盐穴型地下储气库稳定性评价研究

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1、盐穴型地下储气库稳定性评价研究1绪论1.1选题背景油气储备安全是国家经济稳定的基础，我国地下能源状况是煤多气少，天然气严重依赖进口，这使得我国能源的安全形势越发严峻[1]。天然气主要是碳氢化合物，完全燃烧后主要生成清洁的水和二氧化碳，且产生的热能远高于煤炭和石油所产生的，而生成的温室气体却不到煤炭和石油的一半，在环保要求日渐提高的今天，天然气以其清洁高效的特性，成为城市的主要能源。目前世界上主要使用的地下储气库类型包括4种：枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴型储气库和废弃矿坑储气库[2]。国际上已公认盐岩体是能源（石油、天

2、然气）储存的理想介质，世界上90％的能源储存库建在盐岩介质或报废的盐矿井中[3]，与其他3种类型的储气库相比，盐穴型储气库具有非渗透性良好，对气态和液态的碳氢化合物都可以完好地储存且不易流失；盐穴型储气库类似于密封容器，力学性能稳定，适应储存压力的变化；对环境影响小，符合环境保护和生态保护，具有环保意义[4-5]。迄今为止，世界上有630余座储存各类物质的储气库，约1,500个盐岩溶腔[6]。盐穴型地下储气库是由多个各自独立的地下盐岩溶腔通过注采井与地面井口相连。主要建设在靠近天然气用户城市的附近。其盐岩的优势在于：（1）构

3、造完整，厚度大，夹层少，结构坚实，可建设较大的溶腔。（2）非渗透性良好，对气态和液态碳氢物质都可以完好地储存，且不易流失。（3）可收缩性强，密封性良好，被水溶蚀后易开采。（4）储气能力相对较高，注采气时间较短，垫层气用量少。（5）符合环保的要求。（6）经济适用，建造成本和运行费用低。........1.2选题的和意义盐穴型地下储气库稳定性评价，是对影响储气库稳定性的所有因素进行综合、一体化的评价。通过对储气库的稳定性进行评价，使储气库运营商不断采取预防措施，防止储气库失效，并降低事故损失和设施维护的费用，更大限度地延长储气库

4、等相关设施的使用寿命。盐穴型地下储气库的稳定性评价借助FLAC3D模拟对盐岩储库稳定性影响较大的因素，对这些因素进行分析，并以江苏金坛盐矿能源储气库为实际工程，利用层次分析法逐层计算每层指标的稳定性水平，并结合模糊综合评判法编程实现地下储气库的稳定性评价。所采用的方法实用性强，提高了预测准确率，且可视化界面使得对储气库的评价操作方便，对地下溶腔的稳定性评价具有一定的实用价值，为地下储气库的安全管理提供了参考。对盐穴型地下储气库稳定性进行评价可以达到以下效果：开发设计出的储气库稳定性评价系统以其内部计算模型封装性、便利操作性和

5、界面友好性等方便了用户对储气库稳定性的预测和管理。该软件变被动防护为主动防护，保证在储气库失稳之前，辅助将各种风险因素消除或降到可接受的范围内，切实做到防患于未然。........2盐穴型地下储气库稳定性影响因素分析溶腔是盐岩经过水溶开采后形成的，多个溶腔通过一个竖直注采井筒与地面井口相连构成储气库群。盐穴型地下储气库的稳定性评价，是一个气、液、固三相耦合在非常温、非均质、非线性的复杂深部地下盐矿的工程问题，其特点在是流体和固体区域相互包含和融合，形成相互重叠的连续介质，而不同相的连续介质之间可以发生相互作用，并且难以区分[

6、52]。岩盐介质的特殊性，决定了盐穴型地下储气库与其他储库的稳定性评价具有很大的不同，目前大多采用数值模拟的方法来评估储气库的稳定性，也就是大量研究特定盐岩和相关储存介质的储气库，得到其力学特性和相关参数，最终模拟得到储气库的稳定性。目前，多采用边界元法，有限元法，差分法等为常用的岩土工程数值计算方法，前两种方法都是基于小变形的连续盐岩介质模拟少量节理或断层等结构面。而后一种方法，快速拉格朗日差分分析软件（FLAC3D），运用跟踪流体运动的拉格朗日法求解岩土力学和流体力学问题，研究区域被划分的网格节点等效于流体质点，紧接着按

7、时步拉格朗日差分法研究各节点的运动。这种方法是最适合求解盐岩、土壤或其它材料非线性大变形问题，特别是达到屈服极限的塑性流动问题。盐岩一般具有埋深较大、蠕变量小、强度低以及高应力作用等特点，所以储气库收缩变形会表现出显著的大变形以及复杂的非线性特点，因此，本章将采用FLAC3D模拟分析盐穴型地下储气库稳定性影响的主要因素。2.1盐穴型地下储气库稳定性影响因素综述溶腔的内在特征和外界环境构成要素以及注采气运行状况对储气库稳定性具有重要的影响。江苏金坛盐矿作为上海保安储气库的建设基地，其盐岩层埋深约位于地下1000m，是西气东输工

8、程的重要组成部分，对天然气供应的不均衡性调节和稳定性研究具有重要的意义。本章根据江苏金坛储气库的实际地质状况，借助拉格朗日差分分析软件FLAC3D，模拟分析拟建盐穴型储气库的岩土力学、溶腔形状、运行压力、周围盐岩层、套管鞋高度以及溶腔间距等特性。计算区域设定为立方体，盐岩层总厚度为801m