本文選題：水封 + 地下儲油庫�。� 參考：《西南交通大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：在全球能源緊張的背景下,許多國家相繼啟動或擴大石油儲備。根據(jù)國際能源組織建議應(yīng)保有90天以上石油進口量儲備,我國需建立年消費量10～15% (200億～300億立方米)的地下儲備庫,以確保能源安全。水封地下庫石油存儲方式是將石油及其產(chǎn)品重新注入所選異地地下空間,是國內(nèi)外石油儲備的最佳選擇和重點發(fā)展方向。儲庫洞群必須建在穩(wěn)定地下水位線以下適當(dāng)深度,人工水幕的人為水壓補給填補開挖階段和運營階段自然地下水的補給可能達不到水封效果的不足,以保證洞庫周圍的地下水壓力大于洞內(nèi)儲存介質(zhì)的壓力實現(xiàn)油庫密封。因此,水幕系統(tǒng)的水封有效是地下儲油工程的關(guān)鍵。本文以錦州和惠州兩個地下國儲項目為背景,綜合采用技術(shù)調(diào)研、理論分析、數(shù)值模擬、實驗室和現(xiàn)場試驗與測試、計算機編程、歸納和總結(jié)等手段,針對水幕系統(tǒng)的水封有效性展開了水幕系統(tǒng)建造技術(shù)、不同水幕系統(tǒng)狀態(tài)水封性能影響、不同水幕系統(tǒng)設(shè)計水封性能影響、水幕系統(tǒng)質(zhì)量檢測技術(shù)、水封油庫注漿平衡性和水幕系統(tǒng)有效性評價研究。本文從水幕系統(tǒng)建造技術(shù)著手,對水幕系統(tǒng)水封有效性進行了理論分析研究,到水幕系統(tǒng)修造完成開展了水封有效性的測試研究,同時考慮了儲油洞庫特殊工程的注漿平衡性,最后進行了水幕系統(tǒng)水封有效性的判斷評價研究。本論文主要研究工作和研究成果體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)系統(tǒng)整理和闡釋了水幕系統(tǒng)的構(gòu)成和修建方式,并且分析了水封密封性原理。同時,統(tǒng)計遞推了錦州項目采用的Q系統(tǒng)巖石分級中Q值與巖石力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)函數(shù)關(guān)系,得到了 L關(guān)系式組,實現(xiàn)了 Q值與等效力學(xué)參數(shù)的互推,并且比較了 Q值法與我國其他同類方法,提高Q值的準確性,為后續(xù)水封性研究分析提供了便利。另外,對水幕系統(tǒng)整個建造體系進行了全面的關(guān)鍵技術(shù)全過程系統(tǒng)化總結(jié)研究。(2)通過improved transient 3D-UPNM建立了三維離散裂隙管道網(wǎng)絡(luò)模型,直觀的研究了不同的水幕系統(tǒng)狀態(tài)下水封有效性,分析了施工和運營兩個階段下不同水幕系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài)和不同水幕孔注水壓力對水封性能的影響。得出結(jié)論:水幕系統(tǒng)的施設(shè)是非常必要的;水平水幕系統(tǒng)的作用遠大于豎直水幕系統(tǒng);給出了錦州水幕孔注水壓力建議值0.4MPa,既保證了水封性能又滿足施工期排水量要求。(3)通過可視性好,直觀性強的improved transient 3D-UPNM,觀察到了傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型無法觀測的局部非飽和區(qū)域,避免了水封性能分析誤判造成的局部水封失效;分析了不同幾何設(shè)計的水幕系統(tǒng)(水幕孔間距、角度、長度)的水封有效性,得出水幕孔長度的減少和水幕孔間距的增加都將減小水幕系統(tǒng)的密封性能,而水平水幕孔角度的增大并不能提高水封性能,任意較小的裂隙都可能影響水流動,所以在裂隙巖體中必須保證充足的水幕孔數(shù)量;進行了不同地質(zhì)條件下水幕系統(tǒng)幾何設(shè)計與不同復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的最佳水封性能組合研究,得出只有有效連接的裂隙才能夠保證良好的水封性能,水幕系統(tǒng)的關(guān)鍵在于利用水幕孔形成連接的裂隙載水網(wǎng)絡(luò);綜合考慮經(jīng)濟性和水封有效性,并且考慮到施工期排水量控制標(biāo)準,給出了錦州儲庫水幕系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)為:幾何布置最大值的水幕孔長度(水平向為62.25m,豎直向為58m); 0°水平水幕孔與xz平面夾角;水幕孔間距在Q小于10取20m,Q大于10初步設(shè)計為10m。(4)整體研究了從水幕孔分別形成質(zhì)量測驗到整個水幕系統(tǒng)形成質(zhì)量測試對水幕系統(tǒng)有效性的檢測技術(shù),給出了水幕系統(tǒng)質(zhì)量檢測試驗路線.:單個水幕孔鉆孔完成(壓水試驗)→水幕巷道全部水幕孔完成(水幕有效性試驗)→儲油洞庫施工完成(水幕系統(tǒng)整體性試驗),并且在每個階段,對水文地質(zhì)(特別是地下水位和滲水量)進行實時監(jiān)測,通過一整套試驗,保障了水幕形成質(zhì)量。