本文關(guān)鍵詞：含水層地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采模擬及安全可靠性研究　出處：《中國(guó)石油大學(xué)(華東)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：含水層改建儲(chǔ)氣庫(kù)具有滲透率高、水力傳導(dǎo)性好、儲(chǔ)量大、成本低的優(yōu)點(diǎn),由于其高滲透率的特點(diǎn)能夠顯著提高儲(chǔ)氣庫(kù)注氣、采氣速率,國(guó)際上含水層儲(chǔ)氣庫(kù)在天然氣儲(chǔ)存上的應(yīng)用僅次于衰竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù),而目前我國(guó)還沒(méi)有含水層儲(chǔ)氣庫(kù)投入生產(chǎn)和運(yùn)用。儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中的注采問(wèn)題及安全問(wèn)題一直是儲(chǔ)氣庫(kù)研究的熱門(mén),因此對(duì)含水層儲(chǔ)氣庫(kù)注采分析以及管柱、蓋層的安全可靠性研究是儲(chǔ)氣庫(kù)研究的關(guān)鍵,擬利用測(cè)井試井信息、地應(yīng)力場(chǎng)資料,通過(guò)分形滲流模型、可靠度模型等得到可以預(yù)測(cè)儲(chǔ)層壓力及管柱、蓋層可靠度的方法,實(shí)現(xiàn)含水層儲(chǔ)氣庫(kù)注采模擬,建立含水層儲(chǔ)氣庫(kù)安全可靠性預(yù)測(cè)模型。具體研究工作及得到的結(jié)論如下:(1)將儲(chǔ)氣庫(kù)滲流分析分為兩種介質(zhì)進(jìn)行:一是裂隙介質(zhì);二是孔隙介質(zhì)。考慮儲(chǔ)氣庫(kù)裂隙介質(zhì)分形特點(diǎn)以及臨界運(yùn)移含水飽和度的影響,根據(jù)兩相不穩(wěn)定滲流理論和分形理論,建立儲(chǔ)層相對(duì)滲透率與裂隙尺寸、典型單元體尺寸、毛管壓力之間的關(guān)系,并分析含水層儲(chǔ)氣庫(kù)的滲流規(guī)律及井底壓力變化規(guī)律;考慮儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層孔隙介質(zhì)分形的特點(diǎn)以及儲(chǔ)層壓力變化對(duì)儲(chǔ)層介質(zhì)滲流參數(shù)的影響,根據(jù)氣體不穩(wěn)定滲流理論,建立了含水層儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層壓力動(dòng)態(tài)分布的分形滲流模型。分析結(jié)果表明:裂隙介質(zhì)中儲(chǔ)氣庫(kù)井底壓力隨著裂隙介質(zhì)分形維數(shù)、儲(chǔ)層厚度、排水速率的增大而減小,隨著典型單元體尺寸、裂隙尺寸比、注氣速率的增大而增大;孔隙介質(zhì)中儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)層壓力隨著儲(chǔ)層介質(zhì)彎曲率、氣體粘度、注氣速率、注氣時(shí)間的增大而增大,隨著分形維數(shù)和儲(chǔ)層厚度的增大而減小;分形維數(shù)、儲(chǔ)層厚度、注氣速率、注氣時(shí)間對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層壓力的影響比較顯著,而介質(zhì)彎曲率和氣體粘度對(duì)其影響不明顯。(2)考慮巖體參數(shù)不確定性對(duì)不活動(dòng)斷層破壞的影響,利用測(cè)井資料及區(qū)間理論得到注氣后斷層危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間,根據(jù)斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間得出儲(chǔ)氣庫(kù)斷層穩(wěn)定的最大運(yùn)行壓力;利用該方法對(duì)國(guó)內(nèi)某含水層儲(chǔ)氣庫(kù)斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間及最大運(yùn)行壓力進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明隨著斷層傾角的增大,斷層危險(xiǎn)系數(shù)先增大后減小,當(dāng)斷層傾角?與巖石內(nèi)摩擦角?的關(guān)系為(10)?(28)??/245時(shí),此時(shí)的斷層危險(xiǎn)系數(shù)最大,斷層最易破壞;考慮參數(shù)不確定性運(yùn)用區(qū)間理論計(jì)算所得到的儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力比未考慮參數(shù)不確定性所得到的結(jié)果要小,因此為保證儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行,可選取最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間的下限作為儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力。(3)根據(jù)斷層剪切破壞的特點(diǎn)建立斷層滑移極限狀態(tài)函數(shù),將凸集模型引入儲(chǔ)氣庫(kù)斷層滑移非概率可靠度預(yù)測(cè),并在斷層滑移可靠度計(jì)算過(guò)程中對(duì)極限狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行線性近似,該模型在求解斷層滑移可靠度時(shí)不需要大量的參數(shù)樣本和固定的概率分布函數(shù),具有較好的實(shí)用性。利用上述方法對(duì)國(guó)內(nèi)某儲(chǔ)氣庫(kù)注氣后不活動(dòng)斷層的可靠性進(jìn)行了分析研究,將本文方法計(jì)算結(jié)果與Monte-Carlo方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,本文所得到的可靠度結(jié)果可滿足工程計(jì)算精度要求;斷層滑移可靠度隨著斷層位置孔隙壓力、地應(yīng)力不均勻系數(shù)的增大而減小,隨著斷層傾角?的增大先減小后增大,并且當(dāng)斷層傾角?與巖石內(nèi)摩擦角?的關(guān)系為[(10)?(10)?????/2)45max(/2),45min(]時(shí),此時(shí)斷層的滑移可靠度最小。(4)根據(jù)區(qū)間理論及非概率可靠性理論,利用測(cè)井資料和巖體破壞準(zhǔn)則得到了蓋層巖體參數(shù)的置信區(qū)間,給出了不同破壞準(zhǔn)則下蓋層的安全系數(shù)置信區(qū)間及可靠性指標(biāo)計(jì)算公式,用上述方法對(duì)某儲(chǔ)氣庫(kù)蓋層的安全系數(shù)置信區(qū)間及可靠性指標(biāo)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。分析結(jié)果表明:利用Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則計(jì)算所得安全系數(shù)最小置信區(qū)間分別為[1.715,1.458]、[2.037,1.706],最小可靠性指標(biāo)分別為-3.213、-0.777;Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則計(jì)算所得到的可靠性指標(biāo)是偏于安全的;非概率可靠性與傳統(tǒng)的概率可靠性分析方法相比,不需要確定的巖體參數(shù)分布,盡可能的減少了對(duì)巖體樣本數(shù)據(jù)量的要求,更有利于實(shí)際儲(chǔ)氣庫(kù)蓋層可靠性的預(yù)測(cè)。(5)考慮儲(chǔ)氣庫(kù)套管在服役過(guò)程做壁厚變薄、外徑變大的特點(diǎn),將儲(chǔ)氣庫(kù)套管的剩余強(qiáng)度分別采用幾種不同的方法進(jìn)行分析,在剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度分析中引入了基于內(nèi)徑尺寸的儲(chǔ)氣庫(kù)套管剩余抗內(nèi)壓強(qiáng)度計(jì)算公式,并對(duì)國(guó)內(nèi)某儲(chǔ)氣庫(kù)服役套管的剩余強(qiáng)度和剩余壽命進(jìn)行了分析。利用改進(jìn)的套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度公式與傳統(tǒng)的計(jì)算公式進(jìn)行了對(duì)比,改進(jìn)的公式計(jì)算結(jié)果可以滿足實(shí)際工程的需求,在工程上得到了很好的應(yīng)用,為儲(chǔ)氣庫(kù)套管剩余強(qiáng)度的分析提供了一種新的方法。
