平顶山盐田互层状盐岩蠕变特性与试验模型研究

地下盐穴储气库围岩变形机理是地质可储性的关键问题。针对平顶山盐田盐层薄、夹层多以及埋藏深等特征,分别采集了纯盐岩、互层状盐岩、泥岩夹层三种岩石试样,进行了不同应力水平下的单轴和三轴压缩蠕变试验。蠕变试验结果表明,单轴和三轴状态下三种试样的蠕变均呈现初始蠕变和稳态蠕变两个阶段,互层状盐岩的初始蠕变时间相对较长,稳态蠕变率处于盐岩和泥岩之间,其变形主要由盐岩层贡献,同时层间变形的不协调导致互层状盐岩在稳态蠕变阶段出现泥岩夹层的颈缩内陷和盐岩层的膨胀外突破坏现象。根据互层状盐岩的蠕变特征,建立起蠕变模型,并根据试验数据拟合出模型参数。分析结果表明,理论模型和试验数据吻合较好,拟合参数完全佐证了上述互层状盐岩的蠕变特殊性,为盐田安全建立地下储气库提供一定的参考依据。     

盐岩地下储气库泥岩夹层分布与组构特性研究

以江苏金坛地下盐岩储气库为例,在区域地质与场地工程地质条件分析的基础上,通过盐岩及夹层分布与岩性分析、泥岩夹层全岩X光衍射试验、黏土矿物X光衍射试验及定量分析、泥岩夹层的粒度试验、崩解试验及水理试验研究表明,金坛地下储气库岩盐层夹层主要为层间夹层与层内夹层,盐岩层间夹层分布稳定,厚度较大,不溶物含量高;盐岩层内夹层层数多,厚度薄,分布不均,不溶物含量低。盐岩层间泥岩夹层的主要矿物为黏土矿物,黏土矿物的主要存在形式为伊利石/蒙脱石混成矿物;泥岩夹层主要为细粒颗粒;泥岩夹层沿层理面崩解,层状开裂软化,具有微膨胀性。对于储库水溶建腔速度、成腔形状与运营期的腔体蠕变具有重要影响。     

盐岩地下储气库风险评价层次分析模型及应用

国内盐矿具有埋藏浅、盐层薄、夹层多、品位低等特点,导致盐岩地下储气库建设和运营面临诸多技术风险。在盐岩地下储气库风险因子模糊综合评价基础上,建立了层状盐岩储气库破坏、油气泄漏、地表沉降的3大事故风险层次分析模型,并构建了风险因子对3大事故影响程度判断矩阵;将建立的模型用于评价江苏金坛盐岩地下储库气的运营风险状况,确定出储气库3大事故风险因子影响权重分布和风险等级。研究结果表明：（1）储气库破坏应重点控制低压运行压力、运行时间和矿柱应力状态;（2）储气库泄漏应重点控制套管靴位置、夹层结合面滑动、高压运行压力和管道阀门受损;（3）储气库地表沉降应重点控制顶板厚度、低压运行压力和运行时间;（4）储气库破坏和泄漏属中等风险水平,储气库地表沉降属高风险水平。油气储库3大事故风险因子权重分布和风险等级的确定,为盐岩地下储气库风险调控提供了理论指导。     

盐穴储气库注采运行对邻近铁路安全影响分析

盐穴储气库作为地下天然气储存的一种主要方式,在我国油气储运行业中的重要作用日益突出。但是由于盐岩的流变特性,在储气库的运营过程中盐穴腔体体积会随着运营年限逐渐减少,从而可能引发地面沉降等一系列环境问题。针对某盐穴储气库建设工程,通过适用盐岩蠕变变形的幂指数模型对储气库运营中盐岩腔引发的地面沉降进行模拟,并对邻近铁路运营可能产生的影响进行分析。分析显示,储气库运行30年后,储气库区域沉降表现为整体的均匀沉降,无明显的地表倾斜,区域最大沉降196 mm,最大纵横向倾斜率未超过0.1 mm/m,储气库群运行所产生的区域地面沉降对铁路的运行无明显影响。     

苏北盆地层状盐穴储气库CO2封存数值模拟研究

地下盐岩溶腔是CO₂封存的有效地质体,CO₂沿盐岩软弱夹层和盐层-夹层交界面泄漏是制约地下盐岩溶腔CO₂安全封存的关键。以苏北盆地金坛地区CO₂盐穴储气库为研究对象,建立了层状盐穴储气库CO₂封存的流-固耦合数学模型,分析了盐岩及泥岩夹层中CO₂运移泄漏规律及其对CO₂安全封存的影响,并探讨了盐岩及泥岩夹层渗透率的动态响应特征。结果表明：渗透率是决定盐岩层中CO₂运移速率和泄漏范围的关键,在其影响下,相同封存时间内泥岩夹层中CO₂运移速率和影响范围远大于盐岩,但随封存时间延长,盐岩和泥岩夹层中CO₂运移速率和压力增幅均呈降低趋势,并随着CO₂压力传播至模拟边界而趋于稳定。渗透率动态变化是上覆地层压力负效应与盐岩层中CO₂压力正效应共同作用的结果,并受盐岩和泥岩夹层力学性质的影响。CO₂封存时间<3 ...     

