發(fā)布時間：2018-08-30 09:31

【摘要】：由于鹽巖具有水溶性、良好的蠕變性、損傷自恢復性、低滲透率以及塑性變形能力大等優(yōu)良特性,并且鹽巖洞室利用率高、占地面積小、瞬時吞吐量大、易開挖,國內外均采用鹽巖儲庫作為能源儲備介質。盡管鹽巖儲庫相對于其他能源儲備圍巖體具有較好的安全性,但我國鹽巖儲備層與國外巨厚鹽丘相比,具有鹽巖品位低、夾層數(shù)目多、埋藏淺、巖層厚度薄等特點,并且建腔過程不可見,無法控制腔體形狀;在鹵水長期浸泡下,鹽巖力學性質發(fā)生改變;不溶或難溶夾層的垮塌等都會對鹽巖儲氣庫建腔期的安全性造成威脅。鹽巖儲氣庫水溶建腔是一項復雜的系統(tǒng)工程,合理的選擇建腔工藝及建腔方法才有可能得到設計的形態(tài),包括淡水循環(huán)方式的選擇、建腔管柱的組合方式、淡水注排量的確定、頂?shù)装宓谋Ｗo措施、溶腔形狀的檢測、油墊位置的控制和配套的地面設備等。在建腔過程中只有這些問題得到正確合理的解決,才能使建成的溶腔符合儲氣庫要求。由此可見,在建腔過程中會面臨很多復雜問題,這會影響鹽巖儲氣庫建腔期的安全,因此,非常有必要對我國鹽巖儲氣庫建腔期進行安全性分析。本文研究的主要內容及研究成果如下:①分析了層狀鹽巖地下儲氣庫水溶建腔原理及單井對流法水溶建腔工藝。介紹了影響鹽類礦物溶解速度的主要因素,包括鹽類礦物的品位、結構構造、水溶性、構成組分等內在因素和溶液濃度、運動狀態(tài)、溶解面的空間位置、溫度和壓力、溶劑的性質等外在因素。②應用國內首款自主研發(fā)的層狀鹽穴建造過程的造腔軟件(Salt Cavern Builder V1.0)對影響造腔的關鍵因素進行了模擬造腔分析,這些關鍵因素包括:循環(huán)方式、鹽巖品位、注水排量、管柱組合、夾層數(shù)量及油墊位置。由造腔軟件模擬的結果可以看出,如果造腔工藝選擇不當,造出的腔體形狀極不規(guī)則。③通過對層狀鹽巖地下儲氣庫典型事故原因進行深入的分析,并結合金壇鹽穴儲氣庫實際地質條件和建腔過程中存在的影響因素,從鹽巖與夾層特性、地層特征、腔體設計、施工控制、配套設施及人為失誤六個方面來分析可能引起鹽巖儲氣庫建腔期事故的危險源,建立了層狀鹽巖儲氣庫建腔期的事故樹模型。通過對事故樹進行定性分析,得到了可能導致建腔期事故發(fā)生的所有途徑和基本致因事件。④對由事故樹得到的危險因子進行合理篩選后按其性質不同進行歸類,分為鹽巖力學參數(shù)、夾層參數(shù)、建腔參數(shù)三個評價單元,建立了層狀鹽巖儲氣庫建腔期安全評價體系�；谇叭说膶嶒炑芯考氨菊n題組成員的數(shù)值模擬結果建立了安全評價體系的指標評分模型。⑤基于變權和相對差異函數(shù)對擬建M井鹽巖儲氣庫建腔期進行了安全綜合評價。層次分析法得到的指標常權通過變權方法進行調整,得到的變權權重隨評價值的改變而改變,能夠突出個別指標評價值的明顯變化對評價結果產生的影響,若個別指標的評價值得分很低,則經過變權處理后其權重將會有很大的提高。各個評價指標安全等級的隸屬度由相對差異函數(shù)來確定,可以體現(xiàn)某些影響因素在評價體系中的重要性。將基于變權和相對差異函數(shù)法的安全評價結果與利用模糊綜合評價法以及模糊灰關聯(lián)評價法的評價結果進行對比分析,三者的級別特征值相差不大,證明變權和相對差異函數(shù)綜合評價法具有良好的準確性和客觀性。⑥針對層狀鹽巖儲氣庫建腔期的三個可控因素:夾層位置(可以通過調整腔體埋深來實現(xiàn))、腔體高徑比、礦柱間距進行優(yōu)化。夾層位置這一因素設置3個水平:1/4H、3/4H、1/2H,其中H為腔體高度;高徑比這一因素設置三個水平:1.0D、1.5D、2.0D;礦柱寬度這一因素設置三個水平:1.0D,1.5D,2.0D,D為腔體直徑�；谡粚嶒灧ù_定實驗方案,應用COMSOL Multiphysics軟件對實驗方案進行數(shù)值模擬,選取腔頂點、腔底點、腔腰點的應力和夾層所受的平均應力及腔頂點、腔底點、腔腰點和夾層的位移作為實驗指標。將數(shù)值模擬得到的關鍵點的等效應力及位移進行極差分析和SPSS方差分析,確定了各個因素敏感性程度、最佳水平及最優(yōu)組合方式。將得到的最優(yōu)組合中的高徑比和礦柱寬度的值帶入到第四章的高徑比和礦柱寬度的評分模型中,得分均為100,即為最佳水平,驗證了數(shù)值模擬的準確性。
[Abstract]:Salt rock reservoirs are used as energy storage media at home and abroad because of their excellent properties such as water solubility, good creep, damage self-recovery, low permeability and large plastic deformation capacity, high utilization rate of salt rock caverns, small area occupied, large instantaneous throughput and easy excavation. Surrounding rock mass has better safety, but the salt rock reserve layer in our country has the characteristics of lower salt rock grade, more interbeds, shallow burial, thin rock thickness and so on, and the cavity construction process is invisible, unable to control the shape of the cavity; in the long-term brine immersion, the mechanical properties of salt rock change; insoluble or insoluble interbeds collapse. Salt rock gas storage cavern construction is a complex system engineering, reasonable selection of cavern construction technology and method is possible to get the design form, including the choice of freshwater cycle, the combination of cavity string, the determination of freshwater injection and displacement, roof and floor protection. Protection measures, cavity shape detection, oil cushion position control and supporting ground equipment, etc. Only when these problems are correctly and reasonably solved in the process of cavity construction, can the built cavity meet the requirements of gas storage. The main contents and achievements of this paper are as follows: (1) The principle of water-soluble cavity construction in layered underground gas storage and the technology of single well convection water-soluble cavity construction are analyzed. The main factors affecting the dissolution rate of salt minerals, including the grade of salt minerals, are introduced. The internal factors such as structure, water solubility, composition and solution concentration, movement state, spatial position of solution surface, temperature and pressure, and properties of solvent were simulated. The key factors include: circulation mode, salt rock grade, water injection and discharge, pipe string combination, number of interlayer and position of oil cushion. The simulation results show that the cavity shape is very irregular if the Cavity-making technology is not properly selected. 