盐穴天然气地下储气库腔群优化配产模型

根据盐穴储气库注采运行特性,将储气库多腔注采运行考虑为一个系统,在满足城市调峰需求、溶腔注采井筒不被天然气冲蚀和溶腔最低运行压力3种约束限定条件下,以腔群总压降最小为优化目标,提出了盐穴储气库腔群配产模型,基于有约束条件的复形调优法对模型进行了求解,确定出库内各单腔的最佳采出量.模拟结果表明优化配产后各溶腔压降明显低于均产,优化配产后溶腔总压降低于等量配产0.717 MPa.对于大容积采气能力高的溶腔,可实现大流量的采气,研究成果可应用于盐穴储气库注采运行方案的确定及多腔优化生产调度.     

双井水平盐腔恒定内压的天然气储库

盐岩是国际公认的能源储存理想介质。中国盐岩呈层状分布并具有单层厚度薄、杂质含量高、含有众多不可溶夹层的特点,故地下能源储库更宜采用水平腔体形式。为保证水平盐腔的运营安全且实现整个候选场址能源储库总容积的最大化,提出双井水平盐腔恒定内压的储气库形式,即在水平腔体中对称均匀设置两口井,分别用于注采天然气和卤水,并保持运营过程中腔体内气压为恒定最大值。根据金坛盐岩实际地质构造及岩石力学参数,使用FLAC^3D有限差分软件,建立双井水平盐腔恒定内压储气库模型进行数值模拟,从稳定性、密闭性、可使用性和井喷分析4个方面研究其长期运营的可行性和安全性;另设置对照组模拟传统腔体的工作状态,与其进行对比。结果表明：双井水平盐腔恒定内压储气库满足长期运营安全性等各方面的要求,且其性能明显优于传统储气库;此外,该储气库形式还具有经济、灵活、调峰能力强,能很好地应对井喷,相同容积造价低,能充分利用盐层密集建腔等诸多优点,是适合中国盐岩特点的储气库形式。     

盐岩非线性流变性态及地下复杂溶腔变形数值分析

针对平顶山盐田盐岩层数多、单层厚度薄、泥岩夹层多的特点,建立等效复合单元代替互层状盐岩体,利用ABAQUS软件对马庄井田的地下溶腔进行三维数值模拟研究,探讨不同内压下,腔周塑性区围岩的非线性流变性态以及溶腔体积缩减规律。结果表明:(1)等效复合单元在稳态蠕变阶段具有较好的数值稳定性,泥岩能有效地限制黏塑性区范围以及围岩向洞内位移的发展;(2)在围压(8 MPa)作用下,互层状盐岩单元体基本呈现线性小变形特征,溶腔体积收缩率与蠕变持续时间均呈现最低值,分别为3%与2.5 a,随着内压增大(8~12 MPa),互层状盐岩单元体开始呈现非线性蠕变,但经过较短时间后(2.5 a)体积收缩率逐渐稳定至一较小值,约为3.5%,随着内压的迅速减小(≤4 MPa),腔周盐岩逐渐呈现非线性大变形特征,表现为稳态蠕变时间增长,蠕变速率增加,5 a后围岩蠕变仍在稳定增加;(3)塑性区围岩内的黏滞系数随时间普遍加大,体现了互层状盐岩在储气运行过程中越来越稳定的变形趋势,因此,实际运行时储气压力应控制在合理范围(4~12 MPa),尤其要减少在较小内压下的蓄气运行时间。     

压力失控条件下盐岩储气库腔内压降规律解析

盐岩储气库在极端条件下压力失控工况的分析对储库运营安全控制有重要意义。基于理想气体1维定常流动理论,引入时间变量分别建立了井管管壁无摩擦和有摩擦两种情形下储库溶腔内部压力随时间变化的数学模型,用分离变量法求出井喷失控状态下储库腔内压力变化的解析表达式,并通过实验进行了对比验证。分析表明,盐岩储库腔压降时程曲线呈指数型衰...     

