傳熱-對(duì)流-傳質(zhì)耦合作用下鹽巖水平溶腔的流體運(yùn)移.pdf

1、鹽巖體是國(guó)際上公認(rèn)的儲(chǔ)存能源的理想介質(zhì)，在我國(guó)，鹽巖礦床地下儲(chǔ)庫(kù)作為“西氣東輸”工程的配套工程，主要用來(lái)應(yīng)對(duì)因?yàn)榧竞蜃兓鶎?dǎo)致的調(diào)峰不協(xié)調(diào)和突發(fā)事件中的應(yīng)急供氣。其它國(guó)家鹽巖儲(chǔ)庫(kù)通常建設(shè)在深埋的鹽丘中，且大多屬垂直儲(chǔ)庫(kù)，但我國(guó)鹽巖礦床的特征為：鹽巖層數(shù)相對(duì)較多，單層厚度較薄、軟弱夾層較多，直接應(yīng)用國(guó)外建造垂直型鹽巖儲(chǔ)庫(kù)的工藝，必然會(huì)穿過(guò)較多的夾層，一方面儲(chǔ)庫(kù)建造的復(fù)雜程度和難度不斷增加，另一方面在后期運(yùn)營(yíng)中，儲(chǔ)庫(kù)的穩(wěn)定性同樣會(huì)受到極大的

2、影響。
　　基于我國(guó)鹽巖礦床的特點(diǎn)，本文以層狀鹽巖礦床中水溶造腔為背景，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式對(duì)鹽巖水平溶腔的造腔過(guò)程中的傳熱—對(duì)流—傳質(zhì)耦合作用下流體運(yùn)移進(jìn)行研究，研究成果對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。
　　主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）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(zhǔn)則，并確定工程與模型的相似比，根據(jù)相似比確定實(shí)驗(yàn)中的管柱參數(shù)和流量大小等，為了利于觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中

3、的流體運(yùn)移情況，模型腔體采用有機(jī)玻璃制成，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)際工程中的注水排鹵工藝相同，完成實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。
　?。?）流體運(yùn)移示蹤劑法實(shí)驗(yàn)。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(yùn)移規(guī)律差異。得出鹽巖水平溶腔流場(chǎng)分布從上到下依次為：緩沖擴(kuò)散區(qū)、對(duì)流擴(kuò)散區(qū)和飽和沉淀區(qū)。緩沖擴(kuò)散區(qū)為鹽巖溶蝕的主要區(qū)域，對(duì)流擴(kuò)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(duì)水平溶腔流體運(yùn)移的綜合評(píng)價(jià)，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(shí)實(shí)際工程中要采取一定的措施合理控制上溶，且在設(shè)計(jì)管柱系統(tǒng)在水平鹽巖層中的位置時(shí)，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(duì)鹽巖層空間利用率的最大化。
　?。?）THC耦合作用下鹽巖水平溶腔造腔期流體運(yùn)移數(shù)值模擬。

5、通過(guò)FLUENT軟件對(duì)造腔期的流場(chǎng)、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)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(yùn)移規(guī)律，得出巖鹽水平溶腔流場(chǎng)分布規(guī)律：從中心管注入的淡水明顯的向腔體上部偏轉(zhuǎn)運(yùn)移，進(jìn)入腔體頂部的緩沖擴(kuò)散區(qū)，然后遇到腔體上壁面限制后，沿上壁面運(yùn)移，緩沖擴(kuò)散區(qū)的流速最大，飽和擴(kuò)散區(qū)的流速最小，對(duì)流擴(kuò)散區(qū)的流速居中。巖鹽水平溶腔濃度場(chǎng)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(chǎng)場(chǎng)分布規(guī)律與濃度場(chǎng)分布規(guī)律相似。基于套管間距、注水流量和循環(huán)方式三種工藝對(duì)THC耦合作用下的鹽巖水平溶腔流體運(yùn)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(kuò)展規(guī)律研究。注水開采初期，腔內(nèi)流體流動(dòng)主要集中在進(jìn)水口與出水口之間，注入淡水對(duì)出水口的左端區(qū)域擾動(dòng)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(shí)間