盐岩蠕变特性及水平盐穴储存库长期稳定性研究
发布时间：2021-04-18 12:38
盐岩地层被国际上公认为是石油、天然气等能源地下储存的理想介质。蠕变特性作为盐岩最为典型的力学性质之一,与盐岩储存库的长期稳定性密切相关。本文基于盐岩单轴压缩蠕变试验结果,从位错理论出发,建立了一个盐岩蠕变细观模型;在此基础上,根据我国盐岩矿床的特点,利用FLAC3D软件对水平盐穴储气库的长期稳定性进行了模拟分析,并根据数值模拟结果给出了相关建议。本文主要研究工作和取得的研究成果如下:（1）对盐岩试件开展了不同轴向应力下的单轴压缩蠕变试验,基于试验结果,分析了轴向应力水平对盐岩瞬时应变、蠕变速率、衰减蠕变应变、稳态蠕变应变的影响规律;利用等时应力—应变曲线拐点法确定了盐岩的长期强度,并根据盐岩最大衰减蠕变应变量随轴向应力的变化规律,提出了一种岩石长期强度的确定方法。（2）从晶体位错理论出发,研究了盐岩晶体内位错密度和位错运动速度等细观变量在蠕变过程中的演化规律,并通过Orowan方程将细观变量演化规律与盐岩宏观蠕变行为联系起来,建立了一个参数少且能反映细观结构演化规律的蠕变细观模型,给出了模型参数的确定方法,并对模型参数的敏感性进行了分析。（3）利用盐岩单轴压缩蠕变试验结果对细观蠕变模型...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安建筑科技大学硕士学位论文15同时获得盐岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角等基本力学特征参数。为达到这一研究目的，对盐岩试件进行了盐岩单轴压缩试验和不同围压水平下的常规三轴压缩试验。试验过程具体分为如下步骤：（1）盐岩单轴压缩试验①安装盐岩试件；②开启轴压加载系统，按位移控制的方式进行加载，加载速度为0.1mm/min，并对试件加载全过程的应力和应变进行监测和记录，直至试件发生破坏。（2）盐岩常规三轴压缩试验①安装盐岩试件；②以0.05MPa/s的加载速率施加围压至设定的应力水平，即4MPa，8MPa和12MPa；③保持围压不变，以0.1mm/min的速度施加轴向荷载，并对试件加载全过程的应力和应变进行监测和记录，在试件应变值达到15％时，停止加载，试验结束。2.1.3试验结果分析（1）盐岩单轴压缩试验结果图2.3盐岩单轴压缩应力-应变曲线通过盐岩的单轴压缩试验，可得到图2.3所示的盐岩单轴压缩应力-应变曲线。从图2.3可以看出，总体而言，盐岩的破坏过程可划分为4个阶段：（1）压密阶段：随着荷载逐渐增大，盐岩试件中天然存在的微裂隙、微孔隙等逐渐闭合，试件被压密，宏观上表现为盐岩应力-应变曲线逐渐向应力轴弯曲。（2）弹性变形阶段：该阶段盐岩应力-应变曲线近似为直线。（3）塑性变形阶段：随轴向应力增大，应力-应变曲线逐渐偏离直线向应变轴弯曲，直至达到峰值应力。该阶段初期，盐岩内部
西安建筑科技大学硕士学位论文16晶粒沿着晶粒界面发生错动，微裂纹稳定扩展；此后，随轴向应力增大，微裂纹扩展速度逐渐变快。（4）破坏阶段：应力—应变曲线突然跌落。该阶段盐岩试件内部产生大量的穿晶裂纹，并最终形成贯通性宏观破裂面，导致盐岩承载力迅速下降，发生失稳破坏[41]。对图2.3作进一步分析，可得到表2.1所示的盐岩单轴压缩的强度参数。表2.1盐岩单轴压缩强度参数峰值应变/%峰值应力/MPa弹性模量/MPa泊松比4.7827.003000.040.30（2）盐岩常规三轴压缩试验结果通过盐岩的常规三轴压缩试验，可得到图2.4所示的盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线。由图可知，在围压作用下，盐岩的应力-应变曲线可划分为三个阶段：（1）压密阶段；（2）弹性变形阶段；（3）塑性变形阶段。与盐岩单轴压缩应力-应变曲线相比，盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线中并未出现破坏阶段，这是因为围压在一定程度上限制了盐岩的横向变形，抑制了盐岩内部微裂纹的扩展[41]。图2.4盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线对图2.4所示的盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线作进一步分析，可知：当应力较低时，盐岩应力-应变关系近似为线性关系，这说明盐岩具有一定的弹性变形能力；当轴向应力达到一定值后，其应力-应变曲线逐渐偏离线性。这是由于盐岩试件中各处晶体颗粒的强度不同，随着轴向应力不断增加，盐岩试样中晶体颗粒间胶结比较弱的地方率先破坏，导致该处晶体颗粒发生位错滑移，产生了塑性变形，从而导致岩样应力-应变曲线偏离了线性。此时若无围压存在或围压较低，则晶体
