地下盐穴储气库泄漏原因及防治措施研究

良好的密闭性能是盐穴储气库安全运营的基本前提,但地质赋存条件复杂、建库实践不足、理论体系不完备等均会导致盐腔遭遇各类泄漏风险。根据国内外的工程实践及事故统计,再结合盐穴储库特有的工程地质条件和运行工况,总结出三大泄漏因素（地质因素、工程因素、人为失误）和4种泄漏类型。地下盐穴储气库潜在的泄漏类型有夹层密闭性不足引起的气体近水平漏失、盖层被突破失效致使气体上窜、井筒完整性不足致使气体逃逸、夹层与断层连通致使气体流向断层。最终,依据各自的泄漏特征提出了相应的预防处置措施,以防止气体泄漏事故的发生和大范围的蔓延。由于我国盐穴储库的发展暂时处于上升期,研究结果对深部盐穴储气库的安全建设具有一定的借鉴和指导意义。     

盐岩蠕变相似模型及相似材料研究

相似材料模型试验是研究岩土工程的重要手段之一。基于相似理论,应用量纲分析法,推导考虑盐岩蠕变特性的相似模型,得到相关参数的相似判据,并以不同粒径的工业盐、精铁粉为骨料,环氧树脂、乙二胺为黏合剂构成相似材料,经过大量的材料配比力学试验,得到了一种基本满足金坛盐岩蠕变相似模型要求的材料配比,为开展盐岩地下油气储库建造及运营期的变形、破坏相似材料模型试验打下了坚实的基础     

渗流诱发套损机制与数值计算

油田套损是石油工程中的一大技术难题,多年来困扰着各油田。大量的现场调查和理论分析表明,油田套损与油藏渗流场动态变化密切相关。无论是剪切套损、拉伸套损还是挤压套损,都是渗流引起应力场调整,最终导致套管受力损伤。基于油藏流固耦合理论,分析了油田渗流诱发套损的机制,建立了油藏渗流-应力耦合计算的数学模型,并介绍了利用流固耦合进行套损预测计算的算例,对于套损防控具有重要的理论指导意义。     

考虑饱和-非饱和渗流、温度和应力耦合的三维有限元程序研制

在探索多场耦合理论基础上,研制出了一个考虑饱和-非饱和渗流场和温度场对应力场作用的三维弹塑性有限元程序,该程序采用了以下简化假设：不考虑力学过程和渗流过程对温度场产生的影响,而只考虑变温对力学过程产生的影响;不考虑力学过程和温度场对渗流场产生的影响,而只考虑渗流场对力学过程产生的影响。经与弹性力学解析解对比,验证了该程序计算结果是合理的。     

盐岩储气库注气排卤期剩余可排卤水分析

地下盐穴溶腔注气排卤过程中天然气和卤水共存,排卤管进入到卤水的深度及排卤速率决定了天然气是否会被卤水带出地表,如何调整后期排卤速率,降低排卤过程中带出天然气的风险,是注气排卤过程中的施工技术难题。针对该问题,采用流场分析理论对注气排卤后期盐岩储库腔底流场进行了模拟分析,得到排卤管外壁卤水向下流速;根据天然气气泡在卤水中的运移速率,分析确定了注气排卤后期不同剩余卤水深度下的安全排卤速率,为施工后期注气排卤速率调整提供了技术支撑。     

软基侧向变形对邻近桥台及桩基的影响和防治

基于非线性粘弹性理论,描述了土体的蠕变特性,并对某小桥桥台挡板开裂原因进行分析,同时对修建在软土中桩基与土、桥台及台背填土的相互作用进行了有限元计算,得出软土侧向挤出是挡板开裂原因的结论。对加铺地基梁的加固效果进行了计算,提出用改变工序来减少土体侧向挤出的方法,对用修建浅平基础代替桩基的工程效果进行有限元计算,论证了使用浅平基础的可行性。     

页岩各向异性特征的试验研究

为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明：(1) 龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2) 相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3) 页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。     

泥岩夹层对层状盐岩体中储库稳定性影响

针对盐矿常为不同岩层交替而成的互层盐岩体的基本特点,利用宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的三维Cosserat介质扩展本构模型的FLAC3D接口程序,对湖北云应地区的ZK1075,ZK1083,ZK1099溶腔进行了计算,不仅考虑了刚度异于盐岩的泥岩对复合体弹性特征的影响,并且考虑了由于各层内部位移协调引起泥岩夹层先行破损,进而引起复合体变形和破坏。计算结果表明,云应地区的层状盐岩体中的刚度、强度较大的泥岩夹层对层状盐岩复合体具有强化作用,对盐岩溶腔造腔后的稳定性有利。     

岩体结构与岩体水力耦合计算模型

水力耦合作用是岩体中力学过程与渗流过程相互作用的物理过程。水力耦合机理的理解是水力耦合分析的关键问题,其耦合机理是由岩体结构特性决定的。在分析岩体水力耦合过程基础上,根据岩体的基本结构及代表性单元体（REV）是否存在提出了建立水力耦合模型的方法。当裂隙岩体中不存在代表性单元体（REV）时,提出了裂隙岩体多重介质流固耦合分析的全耦合数学模型,给出流固耦合模型数值方法求解的数学模型及有限元计算表达式。程序编制和验证工作正在进行中。     

磷石膏物理力学特性初探

通过大量的室内试验,研究了磷石膏的烘烤温度与含水率的关系、烘烤时间与含水率关系、溶解度与温度关系。按土工试验规范进行试验,测得磷石膏的含水率随着烘烤温度的升高而增加,也随着烘烤时间的增长而增加,但是含水率应该是一个恒定的指标,所以磷石膏的含水率的测定不能按照现行规范进行,必须加以改进。建议在55～60℃条件下烘烤36 h或更长时间来测定磷石膏的含水率。从试验还可以得知磷石膏有一定的溶解度,且其溶解度随着温度的升高而降低。也正是由于磷石膏的溶解特性,所以在进行渗透试验和三轴剪切试验时要使用室温条件下的饱和磷石膏溶液替代水,从渗透试验结果来看,磷石膏坝渗透特性不同于一般的尾矿坝,其垂直渗透系数要大于水平渗透系数。从磷石膏的固结不排水三轴剪切试验可知,磷石膏是一种有明显的剪胀性的材料,在剪切条件下其破坏发生在孔隙水压力为负的情况下,且其破坏时的应变受围压的影响不明显。利用磷石膏的剪切破坏发生在负孔压的这一特性,理论上可以通过坝体内孔压变化的监测来预测磷石膏坝的安全性。