多夹层盐矿水采沉渣空隙特征与储气能力评价

在低品位、多夹层盐矿地层中建设地下储库,利用水采溶腔（盐穴）底部不溶物沉渣空隙储气有望较大幅度扩大储气库库容,但需要开展沉渣空隙储气可行性和适用性评估。首先,采用不溶物沉渣制备大尺寸CT扫描试样,构建了沉渣空隙三维重构模型,定性分析了沉渣空隙尺寸和空隙连通性,发现沉渣空隙尺寸大且连通性好;其次,采用自主研制的盐矿水采沉渣储气试验装置,利用不溶物小颗粒和夹层垮塌大尺寸块体混合堆积样品进行注气排卤试验,测定注气排卤前后沉渣空隙率,分析了沉渣空隙率变化的原因;最后,建立沉渣空隙体积预测模型,提出了盐腔采动空间和沉渣可排卤水体积的计算公式。通过考虑盐层不溶物小颗粒连续堆积,又考虑夹层垮塌大尺寸块体无序堆积,计算了沉渣堆积体积及可排卤储气体积,计算结果与现场采卤数据吻合较好。该研究可为评价低品位、多夹层盐矿沉渣空隙储气能力提供参考。     

光纤位移传感器在盐岩地下储气库群模型试验中的应用

为了研究盐岩地下储气库群运行过程中注采气压变化对洞周围岩变形的影响,设计开发了一种基于光纤布拉格光栅技术的棒式光纤位移传感器,并将其成功应用在盐岩地下储气库群模型试验的位移监测中。试验结果表明,注采气压速率是影响盐岩储气库运营安全的重要因素。采气过程中洞周出现径向收敛位移,该位移随采气速率和时间的增加而增加;注气过程中洞周出现扩张位移,该位移随注气速率和时间的增加而增加。空间上,气压变化对洞腔腰部位移影响最大。为了保证储气库运行安全,应控制注采气速率。针对所研究工程原型,建议储气库的最大采气速率应小于0.65 MPa/d,最大注气速率应小于0.75 MPa/d。     

基于改进的Mogi模型对樟树盐矿采空区地面沉降的分析

樟树现代医药物流中心项目区周边采卤井引发的地面沉降是关系到项目区能否投入建设的关键问题。Mogi模型是基于半无限空间弹性理论的地面沉降预测模型,而盐矿采空区地表沉降变形的主要诱因是地下腔体体积的蠕变收缩,通过引入稳态蠕变阶段盐溶腔体积收缩解析解,对Mogi模型进行改进,并应用于项目区的地面沉降预测,利用沉降叠加的方法获得采卤井群诱发地面沉降发展趋势。结果显示：樟树医药物流中心周边卤井群蠕变引发的地面沉降及地面倾斜均在地基基础设计规范要求范围内;随着与井群距离的增大,项目区内地面倾斜呈现先增大后变小的趋势。同时,利用改进的Mogi模型得到的地面沉降和地面倾斜与相同条件下数值模拟沉降结果有着良好的相似,改进的Mogi模型为盐矿采空区及盐穴储气库的地面沉降分析提供了一种准确、快速的方法。     

盐岩储气库适用性评价标准的研究

目前国内还没有对盐岩储气库的适用性提出全面的评价标准。在研究地下储气库失事案例之后,提出了储气库适用性评价标准（ESAGSRS）。该标准分为稳定性和密闭性两方面。稳定性从储气库顶和底板的性质、盐岩层及夹层的性质、夹层与盐岩层交界面的性质、溶腔最大与最小运行压力及注采速率、溶腔形状及矿柱距离5方面进行评分;密闭性则从储气库的固井技术、套管的性能、套管阀门的性能、溶腔压力、顶板性质、夹层性质、盐岩的渗透条件、夹层与盐岩层交界面的刚度比,地质构造条件等方面进行评分。将稳定性与密闭性的得分按比例相加,用所得总分来评价储气库的适用性。该标准较为全面地考虑了各种因素,可为工程实践提供一定的参考价值和理论支持。     

