盐岩水平溶腔储库建造与运行稳定性数值模拟研究

摘要

盐岩矿床地下道意外故障的应急供气。与国外的岩床有很大的不同，我国储库的建造，是“西气东输”工程的主要配套工程，主要用于解决由于季节、气候变化导致的不平衡调峰以及管盐岩矿床具有盐岩层数多、盐层厚度薄、软弱夹层多的特点。国外普遍利用深部盐丘建造垂直型储气库，直接借鉴国外建造垂直型盐岩溶腔储库，势必会导致储库穿越较多的夹层，不仅增加了储库建造的难度和复杂程度，而且使储库的致密性与稳定性在后期运行过程中受到很大的影响。本文以在层状盐岩矿床中以水溶建腔方式建造水平储库为背景，基于某盐矿地质条件，通过FLAC3D数值模拟对水平溶腔储库建造及运行稳定性进行了模拟研究，其研究结果可对现场实践提供参考和技术支持。
　　 主要研究结果如下:
　　 (1)通过假设溶腔截面面积（扁椭圆形）为980 m2，长轴与短轴的比例分别为1.5∶1,2∶1,2.5∶1,3∶1。按照这样的比例，椭圆形截面硐室长轴与短轴分别为21.65×14.4,25×12.5,27.95×11.15,30.6×10.2，假定硐室顶盐厚度分别为10m,20m,30m,40m。针对这几种情况，进行数值模拟，找出适合该地层条件下最优化的项盐厚度，长短轴之比，以及最小内压。同时对溶腔取不同的采气速率来进行稳定性数值模拟，通过分析从最大内压降低到最小内压后的体积收缩率，从而确定最优化的采气速率。
　　 (2)盐岩溶腔建造过程中围岩稳定性判据采用库伦摩尔准则;运营过程中储库盐岩稳定性采用CPOWER模型，该模型具有简单、参数少的特点，可以较好的模拟溶腔在各种工况条件下的体积收缩率，以及溶腔周围塑性区的分布。
　　 (3)在相同的长短轴之比和相同内压的条件下，溶腔周围的塑性区范围随着顶盐厚度的增加，呈先减小后增大的趋势。由于本文采用的是库伦摩尔准则，弹性模量与岩体的变形有关，影响沉降大小;泊松比与侧压系数有关，影响岩体的水平应力和位移;塑性区破坏范围与内聚力和内摩擦角有关，内聚力和内摩擦角越大越不容易发生塑性破坏。该地区盐岩上部是钙芒硝层，它的内聚力、内摩擦角都比盐岩要小，相比盐岩更容易发生塑性破坏。当腔体顶盐厚度是10m，距离钙芒硝层近，塑性区破坏（盐岩部分和钙芒硝部分）会非常的大，其中钙芒硝塑性破坏占很大的部分。但是随着顶盐厚度的增加，盐岩塑性破坏占主要部分。
　　 (4)针对该盐矿的地质条件，在相同的截面条件下，不同顶盐厚度，不同的长短轴之比，不同的内压，对储库在运行过程稳定性进行了数值模拟，通过运行一定时间后的储库周围的塑性破坏范围，可以得出该盐矿最优化的顶盐厚度为40m，截面形状的长短轴之比不能大于2，运营过程中的最小内压不能小于4MPa。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 盐岩溶腔储库建造及运行稳定性

1．2．2 储库建造及运营稳定性评定方法的研究现状

1．3 本文研究的内容及方法

1．3．1 研究的内容

1．3．2 研究的方法

第二章 盐岩水平溶腔与垂直溶腔稳定性对比分析

2．1 溶腔常用的蠕变本构模型与稳定性评价准则

2．1．1 Hou／Lux模型

2．1．2 MDCF模型

2．1．3 CPOWER模型

2．1．4 溶腔储库稳定性评价准则

2．2 水平溶腔储库与垂直溶腔储库建腔过程中稳定性对比分析

2．2．1 两种溶腔储库FLAC3D数值建模

2．2．1 两种溶腔储库应力位移场对比分析

2．3 水平溶腔储库与垂直溶腔储库运行过程中稳定性对比分析

2．3．1 两种溶腔储库不同内压下稳定性对比分析

2．3．2 两种溶腔储库交变内压下稳定性对比分析

第三章 盐岩水平溶腔建腔过程中稳定性分析

3．1 某盐矿地质条件

3．1．1 盐岩矿床概况

3．1．2 地质特征

3．1．3 地震资料

3．2 水平溶腔储库FLAC3D数值建模

3．3 计算结果及分析

3．3．1 应力位移场分析

3．3．2 塑性破坏范围分析

第四章 盐岩水平溶腔储库运行过程中稳定性分析

4．1 水平溶腔储库不同内压下塑性破坏范围及参数优化

4．2 界面强度对水平溶腔储库的影响

4．3 水平溶腔储库交变内压下的体积收缩率及采气速率优化

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的学术成果与参加科研项目情况