基于錦州和惠州兩個國儲工程首次利用瞬變電磁對低電阻體(含水體)的高敏感性,檢測了水幕形成前(水幕孔未充水前)、水幕形成后(水幕孔充水后)、洞庫水幕區(qū)巖體內(nèi)裂隙、節(jié)理等構(gòu)造的含水情況,通過前后對比分析,直觀的判斷了水幕形成質(zhì)量。(5)從裂隙巖體賓漢流體流動規(guī)律出發(fā)到建立裂隙網(wǎng)絡(luò)pipe管網(wǎng)模型對漿液進行了迭代計算求得了注漿長度,并且基于注漿強度值概念,提出了適用于對注漿效果不那么“嚴格”的地下儲油洞庫的GIN能量法注漿,給出了 GIN包絡(luò)線各項參數(shù)的計算方法,并基于錦州4條儲油洞庫進行了 GIN值選擇。(6)建立了四階段(S1-S4)水封性能整體評價體系對整個水幕系統(tǒng)從儲油洞庫施工前期、進行期和后期進行水封有效性評估,對水幕系統(tǒng)的水封性能進行全過程完整性保障;結(jié)合呂榮試驗、水幕孔有效性實驗和瞬變電磁檢測,創(chuàng)建了水幕系統(tǒng)連通性的判別準則,從而推導(dǎo)出洞庫水幕系統(tǒng)的連通性;基于錦州儲庫,同時考慮傾向、傾角、跡長、開度、間距、表面形態(tài)、填充物、地下水作用優(yōu)勢和時間優(yōu)勢指標(biāo)9個性質(zhì),建立了巖體結(jié)構(gòu)面多參數(shù)優(yōu)勢分組的數(shù)學(xué)模型,采用了模糊c-均值聚類算法,結(jié)合五種聚類有效性指標(biāo)提出了平均有效性指標(biāo)系數(shù)VIm,擇取了最佳聚類數(shù)目,從而得到最終優(yōu)勢組劃分。通過本文研究成果在地下大型儲油洞庫群設(shè)計及施工中的應(yīng)用,確保了儲油洞庫安全、優(yōu)質(zhì)、高效完成,為中國在巖石地層中修建大型水封式地下儲油洞庫群水幕系統(tǒng)設(shè)計提供科學(xué)參考,也為國內(nèi)外其它類似地下工程提供了可供借鑒的理論依據(jù)和工程經(jīng)驗,必將推動我國地下儲能洞庫建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。
[Abstract]:In the context of global energy tension , many countries have started or expanded the oil reserves in succession . According to the suggestion of international energy organizations , it is necessary to establish underground reserves of 10 - 15 % ( 200 billion ~ 3 billion cubic meters ) for water seal system . ( 2 ) Based on improved transient 3D - UPNM , a three - dimensional discrete fracture pipeline network model was established , and the effect of different water curtain system on water seal performance was studied . In this paper , the water content of water curtain formed before the formation of water curtain ( water curtain system integrity test ) and water curtain formation ( water curtain system integrity test ) and water curtain formation quality are obtained through a series of tests . ( 6 ) Establish a four - stage ( S1 - S4 ) water seal performance overall evaluation system to evaluate the water seal performance of the whole water curtain system from the early stage , the stage and the later stage of the construction of the oil storage cavern , and establish a mathematical model for the water seal performance of the water curtain system .
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE972.2

【參考文獻】

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本文編號：2104767