盐岩水平溶腔储库建造与运行稳定性数值模拟研究

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盐岩矿床地下道意外故障的应急供气。与国外的岩床有很大的不同,我国储库的建造,是“西气东输”工程的主要配套工程,主要用于解决由于季节、气候变化导致的不平衡调峰以及管盐岩矿床具有盐岩层数多、盐层厚度薄、软弱夹层多的特点。国外普遍利用深部盐丘建造垂直型储气库,直接借鉴国外建造垂直型盐岩溶腔储库,势必会导致储库穿越较多的夹层,不仅增加了储库建造的难度和复杂程度,而且使储库的致密性与稳定性在后期运行过程中受到很大的影响。本文以在层状盐岩矿床中以水溶建腔方式建造水平储库为背景,基于某盐矿地质条件,通过FLAC3D数值模拟对水平溶腔储库建造及运行稳定性进行了模拟研究,其研究结果可对现场实践提供参考和技术支持。主要研究结果如下:(1)通过假设溶腔截面面积(扁椭圆形)为980m2,长轴与短轴的比例分别为1.5:1,2:1,2.5:1,3:1。按照这样的比例,椭圆形截面硐室长轴与短轴分别为21.65×14.4,25×12.5,27.95×11.15,30.6×10.2,假定硐室顶盐厚度分别为10m,20m,30m,40m。针对这几种情况,进行数值模拟,找出适合该地层条件下最优化的顶盐厚度,长短轴之比,以及最小内压。同时对溶腔取不同的采气速率来进行稳定性数值模拟,通过分析从最大内压降低到最小内压后的体积收缩率,从而确定最优化的采气速率。(2)盐岩溶腔建造过程中围岩稳定性判据采用库伦摩尔准则;运营过程中储库盐岩稳定性采用CPOWER模型,该模型具有简单、参数少的特点,可以较好的模拟溶腔在各种工况条件下的体积收缩率,以及溶腔周围塑性区的分布。(3)在相同的长短轴之比和相同内压的条件下,溶腔周围的塑性区范围随着顶盐厚度的增加,呈先减小后增大的趋势。由于本文采用的是库伦摩尔准则,弹性模量与岩体的变形有关,影响沉降大小;泊松比与侧压系数有关,影响岩体的水平应力和位移;塑性区破坏范围与内聚力和内摩擦角有关,内聚力和内摩擦角越大越不容易发生塑性破坏。该地区盐岩上部是钙芒硝层,它的内聚力、内摩擦角都比盐岩要小,相比盐岩更容易发生塑性破坏。当腔体顶盐厚度是10m,距离钙芒硝层近,塑性区破坏(盐岩部分和钙芒硝部分)会非常的大,其中钙芒硝塑性破坏占很大的部分。但是随着顶盐厚度的增加,盐岩塑性破坏占主要部分。(4)针对该盐矿的地质条件,在相同的截面条件下,不同顶盐厚度,不同的长短轴之比,不同的内压,对储库在运行过程稳定性进行了数值模拟,通过运行一定时间后的储库周围的塑性破坏范围,可以得出该盐矿最优化的顶盐厚度为40m,截面形状的长短轴之比不能大于2,运营过程中的最小内压不能小于4MPa。
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