断层对盐岩储库流-固耦合及稳定性的影响

层状盐岩中天然气储库围岩存在节理裂隙或断层,可能会增大天然气渗漏的风险.为研究断层对盐岩天然气储库流-固耦合特性及稳定性的影响,建立了有断层的盐岩天然气储库数值模型,分析储库围岩的扩容、渗流深度、塑性区扩展范围和流变变形.结果表明,围岩断层附近围岩应力、应变集中和扩容现象明显,渗透率增大;在地应力和渗流压力(洞室天然气内压)共同作用下,断层岩体渗流深度、塑性区深度和变形均比其他部位大;加大天然气内压渗流深度增大,但可提高围岩稳定性.研究成果对遇断层盐岩储气库的设计和安全运行具有一定的指导作用.     

深部硬岩脆-延性转化行为的细观损伤模型研究

试验研究表明在压缩荷载作用下,围压对低孔隙率硬岩的强度、破坏模式、剪胀性等具有重要的影响。在围压不断增大的条件下,硬岩的破坏特性将呈现由脆性向延性转变的趋势。本研究旨在基于细观力学方法分析硬岩的脆-延性破坏机理,探究脆-延性转化过程中非弹性变形、损伤与围压的定量关系,继而构建细观损伤力学模型描述深部硬岩在不同压缩荷载作用下的脆-延性转化力学行为。为了验证所构建模型的合理性和有效性,通过UMAT子程序将其嵌入有限元软件Abaqus后模拟了低孔隙率砂岩（10~120 MPa）和Tavel石灰岩（10~150 MPa）在常规三轴加载下的力学行为。对比发现数值模拟结果与试验数据具有较好的一致性,说明细观损伤力学模型能够较好地捕捉硬岩随着围压增加表现出的从脆性到延性转化的力学特性,也初步表明基于细观力学的分析方法可以为解译深部岩石的力学行为提供理论支撑。     

小井间距双井溶腔长期稳定性研究

小井间距双井水溶造腔技术是一种较为新颖的盐穴储气库建造方法,其溶腔形状与单井有较大区别。基于数值分析的方法,对小井间距双井水溶造腔技术下的溶腔长期稳定性进行研究。研究结果表明:运行30 a后的腔体体积收缩率、腔顶沉降量以及塑性区体积都在安全范围之内,小井间距双井溶腔可用作地下储气库。在内压周期性变化条件下,相同时间内其周期数量越多,则腔体低压连续运行的时间越短,腔体的体积收缩率、腔顶的沉降量越小。     

盐穴储气库双井造腔技术现状及难点分析

目前我国在盐层建库主要采用单井溶腔技术,但常用的单井溶腔技术无论在造腔体积、建库周期等方面均已不能满足我国盐穴储气库建设日益增加的需求,而盐穴储气库双井溶腔技术具有增大注水排量、降低能耗、增大腔体体积、缩短建库周期等优点,因此在综合分析国外盐穴储气库双井溶腔技术及难点的基础上,指出腔体形态设计与控制、腔体形态监测与工艺参数优化等是国内盐穴储气库双井溶腔技术存在的主要问题,并提出了相应的解决措施。     

考虑裂缝变形的地下储气库数值模拟研究

在Warren-Root双孔模型的基础上,考虑了枯竭裂缝性油藏型储气库运行过程中,压力反复升降使介质发生不完全可逆变形对储气库孔隙度和渗透率的影响,建立考虑介质变形的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算.算例分析表明:随储气库运行时间的增加,考虑变形的储气库压力和注气井井底流压逐渐升高、孔隙度和渗透率逐渐降低;而未考虑变形的储气库压力在一定范围内波动,注气末井底流压基本保持不变;在模拟储气库运行4年后,考虑变形计算的储气库压力比未考虑变形储气库压力高1.2 MPa,注气井井底流压高2.96 MPa,孔隙度是原始孔隙度的0.96,渗透率是原始渗透率的0.87,由此可见裂缝性油气藏型地下储气库的地层变形不能忽略,建议在天然气地下储气库矿场应用和理论研究时考虑裂缝变形对储气库的影响.     

动态开挖模拟技术在水电站地下厂房的应用

利用ANSYS单元生死的模拟功能,实现了对某水电站地下厂房的动态施工开挖模拟,取得了一些合理的数值分析结果.模拟过程中着重分析了在自重作用下围岩产生的地层构造应力,以及在地层应力作用下围岩的位移状况.开挖完毕后,计算得出地下厂房围岩在外荷载作用下理论最大变形量达到12.5 mm,位于山顶处,在母线洞附近的平均变形为11.1 mm.分析结果可为地下厂房的设计施工以及运行提供有效的指导.