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。     

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。     

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。     

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     

界面倾角对复合层状物理模型材料力学特性的影响研究

针对我国层状盐岩的地质赋存特征,开展了层状模型材料的三轴压缩试验,探讨了界面倾角对层状交互模型材料试样的应力-应变曲线、压缩强度、弹性模量、峰后应力跌幅和破坏形态的影响,并对不同界面倾角试样的破坏形态进行了理论分析。分析结果表明,（1）三轴峰值强度随界面倾角的增大呈先减小后增大的变化趋势,60°时取得最小值,90°时取得最大值;（2）弹性模量随界面倾角的增大而增大,刚开始随角度增大而增大的趋势很平缓,倾角接近90°时增大趋势明显,0°时取得最小值,90°时取得最大值;（3）随界面倾角增大,峰后应力跌幅先减小后增大,30°最小,90°最大;（4）破坏形态随界面倾角增大依次呈现出共轭剪切（0°）、沿弱面的剪切破坏（30°和60°）和剪切-局部劈裂破坏形态（90°）三种破坏模式;（5）储库腔顶和腔底部位强度较高,但脆性很强,须采取一定措施控制这些部位的变形和位移,腔体30°和60°的腰部部位及附近强度较低,塑性变形能力较强,须对储库形状和运营压力进行精细设计。针对试验结果进行的理论分析,可为进一步分析层状盐岩地层中储库的围岩稳定性和局部破损特性提供一定参考。     

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。     

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。     

层状盐岩体的三维Cosserat介质扩展本构模

考虑到深部地下岩土工程一般是较复杂的三维问题,在层状盐岩体二维Cosserat介质扩展本构模型基础上,针对不同岩层交替而成的互层盐岩体,建立了宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型,并给出了模型的初步试验验证。该模型既能分析硬（软）夹层对层状盐岩体刚度的强化（弱化）作用,又能考虑由于夹层的存在而导致的层状盐岩构造体宏观意义下力学特性的各向异性,为层状盐岩体及其他层状介质变形和破损分析提供了一种新的思路和方法。该模型可直接推广到非线性问题。结合数值分析软件可进行层状介质体内复杂洞室稳定性分析。     

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。