傳熱-對流-傳質(zhì)耦合作用下鹽巖水平溶腔的流體運移.pdf

1、鹽巖體是國際上公認的儲存能源的理想介質(zhì)，在我國，鹽巖礦床地下儲庫作為“西氣東輸”工程的配套工程，主要用來應對因為季候變化所導致的調(diào)峰不協(xié)調(diào)和突發(fā)事件中的應急供氣。其它國家鹽巖儲庫通常建設在深埋的鹽丘中，且大多屬垂直儲庫，但我國鹽巖礦床的特征為：鹽巖層數(shù)相對較多，單層厚度較薄、軟弱夾層較多，直接應用國外建造垂直型鹽巖儲庫的工藝，必然會穿過較多的夾層，一方面儲庫建造的復雜程度和難度不斷增加，另一方面在后期運營中，儲庫的穩(wěn)定性同樣會受到極大的

2、影響。
　　基于我國鹽巖礦床的特點，本文以層狀鹽巖礦床中水溶造腔為背景，通過實驗和數(shù)值模擬相結合的方式對鹽巖水平溶腔的造腔過程中的傳熱—對流—傳質(zhì)耦合作用下流體運移進行研究，研究成果對工程實踐有一定的指導意義。
　　主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）建立與工程中鹽巖水平溶腔相似的圓柱形腔體模型。本文采用量綱分析法中的π定理建立相似準則，并確定工程與模型的相似比，根據(jù)相似比確定實驗中的管柱參數(shù)和流量大小等，為了利于觀測實驗中

3、的流體運移情況，模型腔體采用有機玻璃制成，實驗過程與實際工程中的注水排鹵工藝相同，完成實驗前的準備工作。
　?。?）流體運移示蹤劑法實驗。考慮不同套管間距、注水流量、鹽水濃度、循環(huán)方式以及射流方式五種工藝條件下的流體運移規(guī)律差異。得出鹽巖水平溶腔流場分布從上到下依次為：緩沖擴散區(qū)、對流擴散區(qū)和飽和沉淀區(qū)。緩沖擴散區(qū)為鹽巖溶蝕的主要區(qū)域，對流擴散區(qū)是高濃度鹽水與低濃度鹽水的混合的主要區(qū)域，飽和沉淀區(qū)的鹽水濃度幾乎接近飽和，所以此區(qū)域

4、的鹽巖溶解速度很小?；谖宸N工藝對水平溶腔流體運移的綜合評價，建議套管間距為20 m，注水流量為150 m3/h，循環(huán)方式采用正循環(huán)，射流方式采用單孔射流，較有利于鹽巖水平溶腔的建造。同時實際工程中要采取一定的措施合理控制上溶，且在設計管柱系統(tǒng)在水平鹽巖層中的位置時，在保證留有底板的前提下，管柱系統(tǒng)盡量選擇鹽巖層較低層位，以滿足腔體穩(wěn)定性和對鹽巖層空間利用率的最大化。
　　（3）THC耦合作用下鹽巖水平溶腔造腔期流體運移數(shù)值模擬。

5、通過FLUENT軟件對造腔期的流場、濃度場和溫度場進行數(shù)值模擬，研究不同套管間距、注水流量和循環(huán)方式三種工藝條件下，THC耦合作用下的流體運移規(guī)律，得出巖鹽水平溶腔流場分布規(guī)律：從中心管注入的淡水明顯的向腔體上部偏轉運移，進入腔體頂部的緩沖擴散區(qū)，然后遇到腔體上壁面限制后，沿上壁面運移，緩沖擴散區(qū)的流速最大，飽和擴散區(qū)的流速最小，對流擴散區(qū)的流速居中。巖鹽水平溶腔濃度場分布規(guī)律：除了注水口區(qū)域的鹽水濃度較低以外，其它區(qū)域的鹽水濃度均較高

6、。巖鹽水平溶腔溫度場場分布規(guī)律與濃度場分布規(guī)律相似?；谔坠荛g距、注水流量和循環(huán)方式三種工藝對THC耦合作用下的鹽巖水平溶腔流體運移的綜合影響，建議套管間距為20 m，注水流量為150 m3/h，循環(huán)方式采用正循環(huán)，較有利于鹽巖水平溶腔的建造。
　?。?）鹽巖水平溶腔腔體邊界擴展規(guī)律研究。注水開采初期，腔內(nèi)流體流動主要集中在進水口與出水口之間，注入淡水對出水口的左端區(qū)域擾動幾乎很小，該區(qū)域的流體流速極小，溶鹽高度極小。隨著注水時間