基于正交试验设计的层状盐岩地下储库群多因素优化研究

目前国内正在大规模兴建盐岩地下储库群,其规划设计阶段可优化因素较多,且各因素影响程度不同,选取椭球形腔体几何分布形式、矿柱宽度和夹层位置3个主要因素进行了综合优化研究,旨在分析3个因素的敏感性影响程度,并确立储库群最优形式。对3个因素分别设立3个水平,运用正交试验设计原理,确立了9组试验方案,进行了相关数值模拟试验。评价层状盐岩地下储库群时选用经改进的位移、应力试验指标,基于试验结果运用正交试验法中的极差分析和方差分析对3个因素进行详细分析。结果表明,3个因素中夹层位置影响最显著,矿柱宽度居次,椭球形腔体几何分布形式影响最弱;最优储库群形式为邻腔夹角60°的分布形式、2.0D矿柱宽度、夹层分布在腔体上部1/4H(H为腔体高度)位置。

盐岩密集储库群布置方式优化及连锁破坏研究

将基于不平衡力和最小塑性余能范数的地下洞群稳定性判别方法引入FLAC3D,推导其在FLAC3D中的等价形式,并证明可以用最大不平衡力和塑性区范围判断库群的稳定性,用FLAC3D中的不平衡力分布和调整过程表征库群的破坏位置和扩展路径。从合理的储库间距和密集库群的平面布置形式这2个方面对密集储库群的布置方式进行优化,指出1.5倍洞距为经济安全洞距,正三角形布置为库群最优化的平面布置形式。对库群中的2种破坏源进行对比计算,结果表明非边缘腔为破坏源时,对库群整体稳定性的影响较边缘腔为破坏源时更大。采用正三角形布置方式,先对单个非边缘腔突发失压的工况进行稳定性分析,考虑盐岩长期强度的折减,再对同一模型进行稳定性分析,并将结果应用于库群连锁破坏分析中,作为确定先期失稳部位的依据。对库群进行连锁破坏数值计算分析,结果表明单腔突发失压不易引起库群连锁破坏。

盐岩地下储库群运营期多失效模式下系统时变可靠性分析方法研究

盐岩地下储库以其优良的密闭性及安全性得到日益广泛的应用,但对其体系可靠性及风险的研究尚属探索阶段。运用系统可靠性理论,对储库群在设计运营期内的失效进行定义。考虑运营期内盐岩蠕变引起的腔体体积收缩和矿柱塑性区发展对储库群系统可靠性的影响,给出储库群系统的多种失效模式,建立储库群系统可靠性分析模型。在考虑相关性的基础上,应用"最弱失效模式假设"对储库群系统进行时变可靠性分析评价。以金坛盐岩地下储库为工程背景,建立储库群数值模型,进行时变可靠性分析,得到一些有价值的结论。提出盐岩地下储库群系统时变可靠性分析方法,为盐岩地下储库群的安全运营和稳定性评价提供科学的依据。

近置已有盐岩溶腔能源地下储库群特性研究

针对我国须采用密集库群来提高油气地下存储中资源利用率的现状,对近置已有盐岩溶腔库群运营模式下储库稳定性和收缩变形展开了研究。基于声纳测腔成果,建立了符合实际存在的单腔模型及库群模型。对模拟结果进行了对比分析,明确了库群运行模式对储库稳定性的影响规律。发现储库相对位置和深度的差异、夹层地层倾角的存在、相邻储库体积和形状的不等同3个因素会导致某些腔体的收缩变形不对称、腔体形变不规则;不同于单腔的最大位移区域固定出现在腰部,库群模式下受周围腔体的影响,而并无固定的腔壁位移最大点位置;呈现板状存在贯穿整个库群的泥岩刚度大、蠕变性能低,并且其和盐岩交界面的抗剪能力较强,可以提高库群的整体性和稳定性;考虑地层倾角的夹层变形特性成为对库群密闭性不利的影响因素,泥岩-盐岩交接面的拉伸以及泥岩夹层本身的扭转弯曲会使泥岩层产生裂隙,贯通的裂隙可导致各个腔体失去独自运行的能力,影响储库运行效率。

盐岩密集储库群破损区演化试验研究

采用地质力学模型试验的手段,研究不同储库间距下矿柱破损程度随储库压差增大的演化规律。主要完成以下内容:根据试验需要,对模型试验中涉及的若干关键技术进行研究,包括模型材料、地应力生成系统、内压加卸载系统以及测量技术,并提出一种新的侧向地应力梯形分布精细模拟的球形颗粒流加载方法;设计并完成3个试验方案;对模型试验进行数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,指出有压腔之间的矿柱是否能够保持稳定是储库群是否发生连锁破坏的关键。