[Abstract]:Aquifer gas storage reconstruction has high permeability, hydraulic conductivity, large reserves, low cost advantages, because of its high permeability characteristics can significantly improve the gas storage, gas injection, gas production rate, the application of aquifer gas storage in natural gas storage after the failure of oil and gas reservoir gas storage, but at present in our country no aquifer gas storage is put into production and use. Problems and security problems in the operation process of gas storage injection gas storage has been a hot research, so the analysis and column mining on aquifer gas storage, safety cover is the key research of gas storage research, intends to use the logging test information. The stress field data, the fractal percolation model, reliability model can predict reservoir pressure and column cover layer reliability method, to achieve simulation of injection gas storage aquifer, the establishment of aquifer gas storage safety The prediction model. The main research works and conclusions are as follows: (1) the analysis of reservoir seepage is divided into two types: one is the medium pore fissure medium; two gas storage medium. Considering the fracture medium fractal characteristics and influence of critical migration saturation, according to two-phase unsteady seepage theory and fractal theory, storage relative permeability and crack size of layer, typical element size, the relationship between capillary pressure, and the analysis of the seepage flow and bottom pressure variation of aquifer gas storage; considering the characteristics of gas storage reservoir porous media fractal and influence of reservoir pressure on reservoir seepage parameters, according to the unsteady gas seepage flow the theory, established the aquifer gas storage reservoir dynamic pressure distribution fractal percolation model. Analysis results show that the gas storage pressure in fractured medium with the fractal dimension of fractured medium, storage The thickness, increase the drainage rate decreases, with the typical element size, crack size ratio, increasing gas injection rate increases; the reservoir pressure reservoir pore medium reservoir reservoir with medium bending rate, gas viscosity, gas injection rate increases, the gas injection time increases, decreases with the increase of fractal the dimension and thickness of the reservoir; fractal dimension, reservoir thickness, gas injection rate and gas injection time had significant effects on gas storage reservoir pressure, while the medium bending rate and gas viscosity on the effect is not obvious. (2) considering the uncertainty of parameters of rock mass damage on the inactive faults, using confidence interval logging data and interval theory of gas injection after fault risk factors, according to the fault risk coefficient of confidence interval and obtained the maximum operating pressure of gas storage stable fault; confidence level risk coefficient of a domestic aquifer gas storage by using this method Analysis of the range and the maximum operating pressure and the analysis results show that the increase of the inclination angle of the fault, the fault risk coefficient increases first and