盐岩地下储库围岩界面变形与破损特性分析

鉴于盐岩地下储库界面对储气（油）库稳定性和密闭性的重要影响,分别从细观和宏观方面对其变形与破损特性开展研究。细观方面：开展含界面盐岩的电镜扫描试验,分析表明：盐岩与夹层界面处颗粒结合紧密、相互嵌合,胶结良好,为储库密闭性提供有利条件。宏观方面：基于复合岩体理论构建层状盐岩交接界面的应力表达式,进而分析界面的变形及破损特性。分析表明,界面附近应力状态极为复杂,硬夹层对盐岩体具有约束锚固作用,且界面处易产生应力集中,进而诱发储库围岩体裂纹扩展直至破坏。综合细观、宏观分析表明,裂纹起裂机制和渗透通道形成是界面的细观结构特性及其应力状态共同影响的结果。研究成果为进一步分析地下盐岩储库的稳定性和密闭性提供一定参考。     

江汉盆地潜江凹陷潭口地区潜江组盐构造类型及成因机制探讨

潜江凹陷位于江汉盆地的中部,潭口油田靠近潜北大断层.通过勘探开发,根据测、钻井资料及生产动态数据发现,该区地层厚度在短距离内发生较大变化,砂体间的侧向连续性差,范围小.该地区盐岩十分发育,根据地震剖面以及盐层的发育,分析该地区产生一系列盐构造的类型,分别有盐层滑脱带以及滑脱断层、盐隆构造、盐辟构造等几种类型.该地区的盐构造的成因机制主要为走滑作用,根据盐构造的类型,成因机制可分为盐层滑脱作用、盐层隆升作用以及盐层刺穿作用.将盐构造的演化分为3个阶段,分别为荆沙组盐构造孕育期、潜江组潜四-潜三段盐构造生成期、潜江组潜二段-荆河镇组盐构造定型期.盐岩的发育以及盐构造的形成,在一定程度上导致目的层砂体侧向连续性差,油层展布范围小,对油气成藏产生影响.     

江汉盆地潜江凹陷潭口地区潜江组盐构造类型及成因机制探讨

潜江凹陷位于江汉盆地的中部，潭口油田靠近潜北大断层.通过勘探开发，根据测、钻井资料及生产动态数据发现，该区地层厚度在短距离内发生较大变化，砂体间的侧向连续性差，范围小.该地区盐岩十分发育，根据地震剖面以及盐层的发育，分析该地区产生一系列盐构造的类型，分别有盐层滑脱带以及滑脱断层、盐隆构造、盐辟构造等几种类型.该地区的盐构造的成因机制主要为走滑作用，根据盐构造的类型，成因机制可分为盐层滑脱作用、盐层隆升作用以及盐层刺穿作用.将盐构造的演化分为3个阶段，分别为荆沙组盐构造孕育期、潜江组潜四-潜三段盐构造生成期、潜江组潜二段-荆河镇组盐构造定型期.盐岩的发育以及盐构造的形成，在一定程度上导致目的层砂体侧向连续性差，油层展布范围小，对油气成藏产生影响.     

地下盐岩储库泄漏事故统计分析及启示

鉴于我国盐岩储库建设暂处于发展上升期,为保障储库在运营过程中的密闭安全特性,调研了国内外近50a内盐岩储库的泄漏事故,并对储库泄漏进行了泄漏原因分析、统计和分类。统计分析结果表明:盐岩储库密闭性影响因素众多,其中井筒套管破损、盖夹层密封性失效和地表装置损坏共占所有事故原因统计的80%。泄漏原因可归纳为地质因素、工程因素、人为失误和交叉因素四个方面,除地质因素以外,余下的泄漏因素均可在设计和运营阶段加以考虑和规避。此外,对于我国普遍存在的层状盐岩储库而言,应重点分析夹层和盖层对储库密闭性的不利影响,避免发生夹层渗漏和盖层被突破失效事故。     

盐岩地下储气库风险分级机制初探

能源储备是国家重大战略需求,目前国内已经开始大规模兴建盐岩能源地下储库群,由于国内的盐岩储库地层具有埋深浅、盐层薄、夹层多、品位低等特点,导致建库难度大、运行风险高,因此,开展盐岩地下油气储库风险分析研究具有重要的理论意义和工程应用价值。针对国内盐岩地下油气储库现状,在风险分析中引入功能设计理念,以体积收缩率作为储库运营期风险的单项分级指标,初步提出了地下油气储库运营风险分级机制的基本方法,以国内某盐岩地下储气库为例,通过流变计算获得不同储气内压变化条件下,储库风险随时间的变化规律,较好地验证了所提方法的合理性和有效性。     