地下能源储库群容积激光测量方法及现场实验

快速准确地测量大型地下能源储库群容积,不仅是检验工程设计和施工建设成果科学合理性的一种方法,也是能源储运工程的基本要求和油库运行期间动态调控的基础。为了快速精确获取储库群容积和厘米级的高程-容积曲线,研发了基于断面的激光精细测量系统(LSMS),建立了相应的数据处理方法。并成功将其应用到某地下能源储库的容积测量中,获得了厘米级的高程-容积曲线,通过回归计算,获得了容积真值,容积测量精度达到-0.06%,优于规范要求一个数量级。最后,结合全站仪和基站式三维激光扫描仪(TLS)的实验数据,对8个技术指标进行了对比分析,验证了激光精细测量系统及相应的数据处理方法的可行性和正确性。

地下能源储库群激光测量模拟与参数设计

实际的激光测量中往往无法综合考虑激光测量参数的影响,导致激光测量参数设计不合理,测量数据质量不高。该文基于激光测量参数的影响特点,综合考虑多个影响因素,建立了激光测量参数的控制标准和地下能源储库测量参数设计模型,并对具体的测量参数进行了流程设计。结合实际的地下能源储库的工程参数及工程要求,实现了固定式和移动式激光测量方法的测量模拟和参数设计,并采用设计的测量参数进行了地下能源储库的激光测量,得到了较高质量的测量数据。结果表明:激光测量模拟与参数设计方法是一种有效地满足复杂工程应用和测量要求的参数优化设计工具。

基于强度折减法的盐岩地下储库腔群安全稳定性研究

将强度折减理论引入到盐岩地下储气库库群的安全稳定性研究中,提出库群失效破坏的临界标准。静力分析以塑性区贯通作为失效破坏临界判据,长期流变分析中失效破坏的临界判据包括塑性区贯通以及腔体体积收缩达到极限值。腔群整体安全系数计算通过搜索折减系数F,将岩体力学强度参数按F进行折减,使模型计算结果正好达到库群失效破坏的临界标准来实现。以金坛盐岩地下储气库为例,利用FLAC3D软件建立库群数值模型,根据强度折减理论对其进行静力分析和长期流变分析,获得不同条件下的库群整体安全系数。计算表明:静力分析中,随着折减系数的不断增大,腔周塑性区不断发展,腔群的整体安全系数为2.25;长期流变分析中,随着折减系数的增大,储库腔群的主要破坏因素由体积收缩逐渐转变为塑性区的发展贯通,在与静力分析相同的数值模型及内压条件下,库群运行50 a的整体安全系数为1.83。同时,探讨安全系数同矿柱间距、压强工况以及库群破坏模式之间的关系,为类似盐岩储气库库群安全运营和稳定性评价提供科学依据。

储库布置方式对层状盐岩水平储油库群稳定性的影响

近年来,国家对石油、天然气的需求日益提升,利用盐岩进行地下能源储备的设施正在加速建设。以拟建于江苏某盐矿的层状岩盐地下储油库群为工程背景,以FLAC3D软件为平台,利用有限元分析法建立水平腔储油库群的数值模拟模型,模拟分析长方形布井和菱形布井方式下不同矿柱宽度储库群的稳定性,并对储库群运营30年后围岩位移分布、体积收缩率、塑性区体积以及顶底板最大竖向位移的变化规律进行分析。结果表明:采用菱形布井方式且设置矿柱宽度不小于1.75倍储库直径是保证水平储油库群稳定性的一种合理布置方式。利用稳定性判据对模拟结果进行检验,所得结果满足稳定性评价准则。研究结果可为中国未来层状盐岩水平储油库群的建设提供参考。

盐岩矿床水平储库单井后退式建造技术与多场耦合理论

相比于垂直储库而言,在层状盐岩矿床中建造水平储库,可以避开层理状夹层与界面,降低了储存油气泄露的危险。给出水平储库单井后退式对流溶解的技术背景和建造方法;提出单层星型、多层错位布置的层状盐岩矿床大型水平储库群建造方案;在建立的固–流–热–传质多场耦合作用理论基础上,对单井后退式对流溶解水平储库建造过程进行数值模拟。结果表明:水平储库单井后退式控制溶解建造技术是一种经济高效的盐岩储气库建造方法。在层状盐岩矿床中采用单井后退式控制溶解建造方法建造大型水平储库群,可极大提升我国能源储库建设的规模与储存能力。按照多层星型状错位布置,两层盐岩层中一组库群净容积可达到1.36×10^(7)m^(3)以上。为保证水平溶腔的稳定性和对盐岩层空间的最大利用,在储气库的设计阶段,应在保证溶腔可靠性和密闭性的前提下尽可能将管柱系统布置在水平盐岩层较低层位。研究结果可以对国内盐岩储气库工程建设提供技术参考,有效推进中国储气库建设进程。