then decreases, when the dip angle and internal friction angle of rock?? the relationship (10) (28)??? /245, the biggest risk coefficient of fault, fault most easily damaged; consider the results the parameter uncertainty using the interval analysis of gas storage in the maximum operating pressure has been calculated than without considering the parameter uncertainties are smaller, so as to ensure the safety of gas storage operation, the lower limit can select the maximum operating pressure of the confidence interval for the maximum operating pressure of gas storage. (3) to establish the limit state function according to the characteristics of fault slip fault shear failure, the convex model into storage fault slip non probabilistic reliability prediction, and the limit state function in fault slip reliability calculation process of linear approximation, the model for solving fault Layer slip reliability without large sample parameters and fixed probability distribution function, has better practicability. By using the method of reliability of a domestic gas storage injection after faults are analyzed, the method calculation results and Monte-Carlo calculation results are compared, the reliability of the results we can meet the requirements of Engineering calculationprecisionand; fault slip reliability with fault location of pore pressure, increase the stress uniformity coefficient decreases with the increase of the inclination angle of the fault? And when the first decreases and then increases, the fault dip and internal friction angle of rock?? the relationship [(10) (10)?????? /2) 45MAX (/2), 45min (], the reliability of the minimum slip fault. (4) according to the interval theory and non probabilistic reliability theory, logging data and rock failure criteria was obtained using confidence cover parameters of rock mass , the formula of interval reliability index and safety factor of caprock are given different failure criteria under confidence, were predicted using the method of safety coefficient of a gas storage layer and caps the confidence interval of reliability index. Analysis results show that using the Hoek-Brown failure criterion and Mohr-Coulomb criterion to calculate the safety factor of the minimum confidence interval was [1.715,1.458] [2.037,1.706], the minimum reliability index were -3.213, -0.777; Hoek-Brown failure criterion reliability index calculated is safe; compared to non probabilistic reliability probabilistic reliability and the traditional analysis method, does not need to determine the parameters of rock mass distribution, as much as possible to reduce the amount of rock sample data requirements, more conducive to the actual gas caps layer reliability prediction. (5) considering the gas storage casing in the service process of the thin wall thickness, the outer diameter becomes larger. The residual strength, the gas storage casing respectively by several different methods of analysis, the residual compressive strength within the analysis was introduced in the gas storage casing diameter residual strength calculation formula of internal pressure on remaining strength and life and service of a domestic gas storage casing is analyzed. Compared by using the improved casing internal pressure strength formula with the traditional formula, the improved formula calculation results can satisfy the practical requirements of engineering, is widely used in engineering, provides a new method for the analysis of gas storage casing residual strength.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE972.2

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本文編號(hào)：1433796