【参考文献】：
期刊论文
[1]含杂质盐岩加载过程渗透特性及细观特征研究[J]. 曾寅,刘建锋,徐慧宁,裴建良,徐杨梦迪,李志成. 工程科学与技术. 2019(03)
[2]基于反S函数的盐岩单轴压缩全过程蠕变模型[J]. 王军保,刘新荣,宋战平,赵宝云,蒋斌,黄天柱. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[3]基于短期室内试验推导长期稳态蠕变率的盐岩本构模型[J]. 李梦瑶,苟杨,侯正猛. 工程科学与技术. 2018(05)
[4]平顶山地下盐穴储气库地表沉降机理数值模拟[J]. 王志荣,贺平,石茜茜,韩中阳,张利民. 地下空间与工程学报. 2018(04)
[5]不同温度条件下盐岩卤水浸泡后损伤自恢复特性[J]. 康燕飞,陈结,姜德义,刘伟,范金洋,吴斐,蒋昌奇. 岩土力学. 2019(02)
[6]盐岩单轴蠕变声发射特征及损伤演化研究[J]. 曾寅,刘建锋,周志威,吴池,李志成. 岩土力学. 2019(01)
[7]双井水平盐腔恒定内压的天然气储库[J]. 李梦瑶,侯正猛. 工程科学与技术. 2017(06)
[8]干燥、潮湿合成盐岩流变细观机制的对比研究[J]. 丁靖洋,周宏伟,张晋祥. 西安科技大学学报. 2017(04)
[9]含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究[J]. 吴池,刘建锋,周志威,徐慧宁,吴斐,卓越,王璐. 工程科学与技术. 2017(S2)
[10]层状盐层中水平腔建库及运行的可行性[J]. 杨海军,王元刚,李建君,薛雨,井岗,齐得山,陈加松. 油气储运. 2017(08)
博士论文
[1]盐岩流变细观机制及本构模型研究[D]. 丁靖洋.中国矿业大学(北京) 2015
硕士论文
[1]互层状盐岩储气库地表沉降机理与数值模拟研究[D]. 韩中阳.郑州大学 2015
[2]含夹层岩盐非线性差异变形解析与储库稳定性研究[D]. 赵增欣.河北工业大学 2011
[3]层状盐岩力学特性试验研究及其理论分析[D]. 刘江.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
本文编号：3145484
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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西安建筑科技大学硕士学位论文15同时获得盐岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角等基本力学特征参数。为达到这一研究目的，对盐岩试件进行了盐岩单轴压缩试验和不同围压水平下的常规三轴压缩试验。试验过程具体分为如下步骤：（1）盐岩单轴压缩试验①安装盐岩试件；②开启轴压加载系统，按位移控制的方式进行加载，加载速度为0.1mm/min，并对试件加载全过程的应力和应变进行监测和记录，直至试件发生破坏。（2）盐岩常规三轴压缩试验①安装盐岩试件；②以0.05MPa/s的加载速率施加围压至设定的应力水平，即4MPa，8MPa和12MPa；③保持围压不变，以0.1mm/min的速度施加轴向荷载，并对试件加载全过程的应力和应变进行监测和记录，在试件应变值达到15％时，停止加载，试验结束。2.1.3试验结果分析（1）盐岩单轴压缩试验结果图2.3盐岩单轴压缩应力-应变曲线通过盐岩的单轴压缩试验，可得到图2.3所示的盐岩单轴压缩应力-应变曲线。从图2.3可以看出，总体而言，盐岩的破坏过程可划分为4个阶段：（1）压密阶段：随着荷载逐渐增大，盐岩试件中天然存在的微裂隙、微孔隙等逐渐闭合，试件被压密，宏观上表现为盐岩应力-应变曲线逐渐向应力轴弯曲。（2）弹性变形阶段：该阶段盐岩应力-应变曲线近似为直线。（3）塑性变形阶段：随轴向应力增大，应力-应变曲线逐渐偏离直线向应变轴弯曲，直至达到峰值应力。该阶段初期，盐岩内部
