層狀鹽巖礦床油氣儲庫建造及穩(wěn)定性基礎(chǔ)研究.pdf

1、基于西氣東輸工程，急需東部地區(qū)建造地下鹽巖礦床儲氣庫。由于我國鹽礦床有單層厚度薄(60～100m)、軟弱夾層多的地質(zhì)特點(diǎn)，使油氣儲庫建造的難度和復(fù)雜程度有所增大，與國外普遍利用深部鹽丘建造油氣儲庫的實(shí)踐有很大的不同，同時夾層使油氣儲庫的運(yùn)行的穩(wěn)定性方面有很大影響，急需層狀鹽巖礦床油氣儲庫穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)性的資料以及建造理論，對現(xiàn)場實(shí)踐提供技術(shù)支持。
　　 本文以在層狀鹽巖礦床中以水溶建腔方式建造油氣儲庫為背景，通過實(shí)驗研究與理論分

2、析相結(jié)合，數(shù)值分析與相似模擬相結(jié)合的方法，研究了與油氣儲庫建造相關(guān)的鹽巖溶解特性以及與含夾層儲氣庫穩(wěn)定性相關(guān)的鹽巖力學(xué)特性，包括反復(fù)應(yīng)力及應(yīng)變率對夾層和鹽巖的力學(xué)特性影響作用；對含夾層鹽巖體的破壞方式進(jìn)行了研究，并運(yùn)用Fluent軟件模擬研究了兩種形狀鹽巖溶腔流場的運(yùn)動形態(tài)及分布，對圓柱形溶腔內(nèi)流場運(yùn)移情況在實(shí)驗室進(jìn)行模擬。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴溶解角度對巖鹽溶解速率產(chǎn)生較大的影響，向上斜溶即-45°溶解角度下溶解速

3、度最大。溶蝕角由-45°、-90°、0°、45°、至90°，鹽巖的溶解速率逐步降低。-45°溶解角度下的溶解速率3 g/cm2*h比90°溶蝕角的0.5g/cm2*h溶解速率高6倍。鈣芒硝鹽巖的溶解速率比90°溶解角度下的溶解速率低三個數(shù)量級，屬于極難溶鹽類。
　　 ⑵石膏干試件的平均極值強(qiáng)度為12.3MPa，鹽水浸泡后，在反復(fù)加卸載作用下，石膏的強(qiáng)度并未降低，但是，在鹽溶液中浸泡之后試件變形能力增強(qiáng)。含鹽分泥巖與自然泥巖在強(qiáng)度

4、上相當(dāng)，無論在清水和飽和鹽水中溶浸后，實(shí)驗表明在20天的浸泡時間內(nèi)，其強(qiáng)度和彈性模量都沒有明顯降低。
　　 ⑶含夾層鹽巖由于兩種巖體的泊松比不同，導(dǎo)致橫向變形不一致，在層狀巖體交界面附近的巖塊中產(chǎn)生的水平方向的附加應(yīng)力，該附加應(yīng)力使此處由單軸應(yīng)力變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)。其中，彈性模量較大、泊松比較小的巖塊變?yōu)槿驂骸瓚?yīng)力狀態(tài)；而彈性模量小、泊松比大的巖塊變?yōu)槿驂簯?yīng)力狀態(tài)。層狀巖鹽的破壞形式上表現(xiàn)為：巖鹽部分產(chǎn)生拉伸裂紋，表現(xiàn)為柱狀

5、劈裂；夾層部分為壓拉破壞，表現(xiàn)為環(huán)狀由外向內(nèi)的錐形剪裂。在單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上所表現(xiàn)為應(yīng)力反復(fù)現(xiàn)象。
　　 ⑷在循環(huán)加卸載作用下，芒硝鹽巖試件強(qiáng)度有明顯降低，卸載過程的楊氏模量略高于加載過程中的楊氏模量。加卸載過程中鹽巖及含夾層鹽巖楊氏模量隨應(yīng)力水平及加卸載次數(shù)的變化很小，初期循環(huán)加卸載曲線基本呈線性并重疊，隨應(yīng)力水平及循環(huán)次數(shù)的提高，滯回環(huán)現(xiàn)象才有輕微表現(xiàn)，但滯回環(huán)面積非常小.
　　 ⑸巖鹽試件的強(qiáng)度基本不受加載應(yīng)變速

6、率的影響，彈性模量隨應(yīng)變速率的增高略顯增大，但增幅較小。鹽巖的泊松比均隨加載應(yīng)變速率的增大而減小，表明橫向變形能力減弱。隨加載應(yīng)變速率的增大，試件在應(yīng)力達(dá)到峰值時的應(yīng)變減小，其變形模量與加載應(yīng)變速率呈對數(shù)關(guān)系：
　　 ⑹在單層巖鹽礦床內(nèi)，利用定向?qū)舆B通控制水溶開采技術(shù)，建造儲庫溶腔。儲庫斷面形狀近似圓形或橢圓形，斷面直徑約40～50m(小于礦床單層厚度)，水平向長度根據(jù)地質(zhì)條件在500～1000m范圍內(nèi)。穿越夾層建造儲氣庫優(yōu)化

7、方法的基本宗旨是，合理選擇循環(huán)方式，運(yùn)用混合建腔方法，實(shí)時調(diào)整中心管與中間管的位置，采用混合建腔方法。
　　 ⑺以圓形溶腔為例進(jìn)行數(shù)值模擬，分析得出儲氣庫腔體半徑小于30m建造階段，油墊位置距注水口距離小于腔體半徑(I＜1)的條件下，腔壁附近流體運(yùn)移平均速度隨兩管口間距的增大而非線性減小，兩管口間距理想值可取20-30m；當(dāng)油墊位置距注水口距離大于腔體半徑(I≥1)時，兩管口間距理想值＞30m。
　　 ⑻結(jié)合物理模擬與數(shù)