多夹层盐矿地下储气库气体渗漏评价方法

我国盐穴地下储气库一般建设于富含泥质夹层的湖相沉积盐岩中,由于泥质夹层的孔隙率和渗透率均大于盐岩,因此其渗透性能对储气库的密闭性起控制作用。夹层的沉积特性一般沿水平展布,据此建立多夹层盐穴储气库渗漏分析理论模型。依据某储气库泥岩夹层的孔渗测试数据,并结合实际运行参数进行天然气渗漏计算。再利用以上研究成果分析气体渗漏范围和泄漏量的影响因素及变化规律,并对储气库选址及设计中的几个关键参数展开适用性评价,如储库离盐矿边界及断层的安全距离、相邻储气库安全矿柱宽度等。研究表明：泥质夹层孔隙压力的变化趋势表现为沿径向先急剧降低,而后趋于稳定;某时刻气体渗流范围和泄漏量由夹层渗透参数、渗透介质以及初始孔隙压力共同决定;渗流的影响范围随着时间的增加而逐渐增大,最终也趋于稳定。研究结果可为多夹层盐穴储气库选址、设计及密封性评价提供理论和技术支撑。     

潜江地区层状盐岩天然气储库密闭性评价研究

储库的密闭性在地下能源（石油、天然气）储库可行性研究阶段及生产运行阶段都是关键问题之一。结合国内在层状盐岩地质构造中建设能源储库的实际情况,以江汉油田潜江地区盐穴储气库建设项目为工程背景,从现场气密性测试、岩石毛管压力试验、盐岩及夹层扫描电镜试验等多方面对该地区储库的密闭性进行了综合性论证。研究结果表明,江汉油田潜江地区层状盐岩构造满足盐岩溶腔型地下能源储库的密闭性要求。同时,针对该地区的密闭性综合评价对于在层状盐岩构造中修建能源储库时的密闭性论证方法提供了重要参考,并对于建立层状盐岩储库密闭性评价体系具有重要指导意义     

CSAMT与CYT联合探测法在深部盐穴储气库建设中的应用

针对深部盐穴探测问题的特殊性,结合平顶山叶县盐田储气工程,简要探讨了可控源音频大地电磁法(CSAMT)与大地电场岩性探测法(CYT)的理论基础、探测原理以及解译方法,并对试验区盐穴的几何形态、空间分布以及物性信息反馈特征展开了研究。首先应用CSAMT法进行初探,大致圈定目标体的空间范围; 其次在CSAMT法探测结果基础上选择有利地段,采用CYT法进行精探,详细圈定目标体的空间形态。探测结果表明,试验区盐穴空间形态复杂,剖面上呈现不规则的空穴群,埋深大约为 -1400～-1000m; 但单个溶腔体积较小,半径大致为8～60m。研究成果可用于指导地下盐穴储气库址的选择和建设,为我国深部盐穴探测方法和电场岩性解译提供了参考。     

地下盐穴储气库泄漏原因及防治措施研究

良好的密闭性能是盐穴储气库安全运营的基本前提,但地质赋存条件复杂、建库实践不足、理论体系不完备等均会导致盐腔遭遇各类泄漏风险。根据国内外的工程实践及事故统计,再结合盐穴储库特有的工程地质条件和运行工况,总结出三大泄漏因素（地质因素、工程因素、人为失误）和4种泄漏类型。地下盐穴储气库潜在的泄漏类型有夹层密闭性不足引起的气体近水平漏失、盖层被突破失效致使气体上窜、井筒完整性不足致使气体逃逸、夹层与断层连通致使气体流向断层。最终,依据各自的泄漏特征提出了相应的预防处置措施,以防止气体泄漏事故的发生和大范围的蔓延。由于我国盐穴储库的发展暂时处于上升期,研究结果对深部盐穴储气库的安全建设具有一定的借鉴和指导意义。     

多参数岩性地震反演在盐岩地下储气库泥岩夹层分布中的应用

金坛盐岩储气库的泥岩夹层对盐岩建腔构成了一定风险,因此如何识别泥岩夹层就成了关键问题.该区泥岩分布复杂,且受盐岩塑性影响,仅依据地震资料不能准确识别.笔者通过分析研究区的地震响应特征和测井响应特征,认为伽马测井曲线可以很好地区分泥岩夹层和盐岩层,因此将伽马曲线与地震信息建立联系,进行多参数岩性反演,并在此基础上对泥岩夹层在平面和空间上的展布特征进行预测.通过实际资料的应用表明,多参数岩性反演可以较为准确地反应出泥岩夹层的变化特征.     