3. Through in-depth analysis of the typical accident causes of layered salt rock underground gas storage. Combined with the actual geological conditions of Jintan salt cavern gas storage and the influencing factors in the process of cavern construction, the paper analyzes the dangerous sources which may cause the accidents in the cavern construction period of the salt cavern gas storage from the aspects of salt rock and interlayer characteristics, stratum characteristics, cavity design, construction control, supporting facilities and human errors, and establishes the cavern construction of stratified salt rock gas storage. Based on the qualitative analysis of the fault tree, all possible approaches and basic causes of the accident during the cavity construction period are obtained. 4. The risk factors obtained from the fault tree are classified according to their different properties and are divided into three evaluation units, i.e. mechanical parameters of salt rock, interlayer parameters and cavity construction parameters. The safety evaluation system of layered salt rock gas reservoir during cavity construction period is established. Based on the previous experimental research and numerical simulation results of the members of this research group, the index scoring model of the safety evaluation system is established. _Based on variable weight and relative difference function, the safety evaluation of the proposed M well salt rock gas reservoir during cavity construction period is carried out. The index constant weight is adjusted by the variable weight method, and the variable weight is changed with the change of the evaluation value. It can highlight the impact of the obvious change of the evaluation value of individual index on the evaluation results. If the evaluation value of individual index is very low, the weight will be greatly improved after the variable weight treatment. The membership degree of the grade is determined by the relative difference function, which can reflect the importance of some influencing factors in the evaluation system. _According to the three controllable factors of the layered salt gas storage cavern construction period: the position of interlayer (which can be realized by adjusting the buried depth of the cavern), the ratio of height to diameter of the cavern, and the spacing between ore pillars are optimized. The interlayer position has three levels: 1/4H, 3/4H, 1/2. H, in which H is the cavity height; the ratio of height to diameter is set at three levels: 1.0D, 1.5D, 2.0D; the width of pillar is set at three levels: 1.0D, 1.5D, 2.0D, D is the cavity diameter. The stress and the average stress of the interlayer and the displacement of the apex, the bottom, the waist and the interlayer of the cavity are taken as the experimental indexes. The values of height-diameter ratio and pillar width are brought into the evaluation model of height-diameter ratio and pillar width in Chapter 4, and the scores are both 100, which is the best level, which verifies the accuracy of numerical simulation.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE88

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本文編號：2212672