水平溶腔建造过程中流场形态模拟实验

以水溶采矿原理建设盐岩水平储库为工程背景,研究建造盐岩水平溶腔过程中流场的运动规律,通过量纲分析法推导相似准则,建立相似实验模型并搭建实验平台,采用染色法研究在改变套管间距、注水流量、盐水浓度、循环方式时腔内流场的变化情况,用相机记录在不同条件下水平溶腔中流场形态的分布情况。研究结果表明,管间距与注水流量的增大有助于加快造腔过程,浓度的增大会抑制造腔过程,由正循环变为反循环会加速腔体顶部的建造,抑制下部的建造。由实验结果还可以得到流体运移规律和流场区域分布的差异,进一步认识流场形态对溶腔建造的影响,为现场提供一些参考。

地下盐岩溶腔储库单井水平溶解建造流体运移研究

为提高水平盐穴储库单井后退式溶腔建腔速率,通过相似模型试验与数值计算开展建腔期注水方向对腔内流体运移规律影响研究。数值模拟结果表明:注入淡水接触腔内卤水后浓度会迅速升高,当浓度达到23%左右变为缓慢升高;上下同时入射有利于快速溶腔,垂直向下入射有利于建造更大腔体。相似模型试验流体运移规律与数值模拟基本一致,证明了数值模型的正确性。试验发现:腔内流体主要分为羽流区、边界溶解区、对流扩散区和底部饱和区4个区域;改变注水方向使羽流区流体浓度和流速改变,进而影响边界溶解区高度,与水平入射相比,垂直向上入射、上下型入射、四周型入射和垂直向下入射高度增加了22.2%、26.9%、51.1%、135.6%;改变注水方向使淡水初始向下流速改变,进而改变底部饱和区高度,与水平入射相比,垂上、四周、上下、垂下入射高度降低0%、12.9%、29.9%、70.1%。

盐岩水平溶腔储库可用性的数值模拟研究

我国盐矿具有多夹层、单层薄的特点。目前国内外盐岩溶腔研究主要集中在垂直溶腔上,这类溶腔往往穿过夹层,引起层状盐岩层内多重剪切破坏,不利于溶腔的稳定。水平溶腔,垂直高度小,不穿过夹层,将是一个较好的选择。通过FLAC3D数值模拟软件,基于某盐矿地质条件,对圆形截面水平溶腔和倒梯形截面水平溶腔分别按照不同的尺寸进行了稳定性分析对比,分析了溶腔在建腔完成之后以及周期注采情况下运营30 a后的最小扩容破坏安全系数和体积收缩率。结果表明,圆形截面更适合于水平溶腔,倒梯形水平溶腔最优尺寸为36∶24∶12,圆形截面最优尺寸为直径30m。

天然碱矿双水平溶腔稳定性分析及安全矿柱宽度探讨

土耳其Kazan天然碱矿采用钻井与对接井技术使两井或多井连通,形成水平溶采通道并进行注水开采。以土耳其Kazan天然碱矿为例,采用FLAC3D软件对油垫水溶法所形成的双水平溶腔形状进行简化,通过改变双水平溶腔间的矿柱宽度进行溶腔稳定性分析,并最终对安全矿柱宽度的确定进行了相关探讨。研究表明:溶腔顶板塑性区分布范围呈现正三角形分布形态,当矿柱宽度为25m时,溶腔上部顶板及肩部塑形分布区均明显减小;溶腔应力与位移的变化随着矿柱宽度增大至25m时逐渐趋于平缓;矿柱宽度的大小对溶腔底部隆起的影响基本可忽略。

芒硝水平连通井开采稳定性模拟研究

根据淮安赵集矿区芒硝矿层的地质特点,顶板保护是进行水溶开采的难点和主要问题。针对矿区芒硝水平连通井开采时的溶腔形状特征,运用FALC3D模拟不同开采工艺下,圆管状和长方体两种水平溶腔在不同尺寸条件下的围岩应力、变形和屈服破坏范围。结果表明:圆管状水平溶腔直径小于8m,长方体溶腔纵向尺寸为10m、横向尺寸小于30m时,硝层顶板处于稳定状态,不会因跨塌而使硝层上部的盐岩暴露,以及由此引起的硝水含NaCl量不断上升的情况。

赵集盐硝矿优化布井及复杂轨道控制对接技术浅析

赵集盐矿开发采用水平连通井对接技术近十年,各采矿企业矿区交织、地面村庄密集,地下各井轨道交错纵横,通过丛式无溶腔水平连通对接井设计与施工技术实验,结合水平井防碰技术、油井防窜技术、轨迹精细描述技术,引入三维复杂轨道及丛式钻井设计施工技术,在赵集区块完成多组丛式水平连通对井设计与施工,其中,FS30井场完成三组三连通井施工,完成井100%的对接,掌握了复杂盐硝矿区优化布井与多井连通施工技术,实现了矿区盐硝矿藏高效开发。