地下石油洞库水幕设计原则与连通性判断方法研究

地下水封石油洞库建设技术在我国刚刚起步,其水幕系统设计理念和方法还不成熟。结合我国首个大型地下水封石油洞库工程,研究水幕系统设计原则与连通性判断方法,分析水文地质条件对水封方式选用、水幕系统布置和水幕连通性测试的影响,并根据现场试验结果,研究水幕连通性判断方法,提出改进的连通性测试方法。通过研究发现,地下水封石油洞库水封方式的选择需充分考虑库区水文地质情况,而垂直水力梯度是判断洞库水封性的重要参数;人工水封方式中水幕孔应尽量垂直于结构面走向布置;水幕连通性判断可综合单孔注水试验与分区有效性试验结果进行,并考虑库区渗流场分布与变化规律对试验结果的影响;改进的水幕连通性测试方法适用于不同水文地质条件下水幕孔连通性测试。该研究成果可为地下水封石油洞库水幕设计提供重要依据,并为岩体渗流特性研究提供不可多得的工程实例。     

海岛地下水封洞库围岩稳定性及水封可靠性研究

为提高我国的石油储备量及海岛资源利用率,在海岛环境建造地下水封油库成为了一种新的思路。海岛环境相比于内陆具有更好的水力条件,且可作为港口,便于油品运输。以某海岛地下水封油库为依托,基于流固耦合理论,采用有限元数值模拟方法对海岛环境建造地下水封洞库的围岩稳定性和水封可靠性进行研究。结果表明:在海岛环境建造地下水封洞库围岩的应力和位移均较小,可以满足围岩稳定性要求;在不设置水幕系统情况下,开挖地下洞库会在洞库上方形成明显的降落漏斗,部分洞库顶部甚至发生疏干现象,无法满足水封可靠性要求;在设置水幕系统后,地下洞库上方可形成较大厚度的地下水覆盖层,可以满足水封可靠性要求。该成果对在海岛环境下建造地下水封洞库的研究具有借鉴意义。     

地下石油洞库水幕设计原则与连通性判断方法研究

 地下水封石油洞库建设技术在我国刚刚起步,其水幕系统设计理念和方法还不成熟。结合我国首个大型地下水封石油洞库工程,研究水幕系统设计原则与连通性判断方法,分析水文地质条件对水封方式选用、水幕系统布置和水幕连通性测试的影响,并根据现场试验结果,研究水幕连通性判断方法,提出改进的连通性测试方法。通过研究发现,地下水封石油洞库水封方式的选择需充分考虑库区水文地质情况,而垂直水力梯度是判断洞库水封性的重要参数;人工水封方式中水幕孔应尽量垂直于结构面走向布置;水幕连通性判断可综合单孔注水试验与分区有效性试验结果进行,并考虑库区渗流场分布与变化规律对试验结果的影响;改进的水幕连通性测试方法适用于不同水文地质条件下水幕孔连通性测试。该研究成果可为地下水封石油洞库水幕设计提供重要依据,并为岩体渗流特性研究提供不可多得的工程实例。     

地下水封式液化石油气储藏洞库修建技术

结合汕头地下水封式LPG储库的修建,研究储气库的水压密封原理及LPG洞储的气密条件,并通过渗流场的三维数值模拟,得出储气库周围的压力水头及水力梯度的分布规律,验证气密性条件和设置人工水幕的必要性。由于洞库是裸洞储气,且埋深大、跨度大,因此进行了洞室稳定性的三维数值分析,同时优化施工方案,确保施工及运营过程洞室的稳定性。介绍注浆和水幕钻孔技术,这是地下水封式LPG储库修建的两项关键技术,良好的注浆效果可以减少开挖期间的渗漏水、有利于保持必要的水位线、有利于封闭裂隙而减少气体逃逸,水幕钻孔是运营期间水幕保持良好工作状态的保证。汕头地下水封式LPG储库的修建技术对今后我国地下水封式储气库的设计、施工都有一定的参考价值。     

地下交通洞施工技术对湛江水封洞库施工的借鉴

1湛江地下水封洞库工程概况 湛江地下水封洞库地下部分为原油洞罐及其配套设施，包括原油洞罐（10个主洞室）、竖井（10个）、水封墙、水幕系统（8条水幕巷道）、施工巷道（3条主施工巷道、15条连接巷道）、监测设施（运行安全监测和储油水封控制监测1等。其中占工程主体的基本都是地下巷道及洞库的施工。由于溧阳抽水蓄能电站地下交通洞在施工原理上与地下水封洞库巷道与洞库基本相似，因此分析与了解其施工技术与结构原理，对湛江地下水封洞库的建设具有重大的指导和借鉴意义。     

