稳定性好、密封程度高的深部硬石膏采空区是一种良好的地下空间资源,可以作为地下原油储库,拓展地下储油空间,且具有安全性高、投资少、建设周期短的优势。同时,利用硬石膏采空区建造地下原油储库也解决了废弃地下硬石膏采空区的资源化利用难题。然而,在该研究领域,尚无成熟的理论和工程实践可供借鉴,依然存在诸多科学问题有待解决。论文以安徽某硬石膏矿作为工程依托,研究了其采空区作为地下原油储存空间的稳定性和密封性问题,论证了硬石膏采空区储存原油的适宜性和可行性。主要研究内容及成果如下:(1)开展硬石膏岩石物理特性测试试验,分析了岩石矿物成分、细观尺度上的孔隙分布特征以及宏观尺度上的表观密度等参数;基于硬石膏岩石强度参数,拟合了硬石膏岩石的Hoek-Brown强准则和Mohr-Coulomb强度准则参数;结合现场裂隙调查结果,确定了硬石膏岩体的力学参数。(2)基于巴西圆盘劈裂试验,获取了硬石膏岩石的受拉和受压应力应变曲线,研究了其受拉力学特性,获得了受拉杨氏模量和泊松比,开发了考虑硬石膏岩石拉压特性差异的弹塑性本构模型;基于单元安全系数法,定量分析了硬石膏采空区现状条件下(非储油)的稳定性。(3)进行硬石膏岩石的单轴压缩蠕变试验,基于粒子群优化算法,反演了硬石膏岩石的Burgers蠕变模型参数;揭示了天然条件和储油条件下硬石膏采空区的长期变形和有效地下储存空间损失规律,研究了其作为地下原油储存空间的长期稳定性问题。(4)开展加压环境下硬石膏岩石的长期浸水、浸油试验。在试验装置内,维持4~5MPa的内压,并分别测试浸泡69天、136天、271天、451天和549天时硬石膏岩石的物理力学特性,统计参数变化规律,揭示水、油与硬石膏岩石的长期作用机制,评价了水、油对硬石膏物理力学特性的影响及硬石膏岩石对原油品质的影响。开展了现场钻孔高压注水试验、储水储油测试,评估水、油长期作用条件下硬石膏岩体渗透性,评价其采空区储水储油的密封性。(5)基于现场调查、室内试验和数值计算结果,系统分析了深部硬石膏采空区作为地下原油储存空间的适宜性问题,为深部硬石膏采空区建造储油库提供了理论依据和技术支撑。