基于COMSOL的地下水封油库围岩流固耦合特征模拟研究

地下水封油库通常建造于完整性好的结晶岩体内部,利用"隙存水封"的原理将油气封闭于地下洞室内部,洞库围岩在施工及运营期间具有典型的流固耦合特征。论文基于裂隙岩体流固耦合理论,采用COMSOL Multiphysics软件对洞库围岩不同工况下流固耦合特征进行了模拟研究。研究结果表明:地下洞库在不设置人工水幕情况下,开挖后洞室顶部地下水位明显下降,并形成降落漏斗,可能导致洞室油气外溢;设置人工水幕后,洞室顶部地下水位下降趋势得到明显控制,有效确保了水封的可靠性;在设置水幕的情况下,洞室直墙及洞室拱顶与底板角点处出现明显的应力集中,但围岩仍未出现连贯塑性区,洞室最大位移不超过5mm,洞室围岩稳定性良好。分析成果对于指导洞库优化设计及施工具有一定的参考价值。

地下水封油库场址地应力场及工程稳定性分析研究

建设战略地下水封石油储备库是完善国家石油储备体系的重要途径之一。鉴于此,我国拟在渤海湾附近投资兴建一大型战略石油储备库。由于地下水封油库特殊的地下结构形式,需要对工程区范围内的地应力的量值和方向进行详细的研究分析。在工程区共布置5个水压致裂地应力测点,实际测值相对较为离散,各个测点之间很难找到内在联系,因此利用Sheorey模型对5个测点的测值进行了归一化处理,较为准确地给出洞身部位的应力值大小,即最大水平主应力为11.02±1.0 MPa,最小水平主应力范围为6.82±1.0 MPa,最大主应力的方向为76°(±13°),这与B.C.Haimson等人在朝鲜半岛的研究成果较为吻合,实测地应力场方向与世界应力图所给出的区域构造应力场的方向极为一致,即WSW-ENE到E-W之间。按照修正后的岩体强度应力比方法评价工程区的应力状态可知,地应力量值中等,地应力场对地下工程稳定性影响不大。在这样的远场应力条件下,按照开挖后洞室截面周边最大应力和洞室围岩岩体强度之比的分析计算结果,如果洞室轴线沿最大水平主应力方向布置,在开挖过程中,地下洞室围岩基本以线弹性变形为主,局部受节理裂隙面影响的岩体会出现掉块现象。选择合适的洞室截面形状及洞室轴线和地应力场最大水平主应力方向之间的夹角对洞室的稳定性至关重要。

新建地下水封油库对附近运行油库水封可靠性影响研究

大型地下水封油库分期建设中,新建地下水封油库可能会对已投产的同类洞库水幕系统及渗流场产生一定影响,进而可能导致已建油库发生油气外泄等安全事故,但目前国内外对该问题的研究甚少。以在邻近某一已建大型地下水封油库附近扩建国家三期战略石油储库项目为背景,研究因扩建项目施工改变库区渗流场而导致的对已投产大型水封油库储油安全性的影响。通过洞库实际涌水量资料反演分析获取库区岩体的等效渗透张量,采用COMSOL Multiphysics软件模拟已建成的地下水封油库运营期的渗流场,并将其作为初始渗流场,进而模拟研究新建洞库开挖情况下渗流场的演化规律。以洞库区地下水位线、水封压力及围岩渗水量为评判指标,分析新建洞库对运行洞库水封可靠性的影响,研究表明:当两期洞库间距超过200m时,即使不设置中央垂直分离水幕系统,新建洞库施工也不会对已投产洞库的水封可靠性产生影响,即确保储油安全的最小洞库间距为200m。研究成果对评价在已投产地下水封油库附近修建同类油库的可行性及相互影响程度提供了理论依据。