水封油库地下水位动态变化特性数值研究

为认识水封石油洞库区地下水位的动态变化过程,以黄岛地下水封石油洞库的基本地质条件为依据,采用饱和非饱和非恒定流数值分析方法,对水封油库在施工期和运行期可能出现工况下的地下水位变化情况进行了全过程数值仿真计算,分析了不同时期洞库区附近岩体的地下水位分布特点及变化过程。研究表明水封油库区内的地下水位变化过程主要受岩体渗透系数、洞库开挖方式和运行方式的影响;当洞库区岩体渗透系数大于 m/s 时,洞顶上方岩体中的地下水将被疏干,必须设置水幕系统来保证洞库的水封效果。     

惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。     

大型地下石油洞库自然水封性应力-渗流耦合分析

根据地质条件,地下水封石油洞库可以选择自然水封或人工水封方式。以中国首个大型地下水封石油洞库为背景,开展了岩石三轴压缩试验和现场水文试验,获得了洞库围岩变形特征和渗透特性,采用应力-渗流耦合理论,分析了该地下石油洞库的自然水封性与稳定性。岩石三轴实验表明,岩体受剪作用下体积变化情况与剪胀性密不可分。现场水文试验表明,洞库渗透系数存在一定的不确定性。通过数值分析得出如下结论：自然水封条件下,洞库水位将不满足水封要求;地下水封洞库实现水封条件的水头受水力梯度和岩体渗透性影响;洞库施工期涌水量与渗透系数存在着分形关系;施工期各洞室拱顶沉降为19～32 mm,水平收敛为16～35 mm。研究成果为中国首个大型地下水封石油洞库工程建设提供了科学依据。     

新型压水试验在某地下石油储备库中的运用

水文地质条件对地下水封洞库工程至关重要,如何取得准确的水文地质参数是水文地质工作的重中之重,直接关系到整个洞库的运营成本与水封成败,而水幕孔渗透系数的获取,却不同于国内现行规范、规程,应根据钻孔基岩的渗透能力的不同选用不同的试验方法,并运用相应的分析手段,从而求得最为准确的水文地质参数。本文以某地下水封洞库为例,详细讲述目前最精确的水幕孔单孔压水试验方法 -注水-消散试验的试验流程、数据解译,以供业内同行借鉴与研究。     

地下水封洞库岩体渗透系数估算研究

 在分析现有主要岩体渗透系数估算模型适宜性的基础上,根据地下水封洞库区岩体渗透性特征,依据烟台LPG洞库岩体渗透系数测试数据,以岩石质量指标(RQD)、岩体完整性指标(RID)、裂隙宽度指标(AD)、岩石渗透性指标(LPD)为建模指标,建立地下水封洞库岩体渗透系数估算模型--RMP模型,并采用该RMP模型估算青岛地下水封洞库区14个钻孔277段岩体的渗透系数。研究结果表明,青岛地下水封洞库岩体渗透系数空间分布随机性较大,其中57.04%的渗透系数集中于10－4 m/d≤K＜10－3 m/d的区间内。研究成果对地下水封洞库工程的水幕系统设计和水封效果评价具有一定理论意义和工程参考价值。     

瞬变电磁法在地下储油洞库水幕质量检测中的应用

地下水封储油洞库水幕形成的质量是工程建设的关键,但是现阶段的检测方法均不能直观判断洞库整体水幕的形成质量,且都具有一定的盲目性。文中主要通过对储油洞库的水幕巷道两个测段进行水幕质量检测,对充水前后的视电阻率等值线图加以分析,来判断水幕的形成质量。分析结果表明:利用瞬变电磁对低电阻体(含水体)的高敏感性,对水幕形成(水幕孔充水)前后洞库水幕区岩体内的裂隙以及节理等构造的含水情况进行检测,并加以对比分析,可以直观地判断水幕的形成质量。     

基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价

 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50 kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9～30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。     

地下水封洞库水幕系统试验综合分析

大型地下水封洞库项目建设过程中的关键点与难点是对地下水的控制,为了给设计与施工工作提供良好的数据支持与技术指导,结合国内首个大型地下水封洞库项目,在水幕系统内开展了大量的水文试验以及各种水文监测工作。将大量的试验数据进行统计分析,可得知洞库上覆岩体的渗透系数、围岩的富水程度及稳定静水压力是极不均匀的。利用部分统计数据计算了洞室的涌水量,将理论计算结果与实际监测数据进行对比,得知理论计算量普遍大于实际监测数据,而利用地下水动力学方法计算的洞室涌水量与实际相接近。可为后期地下水封洞库建设提供工程借鉴。     

地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究

地下水封石油洞库建设具有投资大、无成熟设计施工规范、不确定因素多等特点,建设过程中存在着一定安全风险,开展地下水封石油洞库施工期安全风险评估研究具有重要意义。针对地下水封石油洞库施工期安全风险,从洞库稳定性与水封性两个方面,开展了洞库施工期安全风险评估研究,结合中国首座大型地下水封石油洞库工程对研究结论进行了验证。研究中,开展了地下水封石油洞库风险因子识别,进行了风险因子重要性和引发功能失效概率调查;采用模糊数学方法获得了风险因子模糊权重集和模糊评价集,得到了风险因子影响程度排序;总结了某地下水封石油洞库建设中典型稳定性和水封性风险事故,分析了事故发生原因,并与上文所得风险因子影响程度进行了对比验证。研究结果不但为提高地下水封石油洞库风险管理水平提供支撑,而且还可丰富地下工程安全风险评估研究内容。     

