盐岩地下新能源储备库高频注采热力耦合效应对围岩长期变形的影响

盐岩因其致密性被公认为地下储能的良好介质,随着我国双碳战略的提出,利用盐岩进行地下新能源存储备受关注。盐岩新能源储备库运营过程中的高频注采造成了盐岩溶腔温度和应力场的高频往复。本文对高频注采效应下盐岩新能源储库的长期形变进行了热力耦合计算,并与传统能源储库的变形过程进行了对比。结果表明:新能源储库在考虑热力耦合情况下围岩最大位移增大7.8%,相较于传统能源储库,热效应对新能源储备库的影响更为显著,在新能源储库的稳定性评估中应充分考虑热效应的影响。

埋藏深度对盐岩储气库溶腔变形的影响研究

以典型的单一溶腔盐岩地下储气库为例,采用ANSYS15.0建立了盐岩储气库计算模型,并通过ANSYSFLAC3转换软件将所建模型导入岩土通用计算软件FLAC3 D中,最后通过FLAC3 D模拟了七种不同埋藏深度情况下盐岩储气库溶腔的变形情况。数值模拟结果为：随着埋藏深度的增加,盐岩储气库位移近似呈直线增加,盐岩储气库应力同样近似线性增加;溶腔中上部及溶腔直径最大处位移及应力最大,溶腔变形最大。根据模拟结果,推荐类似本文所建的盐岩储气库埋藏深度应控制在800~1 000 m为宜,才能保证其运行过程中最大位移不高于1.19 m,最大应力不高于80 MPa。尽管通过FLAC3D模拟的盐岩地下储气库溶腔形状过于单一,与实际盐岩地下储气库具有一定距离,但是不乏代表性,同样能够为盐岩储气库运营期间的安全稳定性提供有益的借鉴作用。

盐穴地下储气库溶腔形态变化数值模拟

盐岩蠕变对盐穴地下储气库的溶腔形态有着较大的影响,易造成储气库失效、泄漏、破裂等安全问题。为此,利用美国ITASCA咨询集团公司开发的FLAC3D快速拉格朗日差分软件,建立了盐穴储气库模型,对储气库溶腔蠕变规律进行了数值模拟,分析了在不同蠕变时间内、不同内压下储气库溶腔在不同直径处的变形量,得到在盐岩蠕变下,盐穴储气库溶腔形态的变化规律,并给出了相应操作建议:1盐穴储气库溶腔不同直径处产生的变形量是不同的,溶腔最大直径处变形量最大,随着直径的增大变形量增大,且呈非均匀性增大,因此在建设盐穴储气库时,应对储气库溶腔的高径比进行严格地计算;2溶腔内压对储气库溶腔变形量有直接作用,较高压力下的盐岩蠕变对储气库溶腔形态变化的影响比低压时小,因此建议在盐穴储气库实际运行过程中,尽量避免低压运行,以保证储气库溶腔形态的完整性。该成果为盐穴储气库的安全运行与维护提供了可行的依据。

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。

变形稳定理论在盐岩储气库优化设计中的应用

为解决盐岩储气库洞室形状以及库群布置的优化设计问题,将变形加固理论发展和完善为变形稳定理论,把塑性余能与强度折减系数的K-ΔE关系曲线作为储气库群的整体稳定性判据。在变形稳定理论的基础上,对不同形状和布置方式的洞室的整体稳定性进行定量评价,优化分析了洞室形状以及库群的布置方式,进而获得最具安全稳定性的洞室形状和布置方式。研究结果表明,变形稳定理论为盐岩储气库洞室形状和洞群布置方式的优化设计提供了一套实用有效的分析理论和方法。

裂隙岩体的固气耦合模型及其在岩盐储气库中的应用

在含裂隙的岩盐中建造地下天然气储库工程必须研究裂隙岩体的气体渗流规律,以确保地下储气库工程安全运行,防止天然气渗漏。提出了岩体和裂隙的变形场与天然气渗流场的耦合模型,并建立了有限元分析的数值解法,在建设地下天然气储库确定气库的运行气压时可提供一些依据,对评价天然气储库的稳定性有参考意义。

周期性荷载作用下盐岩储气库长期变形特性研究

为了研究周期性荷载作用下盐岩储气库的长期变形特性,采用FLAC3D数值计算方法,模拟了5 a后湖北云应地区盐矿ZK1099盐腔在周期性注采压力(最大值13 MPa,最小值7 MPa)下的运行情况.模拟结果表明,储气库利用率不仅降低,而且在周期性荷载作用下盐岩围岩不断劣化,主要表现在塑性区不断加深且有可能出现接触面滑移.结果可为该盐腔的安全、稳定运行提供依据并可为同类型盐腔设计提供参考.

岩盐溶腔顶板稳定性突变理论分析

采用固支大变形圆板突变模型研究了单井溶腔顶板的稳定性,得出了溶腔顶板岩层失稳的必要条件;并考虑了自重侧压力及水平构造应力的综合作用,用平直梁尖点突变模型研究了连通井顶板的失稳突跳,得出了连通井顶板失稳的充要条件。为溶腔稳定性控制和溶腔用于战略石油和天然气的储备打下理论基础。

层状盐岩洞室储库变形与密闭性分析

盐岩具有孔隙率低、渗透率小和结构致密等优点，因此它非常适合作为地下能源的存储的场所。在我国，采用盐岩储气库存储天然气和其它能源对环境保护具有非常重要的意义。在盐岩溶腔中进行天然气储备，其中一个重要的前提是确保储气库的密闭性，也就是保证储气库中的天然气在运行期间不外泄，而储库的密闭性和洞室围岩的变形有非常密切的关系。本文对储气库在运行期间的变形和密闭性的关系作了初步的分析总结。