海岛环境下地下水封油库海水入侵数值模拟研究

海水入侵是影响海岛地下水封油库施工及运营安全的重要因素。海岛环境下建设地下水封油库,大规模的地下开挖将显著改变海岛天然地下水渗流场,海水入侵地下洞室一方面引发突水风险,另一方面海水中的氯离子将会对地下洞库结构设施造成侵蚀,影响地下油库的使用寿命。因此在海岛环境下建造地下水封油库,除了需要考虑水封可靠性与岩体稳定性外,还需要关注海水入侵等现象。科学设置水幕系统可以有效地减弱海水入侵风险,论文基于污染质运移相关理论,采用有限元数值模拟方法,以拟建浙江省舟山市某海岛大型地下水封油库为例,模拟了地下油库建造及运营期的海水入侵现象,研究表明:若不设置淡水水幕系统,开挖地下洞室会直接导致海水入侵;设置水平水幕后在确保水封可靠性的前提下,能在一定程度上减弱海水入侵;而设置垂直水幕系统则能较为明显地抑制海水入侵的发生。该成果为海岛环境下建造地下水封油库可能遇到的海水入侵问题研究提供了理论依据。

基于GIS的中国东部沿海地区地下水封油库建造适宜性研究

地下水封油库以其经济、环保、安全、便捷、适合战略储备等优点,成为国家石油储备的首选形式。我国石油战略储备库建设方兴未艾,与众多大型地下洞室一样,水封油库的选址对其顺利建设及安全运营均起着决定性作用。论文以中国东部沿海地区为研究区域,在分析地下水封油库储油原理及其自身特点的基础上,选取地震烈度、活动断裂、最大水平地应力、地层岩性、地下水埋深、年均降雨量、与大型码头距离、与大型炼油厂距离等8个评价指标构建用于地下水封油库建造适宜性综合评价的指标体系。在此基础上采用层次分析法确定指标权重并应用ArcGIS的空间分析功能对研究区的地下水封油库建造适宜性进行研究,得到了中国东部沿海区域地下水封油库建造适宜性分区评价成果,为我国东部沿海地区地下水封油库科学选址提供了参考依据。

地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用

地下水封油库是一种复杂的地下工程,在施工期间开展岩体原位应力三维测量,对设计的开挖和支护方案进行检验和复核,有利于设计优化和指导施工。采用水压致裂测量方法,在油库内南北水平、东西水平和垂直3个方向钻探成孔进行地应力测量,综合3个方向的地应力测量结果,计算确定三维地应力大小和方向。计算结果验证了设计所使用的勘察阶段地应力测量结果的可靠性,检验和复核了设计施工方案的合理性,并进一步评价了地下水封油库围岩稳定性。

地下水封油库场区膨胀性蚀变岩的工程地质分析

地下水封油库作为国家的石油战略储备库,对库址区水文地质工程地质条件要求较高。然而,在实际的场区中,总是存在着各种不良地质体,直接影响着库址区的水文地质工程地质条件。本文以锦州地下水封油库为例,对地下水封油库场区膨胀性蚀变岩进行工程地质分析。场区的蚀变岩属中基性岩脉侵入的热液蚀变型,具有弱膨胀性。通过崩解试验,发现该蚀变岩具有一定的崩解性。通过岩矿薄片鉴定和X射线衍射分析,发现黏土矿物为蒙脱石。根据膨胀性蚀变岩的性质,地下油库在膨胀性蚀变岩段施工时应采取相应的治理措施。

海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究

我国地下水封油库多建造在沿海地区陆地岸线以内,在海岛建造地下水封油库尚未有先例。海岛四周为海水包围,地下洞室的开挖会导致海水入侵,影响地下油库的使用寿命。为保证地下洞库的水封可靠性需布置水幕系统,现今已建油库的水幕系统多以水平水幕为主,尚未有专门针对竖直水幕系统水封可靠性的相关研究。竖直水幕系统相比于水平水幕系统具有操作简单、对原岩扰动小等优点,且可以起到对海水的"屏障"作用,因此开展海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统的水封可靠性研究具有重要意义。论文采用数值模拟方法,研究竖直水幕孔的布置方式,根据正交试验确定竖直水幕孔的最佳布置参数;以浙江某海岛地下水封油库为依托,通过无水幕、设置水平水幕和设置竖直水幕3种情况的对比分析,研究竖直水幕系统的水封可靠性。研究得出:在只设置竖直水幕系统情况下,可以满足水封条件,且相较于水平水幕系统,竖直水幕系统可以更好地隔绝相邻主洞室间的串油。该研究成果为海岛环境下地下水封油库水幕系统优化设置提供了理论依据。

