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《盐岩储气库水溶建腔数学模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、工程建设天然气工业2004年9月盐岩储气库水溶建腔数学模型研究1112赵志成朱维耀单文文万玉金(1.中国科学院渗流力学研究所2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院)赵志成等.盐岩储气库水溶建腔数学模型研究.天然气工业,2004;24(9):126129摘要对盐岩地层建设地下储气库的溶腔数学模型进行了研究。为了设计和形成稳定的溶腔形态,依据流体力学、化学动力学及物质平衡原理,对水溶建腔机理进行了分析,建立了盐岩溶腔溶质传输流体流动数学模型;根据流体力学基本原理和对流扩散理论以及物理模拟基本规律,建立了
2、盐岩溶解速度方程;并通过数值方法对腔体态进行了模拟研究。结果表明,在合理的工艺条件下,通过盐岩水溶开采可以获得稳定的腔体形态,以满足地下储气库的要求,从而为盐穴储气库的溶腔设计提供理论依据和决策手段。主题词地下盐穴气库水溶采矿盐穴建造数学模型我国盐岩资源分布广泛,在水溶采矿方面也积累了一定的经验,具有建设地下盐岩储气库的有利条件。地下岩盐储气库建设技术是一项需要多学科协同攻关的综合技术,涉及沉积学、固体力学、流体力学、化学动力学、热动力学等诸多领域;同时也是一项复杂的系统工程,包括盐层钻井完井技术、岩盐水溶开采技术、岩盐腔体溶蚀技术、岩盐腔体稳定性技术、岩盐腔体形
3、状控制技术、腔体优化设计技术等关键技术,其中许多技术难度高、大量研究工作还有待于进一步深入。建设地下盐岩储气库就是要找到合适的盐丘或盐层,以常规钻井方法钻穿岩层、注入淡水进行冲蚀使之形成一定体积和形状的溶腔,然后泵出盐水,最后注气。地下盐岩储气库基本结构如图1所示。一、水溶建腔机理研究图1盐岩储气库基本结构示意图盐岩腔体溶蚀的过程实际上是一个复杂的流体动力学和化学动力学过程,因此可以根据三维对流度,扩散通量是单位时间内通过单位面积参考曲面扩散过程的动力学分析,并结合流体力学基本理1的量,可用一阶偏微分方程表述如下:论和化学动力学、热动力学原理,建立溶腔滤洗过程CJ=D
4、(1)中溶质传输流体流动的物理模型,深入研究岩盐n-2-1水溶机理,进而求解盐岩综合溶解速度,研究溶腔形式中:J表示扩散通量(molcms),即物质通过状变化规律。垂直于法线方向单位面积中的质量流;C表示物质-11.理论基础的浓度(molL),即单位体积内所含物质的数据Fick第一扩散定律:扩散速度呈正比于浓度梯-2-1量;D表示扩散系数(cms);其量纲为长度平作者简介:赵志成,中国科学院渗流力学研究所博士研究生。地址:(065007)河北省廊坊市万庄44号信箱。Email:zhaozhicheng@263.com126第24卷第9期
5、天然气工业工程建设方被时间除,一般情况下,溶质的扩散系数是与溶剂岩盐腔体溶蚀的过程可用一组多维非稳态对流和温度有关的。扩散方程来描述:2.盐岩溶蚀机理写成张量形式:为方便研究,从工程应用的角度出发,根据物质C2=(v)C=DC(2)t平衡原理以及Fick第一扩散定律,并考虑到边界层如果假设溶腔内流动为稳定流,速度场v为已的作用,可以建立如下岩盐溶蚀数学模型。知函数,则方程还可与以下定解条件一起构成未知设溶腔的边界为R,则R是一个与时间t和轴函数C的定解问题:向位置z有关的函数,即R=R(t,z),工程上
6、称为初始条件:动边界问题,意即随着溶蚀过程的进行,腔体边界不C
7、t=0=0(3)断向外扩展。边界条件:根据物质平衡原理以及Fick第一扩散定律,假第一类边界条件溶腔侧壁壁面1上浓度设紧贴盐岩固壁表面有一层极薄的边界层,其浓度保持恒定(饱和浓度):保持饱和浓度恒定不变,固壁表面溶漓的岩盐分子,C
8、=Cs(4)经过边界层进入扩散区,而边界层内的溶液浓度始1终维持动态平衡,其过程示意图如图2所示。图2第二类边界条件溶腔上下两底底面2上中:边界层内岩盐分子扩散进入流场,边界层内溶均为不渗透边界(溶腔上底面为防护液,下底面为沉液浓度降低,低于饱和浓度;溶
9、腔固壁表面岩盐降堆积的不溶物残渣):溶解,岩盐分子进入边界层,补充边界层内物质损C
10、=O(5)n2失,使边界层内溶液浓度重新达到饱和;同时由于理论和实验证明,对于以上对流扩散过程,当壁固壁表面上的物质损失,溶腔边界(连同所附着的边面浓度一定时,任一截面的浓度分布除与流体的物界层一起)后退一段微小距离。边界层在溶腔固壁性有关外,更重要的是取决于流体的速度分布。一表面与扩散区之间维持动态平衡。般地,流速v应为(t,r,z)的连续函数,因