考虑流固耦合的地下储油洞库稳定性研究

应力场与渗流场耦合是影响水封式地下储油洞库群稳定性的重要因素之一。洞库群的开挖导致形成区域地下水降落漏斗,因此储库水封系统必须保证稳定的地下水位。以“黄岛地下水封洞库工程”的设计方案为模型,基于流固耦合分析理论,采用有限差分软件Flac3D进行数值模拟,主要分析了饱和水状态下,渗流场对洞库周围围岩应力、位移变形和孔隙水压力的影响,并确定合理的水封方案和最优的水封巷道高度。文中所得结论对实际地下洞库群的设计施工具有一定的参考价值。     

GFRP锚杆用于地下水封储油洞库支护可行性分析

地下水封储油洞库技术是当前被广泛采用的一种储存原油的技术,但其洞库内壁岩层的整体稳定性一直是制约其发展的难题。钢筋锚杆可用于洞库内壁岩层支护,但是钢筋锚杆的腐蚀性使其具有一定的局限性,非金属材料锚杆用于地下水封储油洞库支护亟待研究发展。针对这一问题,从地下储油洞库内壁岩体稳定性、GFRP锚杆特性等方面展开讨论,对GFRP锚杆用于地下水封储油洞库支护可行性进行分析。     

地下水封石油洞库水封准则研究

水封准则是地下水封石油洞库设计与运行管理的基础。为获取工程应用更加简便实用的地下水封石油洞库水封准则,基于裂隙水流动阻力效应的研究,建立了气压推动裂隙水迁移的油汽逃逸模型;根据裂隙水迁移启动的临界条件,推导了铅直裂隙和倾斜裂隙中裂隙水满足油汽封存的临界水封厚度计算公式,讨论了临界水封厚度条件下洞库的原油水封效果。利用气液两相流数值分析成果和工程实际监测成果,论证了提出基于临界水封厚度的地下水封石油洞库水封准则的正确性。     

地下水封储油洞库群注浆与水封平衡性研究

为达到国际能源组织要求的保有90 d以上石油进口量储备的建议,我国需建立大量地下水封石油储备库,以确保能源安全。目前地下储油洞库的注浆与水幕系统的水封平衡性问题研究还是空白。以锦州地下国储项目为背景,从裂隙岩体宾汉流体流动规律出发,建立裂隙网络pipe管网模型,实现对浆液进行迭代计算从而求得注浆长度;基于注浆强度值概念,提出适用于需要考虑注浆与水封平衡性的地下储油洞库的改进注浆隧道(GIN)能量法,给出GIN包络线各项参数的计算方法;同时,通过裂隙网络中每一条裂隙注浆长度的立方和求出GIN;最后将锦州4个储油洞库根据地质条件分为不同的5个GIN强度值区域进行注浆,避免过高注入压力可能引起的裂隙劈裂和过量浆液的浪费,最后,6个试验点注浆注入孔基本吻合GIN包络线。     

地下水封储气洞库原理及数值模拟分析

 结合我国第一座地下水封储气洞库工程, 对水封式地下储气洞库的原理及设计作了简单的论述。通过数值模拟方法对地下水封储气洞库从理论上进行了分析探讨。为我国地下储气洞库工程的发展、设计和施工提供了理论依据。     

基于微震监测的地下水封石油洞库施工期围岩稳定性分析

 采用加拿大ESG微震监测系统对锦州某大型地下水封石油洞库局部开挖过程进行实时监测和分析,圈定监测范围内围岩潜在危险区域,再现开挖过程中洞库失稳区域的岩体微破裂萌生、发展和集聚。结果表明：(1) 采用人工定点敲击试验对监测系统定位性能进行测试,确定研究区域岩体整体等效P波波速为5 200 m/s,传感器阵列范围内的震源定位误差小于8 m;(2) 监测区域岩体微破裂呈2个条带状聚集,一条位于水幕巷道6东侧,水幕巷道1和2范围,与水平面呈缓倾角。另一条位于储油洞室1北与1南范围2+40～2+60里程区域内,与该区域辉绿岩脉分布范围一致,说明微震监测系统可以查明判别岩脉等软弱结构面情况。这是由于大断面的储油洞室的强开挖卸荷,高能量的释放导致岩脉的“过度”损伤,从而诱发大量的微破裂。研究结果证明微震监测技术在地下水封石油洞库这种特殊岩体结构中应用的可行性,为后期大规模微震监测系统的构建与实施提供参考依据。