定性,对地下水封洞库围岩稳定性评价具有一定的意义,但其在确定关键块体的具体位置,以及对于曲面洞壁块体稳定性分析均有待于进一步完善研究。

地下水封洞库岩体质量可拓评价

基于可拓学的物元模型,借助可拓评价模型对地下水封洞库岩体质量进行分类。根据岩体质量分类的影响因素,确定经典域和节域,并利用均方差法求取的权系数和引入的关联度,对地下水封洞库质量进行可拓评价。将该模型应用于黄岛地下水封洞库工程,得到了较好的预测结果,虽然与BQ法和RMR法对比得到的结果有异,但取样分析表明可拓评价模型的结果更合理,能够反映地下水封洞库岩体质量的等级。

关于地下水封洞库水幕系统试验的讨论

为了评价洞库水幕系统密封效果,进行了水幕系统效率试验,通过水幕孔在不同水动力状态下的压力变化情况判断其效率值的高低,进而在低效率岩体区域增加水幕孔来改善岩体连通性和渗透性,提升水幕效率值。讨论了水幕系统水平水幕孔效率试验中关键参数临界压力值的求解方法,并以烟台某地下洞库水平水幕孔效率试验为例,应用该方法求解的临界压力值对水幕效率进行判断。试验结果证明,该临界压力值的求解方法有一定可行性,能够准确判断需要补孔的区域,进而显著提升该区域的水幕系统效率值;岩体渗透性与水幕效率关系密切,一般情况下,满足洞室密封要求的岩体的渗透系数在10^(-7)~10^(-5)m/s范围内;文中临界压力值的求取是在一定假设基础之上完成,在实际工程中还需要进一步完善。