变权和相对差异函数在盐穴储气库腔体稳定性评价中的应用

盐岩地下储气库腔体以钻井水溶方式开采,溶腔形态可见性差、形态发展可控性难度高,针对畸形溶腔进行科学的稳定性评价是保证其安全运营的重要手段。将变权和相对差异函数理论引入到盐岩溶腔的安全评价中,建立适用于盐穴储气库畸形单腔的稳定性评价模型,首次以溶腔声纳测腔数据为基础,建立三维真实仿真模型并进行数值模拟,将数值模拟结果作为评价指标的评分依据,最后应用该方法对金坛储气库某腔体进行稳定性评价,并针对评价结果提出安全改善措施。研究结果表明,用变权方法对评价指标权重进行处理后得到的结果更加合理,通过将该方法与其他安全评价方法计算结果进行对比,证明了该模型在盐岩储气库畸形溶腔的稳定性评价中具有较好的适用性。     

盐岩储气库运营期失效概率分析研究

随着能源地下储备的日益迫切需求,越来越多的盐岩地下储库开始投入使用。盐岩地下储库因其良好的使用功能,愈发被世界各国所采用。因此,对盐岩储气库运营期的安全稳定性研究具有重要的理论意义和工程应用价值。运营期间,储库腔体将受到随时间变化的储气内压的作用,同时,客观存在的诸多不确定性因素不可避免地使盐岩地下储库具有一定的风险性,而由于这种不确定性很难采用确定性方法对其进行研究。以金坛盐岩地下储气库为例,基于有限元软件ANSYS,建立储气库运营期腔体内压-时间历程曲线,对储气库长期流变进行了瞬态力学分析,并基于随机力学分析方法,以体积收缩作为风险控制指标,利用ANSYS-PDS得出储气库在整个运营期失效概率的变化规律。计算表明,在周期性变化的储气内压作用下,腔体位移呈波浪线形不断增长,但增幅逐渐降低;同时,储气库失效概率呈现先慢速增长再快速增长最后逐渐趋于稳定的变化规律。探讨了注采气速率对储气库稳定性的影响,适当降低注采速率可抑制腔体收缩,有利于提高储气库的稳定性。对类似盐岩储库运营期风险分析与评估具有借鉴意义。     

盐岩地下储气库注采气套管运行安全的物理模型试验研究

注采气套管结构是保证盐岩地下储气库注采气正常运行的重要枢纽,在盐岩地下储气库运行过程中,套管混凝土环极易因储库蠕变体积收缩而产生受拉破坏。因此,为了解套管混凝土环的受力和变形特性,采用三维地质力学模型试验技术,对江苏金坛盐岩地下储气库开展了不同采气速率、不同采气内压、储库失压等风险因素影响下的套管运行过程的物理模型试验,通过三维地质力学模型试验较好反映出储气库套管混凝土环的受力和变形特性。研究表明：（1）套管混凝土环的轴向拉应变随采气速率的增加而增大,为保证套管的运行安全,建议储气库的最大采气速率不超过0.65 MPa/d;（2）套管混凝土环的轴向拉应变和套管所受蠕变挤压应力随套管鞋离腔顶距离的减小而增大,为保证储气库运行安全,套管底部距离储库腔顶的距离应大于10 m：（3）套管所受蠕变挤压应力随采气内压的减小而显著增大,储气库的最低运行气压应大于3 MPa,并应最大限度地防止储气库出现失压事故。     

盐岩储气库注气排卤期剩余可排卤水分析

地下盐穴溶腔注气排卤过程中天然气和卤水共存,排卤管进入到卤水的深度及排卤速率决定了天然气是否会被卤水带出地表,如何调整后期排卤速率,降低排卤过程中带出天然气的风险,是注气排卤过程中的施工技术难题。针对该问题,采用流场分析理论对注气排卤后期盐岩储库腔底流场进行了模拟分析,得到排卤管外壁卤水向下流速;根据天然气气泡在卤水中的运移速率,分析确定了注气排卤后期不同剩余卤水深度下的安全排卤速率,为施工后期注气排卤速率调整提供了技术支撑。     

金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟

盐穴储气库作为油气储气库的主要类型之一,已经在发达国家普遍采用。随着“西气东输”工程的进行以及天然气工业的不断发展,我国将会有更多的盐穴地下储气库建成并投入运行,因此怎样科学合理地分析盐穴储气库的稳定性已显得越来越重要。利用国际上著名的有限差分软件FLAC3D,对金坛盐矿某区老腔1号井、2号井建库完成后的腔体稳定性以及腔体蠕变规律进行了数值模拟,模拟结果表明,储气库在运行期间,流变会引起溶腔体积的减少,溶腔内压对储库的体积减少有直接的作用。并且利用该软件确定了储气库的运行压力在6 MPa～14.5 MPa之间,溶腔的体积缩小率在22 %以内,为储气库的修建及管理提供了指导依据。     