西安建筑科技大学硕士学位论文16晶粒沿着晶粒界面发生错动，微裂纹稳定扩展；此后，随轴向应力增大，微裂纹扩展速度逐渐变快。（4）破坏阶段：应力—应变曲线突然跌落。该阶段盐岩试件内部产生大量的穿晶裂纹，并最终形成贯通性宏观破裂面，导致盐岩承载力迅速下降，发生失稳破坏[41]。对图2.3作进一步分析，可得到表2.1所示的盐岩单轴压缩的强度参数。表2.1盐岩单轴压缩强度参数峰值应变/%峰值应力/MPa弹性模量/MPa泊松比4.7827.003000.040.30（2）盐岩常规三轴压缩试验结果通过盐岩的常规三轴压缩试验，可得到图2.4所示的盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线。由图可知，在围压作用下，盐岩的应力-应变曲线可划分为三个阶段：（1）压密阶段；（2）弹性变形阶段；（3）塑性变形阶段。与盐岩单轴压缩应力-应变曲线相比，盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线中并未出现破坏阶段，这是因为围压在一定程度上限制了盐岩的横向变形，抑制了盐岩内部微裂纹的扩展[41]。图2.4盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线对图2.4所示的盐岩常规三轴压缩应力-应变曲线作进一步分析，可知：当应力较低时，盐岩应力-应变关系近似为线性关系，这说明盐岩具有一定的弹性变形能力；当轴向应力达到一定值后，其应力-应变曲线逐渐偏离线性。这是由于盐岩试件中各处晶体颗粒的强度不同，随着轴向应力不断增加，盐岩试样中晶体颗粒间胶结比较弱的地方率先破坏，导致该处晶体颗粒发生位错滑移，产生了塑性变形，从而导致岩样应力-应变曲线偏离了线性。此时若无围压存在或围压较低，则晶体
【参考文献】：
期刊论文
[1]含杂质盐岩加载过程渗透特性及细观特征研究[J]. 曾寅,刘建锋,徐慧宁,裴建良,徐杨梦迪,李志成. 工程科学与技术. 2019(03)
[2]基于反S函数的盐岩单轴压缩全过程蠕变模型[J]. 王军保,刘新荣,宋战平,赵宝云,蒋斌,黄天柱. 岩石力学与工程学报. 2018(11)
[3]基于短期室内试验推导长期稳态蠕变率的盐岩本构模型[J]. 李梦瑶,苟杨,侯正猛. 工程科学与技术. 2018(05)
[4]平顶山地下盐穴储气库地表沉降机理数值模拟[J]. 王志荣,贺平,石茜茜,韩中阳,张利民. 地下空间与工程学报. 2018(04)
[5]不同温度条件下盐岩卤水浸泡后损伤自恢复特性[J]. 康燕飞,陈结,姜德义,刘伟,范金洋,吴斐,蒋昌奇. 岩土力学. 2019(02)
[6]盐岩单轴蠕变声发射特征及损伤演化研究[J]. 曾寅,刘建锋,周志威,吴池,李志成. 岩土力学. 2019(01)
[7]双井水平盐腔恒定内压的天然气储库[J]. 李梦瑶,侯正猛. 工程科学与技术. 2017(06)
[8]干燥、潮湿合成盐岩流变细观机制的对比研究[J]. 丁靖洋,周宏伟,张晋祥. 西安科技大学学报. 2017(04)
[9]含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究[J]. 吴池,刘建锋,周志威,徐慧宁,吴斐,卓越,王璐. 工程科学与技术. 2017(S2)
[10]层状盐层中水平腔建库及运行的可行性[J]. 杨海军,王元刚,李建君,薛雨,井岗,齐得山,陈加松. 油气储运. 2017(08)
博士论文
[1]盐岩流变细观机制及本构模型研究[D]. 丁靖洋.中国矿业大学(北京) 2015
硕士论文
[1]互层状盐岩储气库地表沉降机理与数值模拟研究[D]. 韩中阳.郑州大学 2015
[2]含夹层岩盐非线性差异变形解析与储库稳定性研究[D]. 赵增欣.河北工业大学 2011
[3]层状盐岩力学特性试验研究及其理论分析[D]. 刘江.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
本文编号：3145484
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