考虑夹层情况下盐穴储气库建腔方案优化研究

发布时间：2019-12-03 15:59

【摘要】：地下盐穴储气库是国家能源储备的重要组成部分。但是,我国在应对储气库工程建设问题的经验有限,对于储气库的研究还处在起步阶段,难以满足储气库设计、施工和运营的要求,盐穴储气库的施工建设也缺乏成熟的规范和相关的理论指导。虽然国外具有相对成熟的盐穴储气库建造技术,但由于国内外盐岩地质条件的差异,我国盐穴储气库的建设不能照搬国外的建设技术。同时,夹层发育是中外盐穴储气库研究的最大差异,并且夹层对整个建腔施工过程有重要影响。因此,本文的研究就是考虑夹层对建腔过程的影响,通过对盐岩溶解机理,夹层特性和腔体优化形状的理论分析,建立了盐穴储气库溶腔数学模型。同时,模拟了整个建腔过程。引入本征正交分解的降维方法,重构了建腔期腔内流速场并进行了快速预测。最后,引入尖点位移突变理论,分析了建腔期腔内夹层的稳定性及对成腔形态的影响,并通过分析运营期储气库的长期稳定性,验证了拟设计溶腔形态的合理性。本文主要研究内容为：一.考虑夹层情况下的盐穴储气库建腔过程数值模拟 (1)模拟了实际盐穴储气库水溶建腔的全过程,得到了不同建腔阶段的用以表征腔体扩展形状的含盐度等值线图。 (2)通过方案比选的方式,对建腔期施工参数和地质参数的不同组合进行探讨,给出了合适的建腔方案。二.建腔期腔内流场参数优化 (1)基于所建的数值模型的数据样本,引入本征正交分解法(POD),完成了单参数,双参数和三参数的建腔期腔内流速重构与快速预测。 (2)通过原模型计算结果与经过POD优化计算后的模型结果的对比,说明了POD方法优化后腔内流速场的准确性与快速性。三.建腔期腔内夹层稳定性研究 (1)引入尖点位移突变理论,建立新的夹层失稳断裂的理论计算方法与数值模型。结合具体算例,计算出夹层初次断裂步距,从而得到了夹层初次断裂后盐穴储气库腔体的二维设计示意图。针对该二维设计图,通过分析运营期储气库的长期稳定性,验证了拟设计溶腔形态的合理性。 (2)基于尖点位移突变理论,并与有限元强度折减法稳定性评价结合,建立夹层稳定性评价体系,得到稳定性安全系数,并讨论了在建腔期内夹层埋深,腔体内压,时间对夹层稳定性的影响规律。
【图文】：

储气库,废弃矿,地下储气库

工程实际中一般应用以下四类地下储气库枯竭油气藏储气库、含水层储气库、废弃矿坑储气库和盐穴储气库。各类储气库主要类型及所占比例如图1-1所示。(1)枯竭油气藏储气库利用石油开采的装置，将已经枯竭的油气藏改造为天然地下储气库。(2)含水层储气库高压注入气体，将从岩层的孔隙中，用气将水驱走，以便形成自然储气库。1

强度变化,饱和盐水,清水,泥岩夹层

首先讨论盐岩地层中泥岩夹层在烺水浸泡下的弱化力学特性，根据徐素国，赵阳升等丨分别将泥岩置于清水和饱和盐水中，如下图2-1所示的浸泡时间与其强度的关系。从图中可以看出，清水中浸泡的泥岩试件强度明显提高，，而在饱和盐水中浸泡的试件在10天时强度略有降低，到达20天时，强度增加，但低于在清水中的强度效果。说明泥岩夹层在较高浓度的烺水浸泡下，反而会从一定程度上提高其抗压强度。清水饱和盐水9 n ‘ . . 8 i- i- ；7 i- [? 6 j- 1 —*5 5 ?』 —‘ 鹿 I1? 3 「「 r ^ 2 J- J- I I I1 !- 1-"- 1- 0 -I 1 1 1 0 5 10 15 20浸泡时间UD图2-1不同时间段的泥岩强度变化（徐素国，赵阳升等）其次，讨论盐岩地层中石膏夹层在烺水中浸泡弱化的力学特性，根据高洪波，梁卫国等I84】的研究
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE972

【参考文献】