盐岩储气库蠕变损伤分析

通过对盐岩本构关系的实验研究,对Norton Power 盐岩蠕变本构模型引入损伤变量,在损伤等效应力中引入考虑偏应力和围压影响的函数,建立了一种能反映盐岩蠕变和加速蠕变的本构模型。通过对某盐矿盐岩实验数据进行拟合,获得了本构模型的参数,理论曲线与实验曲线吻合得较好。通过三维数值模拟方法,应用该本构模型对某盐矿天然气储存库进行了数值模拟研究,探讨了该盐矿盐岩储气库最低内压工况下,腔周损伤区的扩展、变形规律及最长持续运行时间。研究结果表明：（1）盐岩本构模型在盐岩加速蠕变期具有较好的数值稳定性;（2）在最低运行压力下,腔周盐岩进入加速蠕变期后,储气库损伤区的扩展速度非常快,储气库最危险部位位于腔体顶部;（3）腔周盐岩进行加速蠕变期后,盐岩的腔体体积收敛变形主要表现为损伤蠕变体积收敛,稳态蠕变体积收敛趋于稳定;（4）该盐矿盐岩储气库在该压力下最长持续运行时间约为3个月。     

层状盐岩中储备库油气渗漏风险的故障树分析

油气渗漏是盐岩地下储备库事故的重要类型之一,具有突发性强、损失难以估计的特点。针对国内层状盐岩中储备库运营过程中的油气渗漏风险进行分析,揭示了油气渗漏事故的发生机制并建立了相应的故障树模型。通过对该模型的分析,找出了事故发生的各基本致因事件和故障模式,并得出适用于典型层状盐岩储备库油气渗漏事故的发生概率公式。分析结果表明,国内层状盐岩中储备库发生油气渗漏事故的可能故障模式有28种,且发生条件易于满足而难于防范,因此事故发生的可能性较大;按照各基本事件结构重要度的计算结果,盐岩强度低、盐岩蠕变过量、附近有断层、地震、造腔参数控制不当、非均匀地应力、人为操作失误等是层状盐岩中储备库油气渗漏事故的主要致因事件,并据此提出有效措施防止事故发生;通过专家调查法和故障树法的综合分析得出,金坛盐矿5口老腔储库在近10年的运营期内发生油气渗漏事故的概率为0.703%,属于偶发性事故。     

盐穴储气库破坏后地表沉陷规律数值模拟研究

地下盐穴储气库在天然气调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用。地下盐穴储气库达到设计年限后,将报废而逐步垮塌,必然引起严重的地表沉陷。因此,对盐穴储气库破坏后地表沉陷规律进行研究具有十分重要的意义。考虑到目前的数值分析软件进行地表沉陷分析的不足,开发了用于盐穴储气库破坏后地表沉陷数值模拟的有限元专用软件-2D-Sink,该软件具有处理破碎岩块的能力。应用2D-Sink对盐穴储气库破坏后引起的地表沉陷规律进行了系统的研究,共建立了6种模型进行数值模拟,分别研究了地表沉陷层理效应、地表沉陷的岩层倾斜效应、地表沉陷的断层效应和多盐穴地表沉陷规律。对多溶腔地表变形曲线与单溶腔叠加的地表变形曲线进行比较,验证了地表沉陷叠加原理的正确性。研究成果为盐穴储气库报废后地表沉陷灾害控制提供了理论基础。     

岩盐中不溶物含量对储气库腔体有效空间大小的影响

主要研究了岩盐不溶物含量对岩盐储气库水溶建腔有效空间大小的影响。根据水溶建腔机理,建立岩盐储气库水溶建腔数学模型,通过岩盐溶腔数学模型,分别对岩盐中不溶物含量不同的地层条件下,岩盐储气库水溶建腔进行动态模拟数值计算,综合分析岩盐中不溶物含量对岩盐储气库水溶建腔的影响规律。     