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。     

盐岩地下储气库体积收敛失效概率分析与模型试验验证

盐岩地下储气库受盐岩蠕变特性影响会产生较大的体积收缩变形,影响储气库安全稳定运行。目前对地下储气库体积稳定性分析方法和评价准则各国没有统一标准,国内主要采用数值计算的方法来评价储气库体积稳定性。以江苏金坛盐矿地下储气库体积收敛数值分析为基础,借鉴国外盐岩地下储气库稳定性评价标准,建立盐岩地下储气库体积收敛失效风险评价矩阵,采用一次二阶矩法显示功能函数分析储气库体积收敛失效概率,分析得出：储气库在长期恒定内压工况下体积收敛失效概率随内压的增大而减小;在短期调峰低压工况下体积收敛失效概率随内压的减小而增大;最小内压应保持在4.2 MPa以上。通过交变气压条件下层状盐岩地下储气库大型三维地质力学模型试验得出:储气库体积收敛变形随内压的增大而减小;短期运行最小内压应大于4.0 MPa。模型试验结果与失效概率分析结论较为相似。因此,为避免盐岩地下储气库产生体积收敛破坏,应保证调峰短期最小内压在4.0 MPa以上。     

一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究

我国的盐岩层具有盐层薄、夹层多等特点,相对于大型能源地下储备库而言,层状盐岩围岩可视为交互层状介质,其工程力学特性研究是储备库稳定性评价的基础。因此,制备层状岩体模型材料并开展层状盐岩物理模拟试验是非常必要的。为此研发了一种厚度比及各岩层力学特性可调的交互层状岩体模型材料制备方法：首先设计一种薄层切割装置,对预制好的两种力学特性迥异的均质模型材料块体进行切片,再利用一种模型材料软薄层吸附平移装置将得到的两类薄层交互叠加,经过修葺、预压和养护,获得交互层状模型材料块体,最后钻孔取样获取具有不同倾角和厚度比的交互层状岩体模型材料试样。初步试验研究了厚度比、倾角等对交互层状岩体力学特性的影响,结果表明,通过该方法获得的模型材料可以较好的模拟层状岩体特性,为系统开展层状盐岩体物理模拟试验打下良好基础。     

盐岩储库区地面沉降预测与控制研究现状与展望

利用盐岩地层建设地下油气储库群已成为各国发展能源储备的重要方向,然而关于储库区地面沉降的研究至今仍处于探索阶段。由于地面沉降所造成的重大事故屡见不鲜,因此有必要集中力量研究盐岩库区地面沉降问题,为我国盐岩储库群的建设提供可靠的理论依据。本文主要从以下3个方面总结了近几十年来国内外学者在盐岩储库区地面沉降预测方面所做出的努力与成绩:(1)现场监测——法国、德国、美国先后建立了现场监测网络,获得了大量的长期监测数据;(2)理论计算——我国学者于20世纪90年代末将随机介质理论引入到盐矿水溶开采地面沉降预测中,从而为储库区地面沉降预测提供了新的理论基础;(3)数值模拟——欧洲学者利用FLAC2D程序对盐岩储库区的地面稳定性进行了数值模拟,而我国学者则利用在新概率积分法的基础上建立起的预测模型成功进行了沉降预测模拟。此外,为了有效地控制库区地面变形,预留矿柱式水溶开采法在国外众多盐岩地下储库群建设中得以广泛应用。本文最后提出在后续研究中将重点着眼于地表变形随时间的发展过程,并对现有理论模型进行适当的修正以及利用现场实测数据进一步完善预测所需参数的选取方法,从而使预测结果更为准确可靠。     

层状盐岩力学和变形特性数值试验研究

对含泥岩夹层层状盐岩力学和变形特性进行有限元分析。首先,用数值试验方法预测含泥岩夹层层状盐岩体宏观等效弹性力学参数,然后,建立层状盐岩复合体细观有限元模型,研究其在单轴和三轴压缩荷载下盐岩、泥岩以及界面细观应力应变场分布特征、应力集中问题,并将上述研究与已有的理论和试验成果进行对比。结果表明,运用细观有限元方法预测层状盐岩宏观弹性力学参数是一种直观有效的方法;泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致在层状盐岩的泥岩夹层中以及界面边缘处存在较为明显的应力集中和差异变形。单轴压缩时,泥岩体由于侧向变形能力差会受到横向拉伸应力作用而盐岩层则相应的受到横向压应力作用,三轴压缩时因围压和偏应力大小不同层状盐岩细观应力应变场分布特征则更为复杂;此方法能更为直观的分析层状盐岩的变形和破损特征,这一分析结果对进一步进行层状盐岩体内油（气）储库硐室稳定性分析提供了理论基础。     

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。