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金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟

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金坛 盐矿 老腔储气库 长期 稳定性 分析 数值 模拟
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繁27卷第6凝2006年6月岩 ± 力 学l。27 006文章簟号l 1000006)06一0869—06金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟尹雪英,杨春和,陈剑文(中国科学院岩土力学重点实验巍,武汉430071)摘要;盐穴储气痒{睾为涌气储气痒的主要类型之一,已经在发达凿家普遍采用。随着“西气系输”工程的进杼以及天然气工业的不断发展,我国将会有更多的盐穴地下储气库建成并投入运行,因此怎样科举合理地分析盐穴储气库的稳定性已显得越来越重要。利用国际上著名的有限差分软件金坛盐矿菜区老腔1号井、2号井建麾完成后的腔体稳定性以及腔体蠕交裁德遴行了数篷模羧,模数结巢表唆,储气瘁在运行期阀,漉交会荨腔悫压对镳瘴酶体积减少有直接的作用。并且利髑该软件确定了储气库的运行压力在6 4.5 腔的体积缩小率在22%以内,为储气库的修建及管理提供了指导依据.关键词。溶腔;储气麾;数值模拟;盐岩蠕变孛巨分类号l 22文裁标识褥t on of ue—30071,s a of or in of be O it is to of of by :of iS 2as of 4.5 tO of ey of 言天然气地下储气库是从根本上解决城市季节性谲峰阗题麓最有效途径之一。曩嚣越界土使用的地下气库一般有衰竭气困气库、含水层气库、盐穴型气库和废弃矿井型气库四种类型。其中利用地下已有盐穴储存天然气,具有费用低,对环境影响小,采收率高等特点,由于盐岩是一种特殊的岩类,其物理特性∥融良,结构致密、空隙率低、渗透性小、塑性大,具有水文地质条件简单、分布广等特点,因此,采矿屡留下麓溶腔可被震来建造遮下漶气赭库,这一点已经被世界公认。早在第二次世界大战期间,加拿大就首先在盐腔中开始了液态和气态物质的存储。此后,“苏伊士危机”期间,荚国率先开始了原油的储存。十年后,天然气的存储也开始在美圜粳加拿大出现方主要工业发达国家在盐岩矿床中建造懿蟪下储库越来越多,对盐岩溶腔的建造和利用以及盐岩性质的研究也在深入。。前,在岩盐水溶开采机理、溶腔结构稳定性、测井技术等方面都已经取得了突破性的进展,但是对于溶腔的运季亍期闻懿长期稳定性还需要做一整深入遗研究。鉴于此,本文基于计算机数值模拟方法,应用美国005家自然科学基金(0434050、50334060)资助。作者简介:尹雷荚,1979年生,女,博士,现主要从事岩土工程数值模拟研究工作。26. 万方数据870 岩 土 力 学 2006艇格朗尽差分软件,对金坛盐矿老腔储气库的结构稳定性及溶腔蠕变规律进行了数值模拟分析,为储气露的修建和管理提供现实可行的依摄。2计算模型的建立2.1金坛盐矿地质条件简介据实际的钻井资料,金坛盐矿盐岩层的分布在平恧积纵向上都比较稳定,呈北东向展布,盐岩体长轴12 轴5.6 盐面积60.5 度67。85 m~230.95 m。盐岩体平露分布总体中部厚,盐岩层最厚的区域达180 m~230 m,大体呈环状向四周减薄尖灭;岩盐层平缓,略有起伏,总体向北西倾斜,倾角3 ,盐岩鲶稳态蠕变速率随围压变化不明显。因此式(1)较好的反应了盐岩在三维应力状态下的蠕变特性,且形式简洁,便于数值计算采用。4.2.2蠕交本掏模型在于用户自定义模型在言编写好后进行动态链接,再导入;也可以利用文采震螽一种方法。在计算中,总的蠕变率表达为:叠咿=丢s,/(△盯)(《十《) (6)二玎两t+m=e; (7)嚷也=S;氛+《也6{ ④关于本构模型的离散过程在限于篇幅,在此不详述。本模型的方数据第6期 尹雪焚等:金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟4.2.3数值模拟为了研究号井腔体运行压力及流变时间对腔体体积蠕变变化规律的影响,本文利用有限差分软件用了以下方案来对胶体的体积蠕变规律进行了三维数值模拟计算;1号井、2号井溶腔内压不存在压力差,对1号井腔体、2号井腔体均施加恒定肉压6 l 34。5后对溶腔体积变化情况进行比较分析。在恒定内压作用下,1号井腔体、2号井腔体体积缩小率均随时间而增加,随着内压增加而明显减少。随着流变时间的增加,体积缩小率约在篇一年都有较快增加,之后,睦线逐渐趋于平缓。阀时,随着内压的增加,体积缩小率的相应时间差值逐渐减小,圈7给出了1号井在不同内压下体缩小率随时间变化的曲线(2号井规律相同)。溶腔流变半年藤,1号并、2号井的体积缩小率在内藤为14.5 38,0.158,较内压为6 54,0。93减小了6.1l,5。89倍。随着流交时间的增加,当流变20年后,号井的体积缩小率在内蕊为14.5 41,l。67,较内压为6 2,14.32减小了8.弭,8。57倍。流变钧年后酶体积缩小率较流变0.5年的体积缩小率在内压为6 在内压为14。5 此表明了增加内压对腔体的体积减少有明显的抑制作耀,因此在姥气库运行期闽,应尽可能降低储气库在低压下运行时间,以便延长储气库的使用年限。