地下石油储库裂隙网络模型与水幕优化评价

摘要

石油是一个国家经济发展的命脉，持续稳定的石油供给才能保证经济与社会的可持续发展。我国经济正处在高速发展时期，对石油的需求也在日益增大。建立和完善石油储备体系才能保证满足国内石油供应并应对突发事件。地下水封石油洞库具有安全性高、库存量大、节约用地、节省投资等优点，是石油储备的优选方案，对其进行大规模推广应用在我国能源储备战略上具有必要性和紧迫性。作为地下水封石油储库的重要组成部分，水幕系统通过围岩裂隙为储油洞室提供了较高的地下水压和地下水补给，保证了储油洞室的密封性。地下水封石油洞库建设和运营的关键在于分析围岩裂隙对储油洞室渗流场的影响，并对水幕系统进行优化设计，最终利用地下水渗流特性保证洞室密封性。因此，开展裂隙网络建模及储油洞室水封性研究具有深远的工程意义和科研价值。
　　本文依据青岛黄岛地下水封石油储库工程，建立了基于蒙特卡洛方法的裂隙网络模型，研究了裂隙网络对洞室围岩渗透性的影响，并建立洞室模型进行了水幕孔参数和布置方式的优化设计。主要研究内容如下:
　　(1)建立了基于蒙特卡洛方法的裂隙网络建模方法，并在MATLAB中编写二维裂隙网络模型生成程序，分析了建模时模型有效分析区域。
　　(2)对不同几何特征参数的多组裂隙网络模型进行数值模拟，分析密度、迹长、张开度和方向角等裂隙几何参数对裂隙网络模型渗透性的影响。
　　(3)分析裂隙几何特征参数对REV和等效渗透张量的影响;基于黄岛地下水封洞库裂隙参数，建立相应裂隙网络模型，并对岩体REV和等效渗透张量进行计算。
　　(4)以黄岛地下石油储库为背景，通过对地下洞室涌水量、达西速度和压力分布的变化分析，研究了水幕孔的间距、角度、压力、长度对于水幕系统水封效果的影响。
　　(5)针对裂隙面的不同倾向、倾角、间距，采用水平和竖直两种水幕孔布置方式，建立了三维洞室模型，分析了裂隙面参数对储油洞室水封效果的影响和水幕孔布置方式的有效性。
　　(6)通过建立不同渗透主方向的二维洞室模型，分别采用水平、竖向和斜向水幕孔，分析渗透主方向对洞室水封效果的影响，并提出了不同水幕孔布置方式的适用条件。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 裂隙岩体渗流模型研究现状

1．2．2 地下水封石油储库研究现状

1．3 本文研究内容及技术路线

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 创新点

1．3．3 技术路线

2．1 前言

2．2 裂隙几何参数分布

2．2．1 裂隙产状概率分布

2．2．2 裂隙面间距概率分布

2．2．3 裂隙面规模概率分布

2．2．4 裂隙面张开度概率分布

2．3 模型有效区域分析

2．3．1 迹长对交点数的影响

2．3．2 方向角对交点数量的影响

2．3．3 生成区域边长对交点数的影响

2．4 裂隙网络模型的建立

2．4．1 裂隙生成的基本条件

2．4．2 裂隙网络模型生成

2．4．3 模型算例

2．5 本章小结

3．1 前言

3．2 裂隙网络模型建立

3．3 参数敏感性分析

3．3．1 裂隙密度影响

3．3．2 裂隙迹长影响

3．3．3 裂隙张开度影响

3．3．4 裂隙方向角影响

3．4 本章小结

4．1 前言

4．2 等效渗透张量计算

4．3 裂隙网络模型REV分析

4．4 裂隙网络模型REV工程应用

4．5 本章小结

5．1 前言

5．2 模型建立

5．3 水幕孔间距的影响

5．4 水幕孔压力的影响

5．5 水幕孔长度变化影响

5．6 水幕孔倾角变化影响

5．7 水封薄弱处

5．7．1 储油洞室轴向分析

5．7．2 储油洞室洞周分析

5．8 水幕孔参数的优选

5．9 本章小结

第六章 孔隙-裂隙介质水幕设计优化与评估

6．1 前言

6．2 模型建立

6．3 裂隙面倾角的影响

6．3．1 水平水幕孔

6．3．2 竖向水幕孔

6．4 裂隙面间距变化影响

6．4．1 水平水幕孔

6．4．2 竖向水幕孔

6．5 裂隙面走向变化影响

6．6 本章小结

第七章 渗透张量对水幕设计的影响

7．1 前言

7．2 模型建立

7．3 水封效果分析

7．3．2 渗流主方向为45°时水封效果

7．3．3 渗流主方向为90°时水封效果

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文