盐岩力学特性及其在储气库建设中的应用研究

论文摘要

由于盐岩具有良好的密封性、低渗透性和损伤自愈合性,使得深部地下盐矿成为世界各国地下储存的一种主要介质。由于盐矿地下开采后形成的地下空间,能够保持较长时间的稳定,这些地下空间能够为不溶于盐的物质提供储存和处置场所。针对我国盐矿盐层夹层多、杂质多的特点,本文以西气东输金坛盐矿储气库为工程背景,对盐岩力学特性及储气库建设中关键问题,开展了以下几个方面的研究工作:1.盐岩的强度特性研究:主要通过对金坛盐矿盐岩的单轴、三轴压缩实验,获得了其强度参数,并分析了其强度特性。2.盐岩的蠕变特性研究:结合金坛盐矿盐岩进行了单轴、三轴盐岩蠕变实验,分析了金坛盐矿盐岩的蠕变变形规律,并对金坛盐矿盐岩、含泥盐岩、泥岩的蠕变特性进行了比较。3.盐岩蠕变损伤本构关系研究:采用半理论半经验的方法,建立的金坛盐矿盐岩的蠕变损伤本构关系,该本构模型能够反映盐岩的稳态蠕变和加速蠕变。4.盐岩蠕变损伤本构关系应用研究:通过三维数值方法对盐岩蠕变损伤本构关系进行了编程,结合储气库建设实例对本构关系进行了验证,研究了储气库运行过程中的腔周损伤演化规律、体积变形规律等。5.盐岩储气库洞形优化研究:采用数值模拟方法研究了不洞体积、不同腔体形状下储气库腔周塑性区范围、变形规律及长期流变下的体积变形规律,针对金坛盐矿新建溶腔提出了储气库的最优腔体形状。6.金坛盐矿已有溶腔可用性评价:结合金坛盐矿已有采空区筛选获得的6口进行储气库改造的溶腔,通过数值模拟方法对溶腔的长期体积变形规律、损伤区、最佳采气速率等进行了研究,并结合突破压力对其地质密封性进行了评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状和研究意义
• 1.2.1 盐岩力学特性国外研究现状
• 1.2.2 盐岩力学特性国内研究现状
• 1.2.3 储气库建设国内外现状
• 1.2.4 本课题研究意义
• 1.3 主要研究方法和研究内容
• 1.3.1 主要研究方法
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 盐岩的强度特性实验研究
• 2.1 实验设备和实验方法
• 2.2 盐岩试样简介
• 2.3 盐岩压缩实验力学特性分析
• 2.3.1 盐岩压缩实验曲线
• 2.3.2 应力应变全过程特征分析
• 2.3.3 盐岩的强度特征
• 2.4 盐岩压缩实验数值模拟验证
• 2.5 结论
• 第三章 盐岩蠕变特性实验研究
• 3.1 盐岩蠕变特性实验研究
• 3.1.1 盐岩不同偏应力不同围压蠕变实验
• 3.1.2 盐岩、含盐泥岩相同围压下蠕变实验
• 3.1.3 泥岩试样多级蠕变实验
• 3.2 盐岩及泥岩蠕变结果分析
• 3.2.1 盐岩单轴蠕变结果分析
• 3.2.2 盐岩三轴蠕变结果分析
• 3.2.3 盐岩、含泥盐岩及含盐泥岩比较分析
• 3.2.4 盐岩蠕变机理探讨
• 3.3 结论
• 第四章 盐岩蠕变损伤本构关系及参数研究
• 4.1 连续介质损伤力学研究方法
• 4.1.1 按孔隙面积定义的损伤变量
• 4.1.2 按弹性模量的变化定义损伤变量D
• 4.1.3 通过剩余寿命定义损伤变量D
• 4.2 盐岩蠕变本构关系概述
• 4.3 盐岩蠕变损伤本构关系的建立
• 4.3.1 蠕变损伤本构关系的建立
• 4.3.2 金坛盐矿盐岩参数拟合
• 4.4 结论
• 第五章 盐岩蠕变损伤本构编程及应用验证
• 5.1 数值模拟方法简介
• 3D及其特点'>5.1.1 三维快速拉格朗日分析程序FLAC^3D及其特点
• 3D的计算原理'>5.1.2 FLAC^3D的计算原理
• 5.2 盐岩蠕变损伤本构关系编程
• 3D 软件用户本构模型模块介绍'>5.2.1 FLAC^3D软件用户本构模型模块介绍
• 5.2.2 本构模型编程方法学
• 5.2.3 盐岩蠕变损伤本构模型编程
• 5.3 盐岩储气库蠕变损伤分析
• 5.3.1 计算模型建模
• 5.3.2 计算结果分析
• 5.4 结论
• 第六章 盐岩储气库洞形优化研究
• 6.1 金坛盐矿洞形计算模型和计算工况
• 6.2 静力计算结果分析
• 6.2.1 不同腔体形状洞周塑性区分布和位移场分布
• 6.2.2 不同形状腔体腔周最大位移比较
• 6.3 不同洞形流变计算结果分析
• 6.4 结论
• 第七章 金坛盐矿已有溶腔可用性评价
• 7.1 金坛盐矿已有溶腔概况
• 7.1.1 西1、西2 腔体
• 7.1.2 东1、东2、岗1、岗2 腔体
• 7.2 金坛盐矿已有溶腔三维计算模型
• 7.2.1 西1、西2 腔体计算模型的建立
• 7.2.2 金坛盐矿东1、东2、岗1、岗2 腔体三维数值建模
• 7.3 恒定内压下已有溶腔长期体积变形规律及损伤区研究
• 7.3.1 计算方案
• 7.3.2 腔体体积变形规律
• 7.3.3 腔周损伤区分析
• 7.4 金坛盐矿已有溶腔采气速率研究
• 7.4.1 计算方案
• 7.4.2 应力场分布
• 7.4.3 体积减少规律分析
• 7.4.4 体积变化速率分析
• 7.5 金坛盐矿已有溶腔突破压力和密封性分析
• 7.5.1 突破压力概念
• 7.5.2 已选老腔顶板岩层的密封性分析
• 7.6 结论
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 在读期间科研成果统计
• 致谢