世挂÷嫘鼷蝰25205 5时间/号并不嚣蠹压下傣缩小率随时阕交纯魏绫 of in )与时间t,溶腔内压层(‰一p)“+厦(‰一p)”p+A(1一已一“)(6)式中,屈,m,n,A、12"为待定系数,对应1号井、2号井取值冕表2,2.38。表2搬合参数 l 卢2 m n A 岱l 2.64e’4 .1.61e。2 i 3 1.542 O.1532 1.761.39 3 1.491 0.163为了研究侧压力系数名对溶腔体积缩小率的影响,分别取/5、0。8秘l。算结果如图8所示,当冀l。0时,随着五值增大,体积缩小宰也增大,且比较明显。(1号并规律同下)蹬\槲乓姆醛汝20年15颦 in 论通过大量的数值模拟计算和结果分析,得出了以下结论:(1)溶腔建腔后,溶腔压力为608 且溶腔的最大位移均出现在谣1溶腔的腔底处,6 值达到4.613 m;(2)号溶蕴在不同溶腔压力作霜下,溶腔的体积缩小率AV/y(%)与溶腔压力P、时间)。(3)盐穴储气库在运行期间存在的流变引起储万方数据874 岩 土 力 学 2006艇气库的体积减少,在溶腔内压6 4.5 交20年盾号井体积缩小率分别在2。541%~22.22%,l。67%~14间。同时,岩盐溶腔内雁力对储气库体积收缩率变化影响很大,溶腔的体积收缀率隧着溶腌内珏力豹增大两减小,6 8倍。这说明内匿对储气库的溶膝体积和寿命有直接的影响,因此在储气库运行期间保持合理的内压是非常必要的。(4)当侧压力系数冀1.0对,隧若名德增大,体积缩小率也快速增大。(5)依据上述数值模拟结果,金坛盐矿1号、2号并老腔储气库在服务运营20年的情况下,在体积缩小率:269】 何开平,张良万,张正椽,等.盐膏层蠕变粘弹性流体横型及程限元分析石浦学报,2002,23(3):102一106.ai—].002,23(3):102—106.【春和,曾义军,吴文,等.深层盐岩本构关系及其在石油钻并工程审的应用研究闭.岩石力学与工程学报.2003,22(10):1 678—1 682.wU et of to ].003,22(10):1678—1682.【11】赵顺柳,杨骏六.用于存储的地下者盐溶腔特性研究综述团。中国劳矿盐.2003,34《3):22—25。un—n of of ].003,34(3):2212】杨春和,自世伟,吴益民.应力水平及加载路径对盐岩时效的影响【J】.岩石力学与工程学报,2000,19(3):270—275。hi—U Yi,on ].000,19(3):270131 .1)].2002.瞧陇陇嘲嘲嘲万方数据金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟作者: 尹雪英, 杨春和, 陈剑文, 中国科学院,岩土力学重点实验室,武汉,430071刊名: 岩土力学英文刊名: (期): 2006,27(6)被引用次数: 17次参考文献(13条) M A of in 文期刊] 2001(2 of a in 文期刊] 1999(1盐溶腔围岩地应力场有限元分析刊论文]1)3刊论文]003(04)岩应力松弛效应的研究[期刊论文]999(03)岩蠕变导致套管变形损坏机理分析[期刊论文]003(03)种盐岩蠕变参数的现场评价方法[期刊论文]001(03)膏层蠕变粘弹性流体模型及有限元分析[期刊论文]002(03)层盐岩本构关系及其在石油钻井工程中的应用研究[期刊论文]0)于存储的地下岩盐溶腔特性研究综述[期刊论文]003(03)力水平及加载路径对盐岩时效的影响[期刊论文]000(03)002本文读者也读过(10条)1. 卤盐矿老溶腔改建为地下储气库工程技术研究[期刊论文]8(5)2. 气东输盐穴储气库库容及运行模拟预测研究[期刊论文]6(10)3. 干盐矿新矿区开采技术条件评价[期刊论文]半月)2009,28(8)4. 穴储气库水溶建腔数值模拟研究[会议论文]路穿越盐矿采空区岩体稳定性有限元分析[期刊论文]8(11)6. 竭油气藏储气库钻井技术[期刊论文]4(9)7. 岩储气库最佳采气速率数值模拟研究[期刊论文]8(1)8. 坛盐岩储气库运营模型试验研究[期刊论文]0(12)9. 北云应盐矿深部层状盐岩直剪试验研究[期刊论文]6(9)10. 南省盐矿资源的开发与盐化工业发展[期刊论文])引证文献(17条)部盐岩含夹层地层初始地应力场模拟分析[期刊论文]然科学版) 2009(6)南某水电站坝肩抗力体长期稳定性分析[期刊论文]011(4)置已有盐岩溶腔能源地下储库群特性研究[期刊论文]012(9)柱宽度对储气库运行稳定性的影响研究[期刊论文])于层次分析法的盐穴储气库选址评价方法研究[期刊论文]012(9)重介质固气耦合模型及含夹层盐穴储气库渗漏研究[期刊论文]然科学版) 2009(1)状盐岩中储备库油气渗漏风险的故障树分析[期刊论文])变气压风险条件下层状盐岩地下储气库注采气大型三维地质力学试验研究[期刊论文]010(12)于盐岩压缩刊论文]009(轴应力作用下岩盐溶蚀特性试验研究[期刊论文]012(6)D 刊论文])穴储气库破坏后地表沉陷规律数值模拟研究[期刊论文]009(12)蚀作用下岩盐塑性力学模型研究[期刊论文]012(岩油气储库介质地质力学模型相似材料的研制[期刊论文]2)缩蠕变力学试验的数值模拟研究[期刊论文]009(4)岩地下储气库风险分级机制初探[期刊论文]009(12)岩刊论文]009(11)本文链接:
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