地下水封油库地质条件适宜性标准与应用研究

石油是国家的经济命脉,现代工业的“血液”,稳定的石油供给是经济与社会可持续发展的重要保障,对国防安全起着不可估量的作用。为解决我国能源短缺带来的危机,我国政府提出了“合理规划建设能源储备设施、完善石油储备体系”的任务。地下水封石洞油库具有地域适应性强、安全性高、节约用地、建设运营费用低、环境友好等优点。因此,地下水封储油洞群成为我国战略石油储备的最佳选择与重点发展方向。

垂直水幕作用下扩建地下水封油库布局方式研究

为研究垂直水幕对扩建地下水封油库布局方式的影响,以某大型地下水封洞库分期建设工程为依托,采用有限元数值模拟方法,对有、无垂直水幕条件下扩建洞库的布局方式进行研究。研究结果表明:1)当两期洞库间距较小时,在两期洞库之间设置垂直水幕可有效削弱拟建洞库对已建洞库水封可靠性的影响,随两期洞库间距的增加,垂直水幕的影响性逐渐减弱;2)拟建洞库轴线方向对水封可靠性的影响受地形等条件的影响较大,在两期洞库之间设置垂直水幕对水封可靠性的影响较小;3)随拟建洞库埋深的增加,拟建洞库的水封可靠性逐渐增强,已建洞库的水封可靠性却呈逐步减小趋势,在两期洞库之间设置垂直水幕可有效减小埋深对两期洞库水封可靠性的影响。

某地下水封油库岩体裂隙空间分布规律研究

岩体由岩块和结构面组成,结构面的发育程度对岩体渗流有至关重要的作用,完整的岩体基本不发生渗流,破碎岩体可以与土体一样视为多孔介质考虑。某地下水封油库库址区围岩强度等级较高,结构面多以节理裂隙发育为主,库址区岩体渗流主要受节理裂隙空间分布和裂隙形态参数影响。因此,要分析复杂裂隙岩体对地下水封油库岩体渗流影响,必须先研究库址区节理裂隙的方位角和连通性等发育特征。论文通过统计库址区岩体中的裂隙分布情况,总结了该区域裂隙的空间分布规律,该规律可用以预测库址区水幕系统的连通性,并对水幕系统的水封性作出评价。

地下水封油库选址方法研究论述

地下水封油库具有安全、经济、库容规模大、适合战备等优点,国内的建设方兴未艾。场址选择是地下水封油库工程关键技术之一。提出从自然地理条件、工程地质条件和水文地质条件3个主要方面进行选址的勘察调研,选择合适的选址方法、评价标准和模型,得出科学经济选址方案。并展望建立一个基于水封石油洞库选址方法研究的综合评价模型。

地下水封油库技术的发展及在我国的应用前景

根据国际能源组织机构(IEA)的规定,各成员国的应急石油储备应相当于上年90天的消费量,在石油消耗量持续增加的时代背景下,大容量储存的地下水封油库再度引起广泛关注。本文系统介绍了国内外地下水封油库的发展运营情况,阐述了水封储油原理及储存方式的系列问题,分析了地下水封的储油优势,为我国水封油库的建设提供理论依据。

地下水封油库洞室开挖弃渣综合利用经济可行性分析

地下水封油库采用水幕封闭油气外泄。为节省工程投资,洞室开挖成形后不进行二次混凝土衬砌,开挖出来的弃渣不能用于工程自身建设的骨料再加工,需规划相应渣场进行堆存。为解决洞室开挖弃渣处理困难和工程周边建筑材料短缺的矛盾,笔者以某地下水封油库为例,从市场调研、工艺方案、财务评价等多方面分析,确定了洞室开挖弃渣加工成骨料销往项目区周边建筑工程的经济方案,既减少工程投资,又增加工程额外收益。该研究成果为相似工程解决弃渣处理提供参考。

基于地下水化学特征的水封油库水幕系统有效性评价

水幕系统有效性是地下水封油库安全稳定运行的重要基础条件,然而目前评价水幕系统有效性的方法并不高效便捷。以我国首个大型地下水封油库工程为背景,采集油库运行期现场水样和岩样进行水质检测分析和电镜扫描试验,获取库址区地下水水化学类型和岩石的矿物成分组成特征。采用数理统计方法,基于地下水水化学特征获得了不同部位地下水之间的水力联系,开展水幕系统有效性评价。研究表明:油库运行初期库址区地下水主要为HCO^(3)—Na•Ca型水,围岩中的钾长石、钠长石和钙长石发生水化学反应,地下水中的K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度总体呈上升趋势,pH值总体呈下降趋势;Cl^(-)浓度低于造成钢筋腐蚀的浓度,地下水对洞库支护系统无明显腐蚀作用;洞库周边监测孔地下水与水幕供水的水化学特征相似,说明水幕系统与油库围岩之间存在较好的水力联系,形成良好的水封效果。该研究可为判断地下水封油库运行情况提供重要依据,并为评价水幕系统有效性提供了一种科学方法。

