鹽巖水平溶腔儲庫建造與運行穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究.pdf

1、鹽巖礦床地下道意外故障的應(yīng)急供氣。與國外的巖床有很大的不同，我國儲庫的建造，是“西氣東輸”工程的主要配套工程，主要用于解決由于季節(jié)、氣候變化導(dǎo)致的不平衡調(diào)峰以及管鹽巖礦床具有鹽巖層數(shù)多、鹽層厚度薄、軟弱夾層多的特點。國外普遍利用深部鹽丘建造垂直型儲氣庫，直接借鑒國外建造垂直型鹽巖溶腔儲庫，勢必會導(dǎo)致儲庫穿越較多的夾層，不僅增加了儲庫建造的難度和復(fù)雜程度，而且使儲庫的致密性與穩(wěn)定性在后期運行過程中受到很大的影響。本文以在層狀鹽巖礦床中以水

2、溶建腔方式建造水平儲庫為背景，基于某鹽礦地質(zhì)條件，通過FLAC3D數(shù)值模擬對水平溶腔儲庫建造及運行穩(wěn)定性進行了模擬研究，其研究結(jié)果可對現(xiàn)場實踐提供參考和技術(shù)支持。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)通過假設(shè)溶腔截面面積（扁橢圓形）為980 m2，長軸與短軸的比例分別為1.5∶1,2∶1,2.5∶1,3∶1。按照這樣的比例，橢圓形截面硐室長軸與短軸分別為21.65×14.4,25×12.5,27.95×11.15,30

3、.6×10.2，假定硐室頂鹽厚度分別為10m,20m,30m,40m。針對這幾種情況，進行數(shù)值模擬，找出適合該地層條件下最優(yōu)化的項鹽厚度，長短軸之比，以及最小內(nèi)壓。同時對溶腔取不同的采氣速率來進行穩(wěn)定性數(shù)值模擬，通過分析從最大內(nèi)壓降低到最小內(nèi)壓后的體積收縮率，從而確定最優(yōu)化的采氣速率。
　　 (2)鹽巖溶腔建造過程中圍巖穩(wěn)定性判據(jù)采用庫倫摩爾準則;運營過程中儲庫鹽巖穩(wěn)定性采用CPOWER模型，該模型具有簡單、參數(shù)少的特點，可以較

4、好的模擬溶腔在各種工況條件下的體積收縮率，以及溶腔周圍塑性區(qū)的分布。
　　 (3)在相同的長短軸之比和相同內(nèi)壓的條件下，溶腔周圍的塑性區(qū)范圍隨著頂鹽厚度的增加，呈先減小后增大的趨勢。由于本文采用的是庫倫摩爾準則，彈性模量與巖體的變形有關(guān)，影響沉降大小;泊松比與側(cè)壓系數(shù)有關(guān)，影響巖體的水平應(yīng)力和位移;塑性區(qū)破壞范圍與內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角有關(guān)，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角越大越不容易發(fā)生塑性破壞。該地區(qū)鹽巖上部是鈣芒硝層，它的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角都比鹽

5、巖要小，相比鹽巖更容易發(fā)生塑性破壞。當(dāng)腔體頂鹽厚度是10m，距離鈣芒硝層近，塑性區(qū)破壞（鹽巖部分和鈣芒硝部分）會非常的大，其中鈣芒硝塑性破壞占很大的部分。但是隨著頂鹽厚度的增加，鹽巖塑性破壞占主要部分。
　　 (4)針對該鹽礦的地質(zhì)條件，在相同的截面條件下，不同頂鹽厚度，不同的長短軸之比，不同的內(nèi)壓，對儲庫在運行過程穩(wěn)定性進行了數(shù)值模擬，通過運行一定時間后的儲庫周圍的塑性破壞范圍，可以得出該鹽礦最優(yōu)化的頂鹽厚度為40m，截面形狀