工业废气二氧化碳的地下储藏研究

为解决二氧化碳对地球环境的影响,通过水力捕集、溶解捕集和矿物碳化等机制,可将二氧化碳储藏在地下。利用地质媒介存储二氧化碳的方法有：用二氧化碳来强化油气开采;将二氧化碳注入废弃的油气田;用二氧化碳取代煤层中的甲烷;将二氧化碳注入深蓄水层;将二氧化碳存储在盐洞中。现实技术已证明这些方法的可行性。     

Analyses of gas storage capacity in unlined rock caverns

Summary Groundwater control is a means of ensuring that no gas leakage occurs from unlined rock storage caverns. To achieve a better understanding of the principles of gas containment under groundwater and how to obtain maximum gas storage capacity, analyses of groundwater conditions surrounding storage caverns and the effects of different factors on gas storage capacity have been performed and are reported in this paper. The analysis results indicate that the critical gas pressure of a storage facility is considerably less than the natural hydrostatic pressure around the caverns and somewhat less than the water curtain pressure. High gas storage capacity can be obtained by optimizing the design of cavern configuration, water curtain layout, cavern depth, etc. The principles of such optimization are outlined in this paper.     

长江经济带岩盐矿特征与盐穴储库适宜性评价

长江经济带包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川、重庆、云南和贵州11个省(直辖市),是我国重要的经济发展区域,油气资源长期安全可靠的储存对于该区经济可持续发展至关重要。基于长江经济带战略油气储库基地建设规划布局的需求,在充分收集利用前人地质调查和研究成果的基础上,对区内岩盐矿床进行了综合研究和分析,建立了层次结构模型,评价了盐穴油气储库建设的可行性。长江经济带除上海和贵州外,其余9省(直辖市)均发现了大量的岩盐矿床,主要成盐时代为震旦纪、三叠纪、白垩纪和古近纪; 成盐盆地范围0.29~10 000 km²,盐层累计厚度3~1 050 m,矿体埋藏深度40~3 400 m; 矿石中NaCl含量20%~99.86%; 矿体顶底板及夹层岩石主要为泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩。地质调查揭示出区内大部分地下盐穴远离地震活动带,构造稳定,因此可以改造为石油储库。考虑储气库的密闭性及安全性,江苏金坛盆地等6个盐矿埋深适中,建穴地质条件较好,适合建造储气盐穴库; 江苏淮安等14个盆地的局部地区适合建造天然气储库; 重庆垫江等11个盐矿埋深较大,可以建造储气盐穴库,但建造成本较高; 湖南澧县等21个盐矿埋藏偏浅,应选择更深部的盐层空间建造油气储库。建议在江苏金坛、淮安、赵集和丰县,江西清江和会昌,湖北云应、天门小板和潜江等盐矿地区优先开发利用盐穴。     

长江经济带岩盐矿特征与盐穴储库适宜性评价

长江经济带包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、四川、重庆、云南和贵州11个省(直辖市),是我国重要的经济发展区域,油气资源长期安全可靠的储存对于该区经济可持续发展至关重要。基于长江经济带战略油气储库基地建设规划布局的需求,在充分收集利用前人地质调查和研究成果的基础上,对区内岩盐矿床进行了综合研究和分析,建立了层次结构模型,评价了盐穴油气储库建设的可行性。长江经济带除上海和贵州外,其余9省(直辖市)均发现了大量的岩盐矿床,主要成盐时代为震旦纪、三叠纪、白垩纪和古近纪; 成盐盆地范围0.29~10 000 km²,盐层累计厚度3~1 050 m,矿体埋藏深度40~3 400 m; 矿石中NaCl含量20%~99.86%; 矿体顶底板及夹层岩石主要为泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩。地质调查揭示出区内大部分地下盐穴远离地震活动带,构造稳定,因此可以改造为石油储库。考虑储气库的密闭性及安全性,江苏金坛盆地等6个盐矿埋深适中,建穴地质条件较好,适合建造储气盐穴库; 江苏淮安等14个盆地的局部地区适合建造天然气储库; 重庆垫江等11个盐矿埋深较大,可以建造储气盐穴库,但建造成本较高; 湖南澧县等21个盐矿埋藏偏浅,应选择更深部的盐层空间建造油气储库。建议在江苏金坛、淮安、赵集和丰县,江西清江和会昌,湖北云应、天门小板和潜江等盐矿地区优先开发利用盐穴。