岩体渗透各向异性对地下水封油库围岩稳定性的影响

地下水封油库是目前世界上最主要的战略石油储备模式,由于它是采用水封的形式将原油储存于地下岩石洞室中,因此,岩体的渗透特性(尤其是各向异性特征)将影响围岩的稳定性。以国内在建的首个大型地下水封石油洞库工程为背景,在花岗片麻岩体渗透各向异性特征研究的基础上,对不同渗透各向异性比值下,洞室围岩地下水压力、流速、位移和应力等进行有限元分析,并采用广义Hoek-Brown准则的强度折减法研究渗透各向异性对洞室群围岩整体稳定性系数的影响。研究结果表明,花岗片麻岩体渗透各向异性对洞库围岩地下水压力和流速具有显著影响,随渗透各向异性比值的增加,地下水压力线性增大,地下水流速呈对数递减关系;渗透各向异性对洞库围岩变形无影响;对围岩应力场影响不明显,可以忽略不计;对洞室群围岩的整体稳定性系数影响较大,总体随各向异性比值的增加逐渐下降。这对地下水封油库工程的稳定性评价具有一定理论和工程价值。

注取油循环荷载作用下地下水封油库运营性能评价

以我国首个大型地下水封油库工程为背景,采用理论分析和数值模拟等方法评价了注取油循环荷载作用下该油库运营期的稳定性与水封性。针对岩石疲劳力学特性,在常规运动硬化疲劳力学模型基础上,提出可考虑平均主应力影响的岩石疲劳力学模型;编写用户子程序,将所提模型嵌入有限元分析软件,实现了循环荷载作用下地下水封油库运营性能评价。评价过程中选取了同步注取和异步注取两种工况,从围岩稳定性和水封性两方面对洞库运营性能进行了分析评价。分析结果显示:同步注取石油对库区围岩拱顶沉降影响较大,异步注取石油对库区围岩水平收敛影响较大;异步注取条件下水位下降和涌水量均比同步注取条件大,但差异不大。两种工况下洞库运营期间总体稳定性和水封性均能保持良好。

广西北部湾地下水封石洞油库建设前景研究

为了满足国家能源战略需要,开展地下水封石洞油库选址、建造的前景性研究。结合国家发展规划及对地下水封石洞油库的特点、建设要求、发展趋势的分析,证明广西北部湾具有良好的库区地质建设和油品储运条件,水封条件初步可行,适宜建设大规模的地下水封石洞油库。

地下水封储油洞库施工稳定性与安全监测

随着社会经济不断发展,我国在日常生活中很容易遇到各种突发性事件,为了将突发性事件影响力下降到合理范围,避免给人们日常生活水平带来严重影响,政府部门愈发提高对地下水封储油洞库施工的重视程度,针对地下水封储油洞库提出各种相关政策,来提高地下水封储油洞库施工质量,确保其能满足不同现象的需求。基于此,本文将某大型地下水封储油洞库为主要研究对象,来分析储油洞室施工阶段各方面数据,如围岩内部位移、洞周变形、松动、锚杆应用等方面,从而计算出检测数据的变化规律和范围,加强洞室稳定性,掌握不同监测技术在大型地下洞库的应用效果。

地下水封石洞油库对地下水的影响数值模拟分析

根据钻孔提水试验数据求出影响半径和渗透系数,按照地下水动力学方法求出了洞库涌水量,采用三维地下水数值模拟模型MODFLOW对山东某地地下水封石洞油库涌水对地下水位的下降影响规律和地下水漏斗进行了数值模拟和预测,分析石洞油库涌水对区域地下水的影响。分析结果表明:洞库涌水量较小,在施工3 a期间涌水主要来自岩石的弹性释水,对地下水位基本无影响;不考虑储油的情况下,模拟洞库运行50 a,地下水位在垂向随时间线性下降,平面上影响范围不大。