盐穴储气库微渗层注浆封堵试验研究

我国盐穴地下储气库大多建造在具有不同渗透性的层状盐岩地层中,因此保证储库拥有良好的密闭性至关重要。针对盐穴井筒“裸眼段”意外跨越微渗地层而导致储气库密闭性失效的问题,自主研发了渗漏地层注浆封堵试验平台,并结合现场地质渗漏情况设计了注浆封堵可行性试验方案。在确定了兼具流动性和填充密实性的浆液配合比后,开展了超细水泥封堵岩芯的试验研究。结果表明,超细水泥可以有效填充岩芯孔隙并降低其渗透率,注浆后岩芯孔隙率和渗透率降幅分别达到近16%和95%。封堵试验数据显示浆液封堵范围与注浆时间呈幂函数关系,浆液流型满足幂律流,而非牛顿流。该研究成果可为盐穴储气库微渗地层注浆封堵提供必要的理论和试验依据,对类似密闭性失效井筒的二次利用具有重要意义。     

盐岩地下油气储库运营期风险的故障树分析

盐岩以其良好的蠕变特性、低渗透性和损伤自我恢复性而被广泛用于地下油气能源储备,虽然目前国内外对盐岩力学特性的研究成果较多,但关于盐岩地下油气储库风险分析的研究报道却尚不多见。为了探讨盐岩地下油气储库运营期的风险机制,以江苏金坛盐岩地下油气储库为示范工程,对储库运营期的风险因子进行了辨识。应用故障树分析方法对储库运营期事故进行研究,建立了储库运营期腔体失效、地表沉陷、油气渗漏的故障树模型。通过对运营期故障树最小割集和结构重要度的分析,将储库运营期的风险因子按其影响程度进行了排序,并对故障树分析方法进行了评价,所得结论为进一步开展储库风险评估与控制提供了指导意见。     

基于正交试验设计的层状盐岩地下储库群多因素优化研究

目前国内正在大规模兴建盐岩地下储库群,其规划设计阶段可优化因素较多,且各因素影响程度不同,选取椭球形腔体几何分布形式、矿柱宽度和夹层位置3个主要因素进行了综合优化研究,旨在分析3个因素的敏感性影响程度,并确立储库群最优形式。对3个因素分别设立3个水平,运用正交试验设计原理,确立了9组试验方案,进行了相关数值模拟试验。评价层状盐岩地下储库群时选用经改进的位移、应力试验指标,基于试验结果运用正交试验法中的极差分析和方差分析对3个因素进行详细分析。结果表明,3个因素中夹层位置影响最显著,矿柱宽度居次,椭球形腔体几何分布形式影响最弱;最优储库群形式为邻腔夹角60°的分布形式、2.0D矿柱宽度、夹层分布在腔体上部1/4H（H为腔体高度）位置。     

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。     

Stability and tightness evaluation of bedded rock salt formations for underground gas/oil storage

The presence of interfaces has a critical influence on the stability and tightness of underground gas/oil storages. In China, these energy storages are constructed mainly in bedded salt formations and are widely distributed. Therefore, it is necessary to study the sedimentary rhythm and mechanical characteristics of the interfaces between beds. The petrologic study of core samples from exploratory wells in Yunying Salt Mine, Hubei Provence, China, reveals a sedimentary rhythm and multiple interfaces of bedded salt formations: (1) Mudstone–anhydrite–glauberite–Glauber’s salt–salt rock–mudstone are periodically deposited in sequences. Chemical deposition, the predominant formation mechanism, and mechanical deposition appear alternately and result in the formation of sedimentary multicycles; (2) depending on whether a certain component of the rhythm is lacking or not, interfaces are divided into sequential depositional interfaces and intermittent depositional interfaces. Depending on the deposition frequency, interfaces can also be classified into dominant interfaces and secondary interfaces. Depending on whether the mineral composition changes gradually or abruptly, interfaces can be divided into gradual transition interfaces and discrete discontinuous interfaces. Based on the classification of the interfaces together with scanning electron microscope analyses, the cementation state and strength of the interfaces are discussed. Both field investigations and laboratory tests show that the strengths of the chemical deposition interfaces are higher than those of the mechanical deposition interfaces. Specifically, interfaces of mudstone and rock salt are mostly weak. Taking into account the presence of weak interfaces, the strength of interbedded salt formations around caverns can be represented by a U-shaped lower-bound strength envelope curve, which means that shear failure may occur more easily at the haunches of the cavern. Therefore, when setting the range of the internal operating pressures, more attention should be paid to the shear strength of the weak interlayers and weak interfaces, in particular those at the haunches of the cavern, to ensure the stability and tightness of underground gas/oil stores.     

盐岩储气库最佳采气速率数值模拟研究

由于已采盐矿存在着大量的采卤溶腔群,对采卤溶腔群进行改造作为天然气储存库使用,能有效缩短储气库的建设周期,并消除采卤溶腔对环境带来的不利影响。基于盐矿地质资料、盐岩的力学试验及本构关系分析,对作为西气东输储气库使用4口采卤溶腔群进行了研究,通过三维数值模拟方法研究了该溶腔群在不同采气速率下盐腔周的应力状态和体积变形规律,并通过分析,对该溶腔群的最佳采气速率得出了有益的结论。     

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。     

含倾斜夹层盐岩体变形与破损特征分析

为了研究含倾斜非盐夹层盐岩体的变形与破损特性,开展了含倾斜夹层盐岩试样的单轴、三轴压缩试验,并结合复合岩体破坏的理论分析,探讨了界面黏结应力的变化规律及其影响因素,揭示了倾斜层状盐岩体变形与破坏特征及其机制。研究表明,倾斜夹层对盐岩体的变形与破损具有显著影响。夹层各部破损形式与其所处位置有关;裂纹在界面处最先萌生、进而扩展到夹层和盐岩层;试验观察到盐斑的穿晶断裂现象并揭示了其力学机制;夹层厚度影响着盐岩体整体性能和破损特性,相对于薄夹层、中厚夹层更容易形成宏观裂纹;围压作用减少了夹层不同部位的破裂形态差异及界面黏结应力差异。该结果为含地层倾角盐岩矿区储气库的造腔优化及其稳定性、密闭性分析提供了理论参考,建议造腔前应优选地质层段,以同时满足稳定性和密闭性要求。     

基于层次分析法的盐穴储气库选址评价方法研究

随着我国盐岩地下储气库大规模兴建的开始,如何对各目标盐矿区进行储气库库址的评价和优选已成为国内储气库建设面临的首要问题。在对盐穴储气库选址的影响因素进行详细归类和分析的基础上,应用层次分析法建立盐穴储气库选址综合评价体系的目标层次结构模型,并结合专家调查法,确定了该模型中18项基本指标在整个选址评价体系中所占的权重。综合本领域专家的意见和相关的理论研究成果,提出了选址体系中各基本指标的适宜度等级划分标准,以及库址综合适宜度等级评价标准,综合各指标的权重计算结果,建立了目标库址综合建库适宜值P的计算公式,为我国盐穴储气库库址的评价和优选提供了可行方法和理论依据。将该方法应用于湖北云应盐矿的盐穴储气库库址评价中,评价结果与专家论证意见一致,表明了该方法的合理性。     

利用废弃石膏矿储存原油可行性分析

随着我国能源消费的急剧增加,原油储备的建设已经刻不容缓,目前国内外常用的原油储存方式为地面油罐储存,其技术成熟、建设周期较短、全世界已经建设有大量的地面原油罐,而另外一种储备型式地下存储原油,则是近年来国内兴起的一种新兴石油储备方式。国内目前一般都选则花岗岩体作为建库岩体,采用此方法建设地下洞库对岩石条件限定较严格,目前国内在建的几座地下洞库都分布于东部沿海花岗岩地区。本文主要研究利用废弃石膏矿存储原油的可行性,通过对国内某石膏矿区的工程地质特性、水文地质特性、围岩稳定性分析、室内原油浸泡试验、原油储备综合分析等综合手段研究,初步得出了该石膏矿区具有较好的地质条件; 场区区域稳定性好无断层通过,石膏矿体平均厚度为458.42m,石膏矿岩样的单轴饱和抗压强度平均为55.45MPa、石膏矿体的岩体质量为Ⅱ级,采房及各种巷道围岩稳定,石膏矿吸水率范围在0.014% ～0.036%,吸油率范围在0.060% ～0.083%。同时石膏矿储备原油具有节约土地、投资省、运营定员少、安全性高、环保污染少、使用寿命长等特点。通过以上研究,本文得出该石膏矿区已经具备建设地下原油储备的基本地质条件。     

高精度重力测量在云南勐腊地区某岩盐矿勘查中的应用

云南勐腊地区某岩盐矿进行了1∶50 000高精度重力测量,通过分析重力异常,并反演了穿过异常中心的1条地震剖面以及岩盐体顶底界面,与已知钻孔资料一致,表明反演的可靠性。通过重力异常及反演,结合地质解释推断岩盐体的成因及规模,为下一步勘探评价提供了依据。