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.     

内压对含软弱夹层盐岩储库稳定性影响的研究

通过建立含不同夹层厚度的圆柱形储库单腔三维模型,考虑不同恒压作用下长期蠕变,从腔体收缩率,围岩塑性区及位移矢量分布角度,分析运行内压对含软泥夹层盐岩腔体稳定性的影响。结果表明,腔体维持较高的运行压力,能有效减少腔体收缩,腔周塑性区及位移矢量发展,有利于腔体稳定。另外软泥夹层厚度在一定范围内增长对腔体的稳定性影响不太,在高内压作用下甚至可以忽略,这一结果对含软弱夹层层状盐岩腔体模型简化具有一定的指导意义。     

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。     

Experimental salt cavern in offshore ultra-deep water and well design evaluation for CO_2 abatement

This paper presents a proposal for an experimental salt cavern in offshore ultra-deep water for CO_2 abatement, including the instrumentation plan and well conceptual design evaluated for carbon capture and storage(CCS) application. These studies are based on applied computational mechanics associated with field experimentation that has contributed to the technical feasibility of the underground potash mine at the State of Sergipe in Brazil. This knowhow allowed the stability analysis of several salt caverns for brine production at the State of Alagoas in Brazil and to the drilling through stratified thick layers of salt of the pre-salt reservoirs in Santos Basin. Now, this knowledge has been applied in the design of onshore and offshore salt caverns opened by dissolution for storage of natural gas and CO_2. The geomechanical study,through the application of computational mechanics, of offshore giant salt caverns of 450 m high by150 m in diameter, shows that one cavern can store about 4 billion Sm~3 or 7.2 million tons of CO_2.Before the construction of the giant cavern, which will be the first gas storage offshore in the world, it has been decided to develop an experimental one, with smaller size, to obtained field parameters. The experimental cavern will allow the calibration of parameters to be used in the structural integrity analysis of the cavern and well for storage of natural gas which is rich in CO_2 under high pressure.     

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...     

含水层型地下储库惰性气体作垫层气数值模拟

以廉价的惰性气体代替天然气作为含水层型地下储气库垫层气时,不同气体之间的相互掺混会影响回采气的质量,因此,确定储库内气体浓度动态分布情况非常重要.通过建立气水渗流模型及气体扩散模型,采用有限元法,对封闭边界条件储库的建库及工业运行过程进行模拟,分别对单井注氮单井注采天然气及从边缘井注氮中心井注采天然气这两种情况下,储库压力、含水饱和度、气体浓度的动态变化情况进行分析.单井情况下,停止回采时,回采气中氮气浓度达9.665%,说明由于对流及扩散作用,氮气与天然气存在一定程度的混合.多井情况下,停止回采时,氮气浓度只有0.094%,说明多井注采可以有效抑制天然气与氮气的混合.     

Performance analysis for underground gas storage reservoir in depleted gas field

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惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工建模与仿真

分析了惠州抽水蓄能电站地下洞室群的施工特点,从层次化、模块化的思路出发,充分利用关键路径技术(CPM)和循环网络仿真技术(CYCLONE)的特点,建立了施工工序模型和整体施工网络模型,并对惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工全过程进行了仿真建模.通过将整体施工网络模型与地下洞室群施工组织设计相结合,对惠州抽水蓄能电站地下洞室群施工进行数字仿真,确定了洞室群合理的施工工期,施工进度安排、关键路线与施工强度等.此方法已应用在实际工程中,证明了该建模方法和整体模型的正确性和可行性.     

数控气压式柔性加载模型试验系统的研制及应用

地质力学模型试验中针对地应力的模拟,往往采用液压千斤顶刚性加载的方式,该加载方式具有以下不足:1)使得模型边界的位移同步一致,而模型应力则呈现非线性分布状态,与实际工程的地应力状态不符。2)无法应用于不同形状的洞室内,无法对含内压地下洞室(如隧洞内水压力、石油储备库油压等)进行有效模拟,因此成为制约有压洞室模拟的一个关键性难题。因此,有必要研制准确模拟洞腔内外压力的柔性加载装置。作者根据气压加载灵活的特性,设计研制了一套数控气压式柔性加载模型试验系统,有效实现了模型试验洞腔内的气压式柔性加载以及加载过程的自动化、数字化和可视化。通过气压式柔性加载控制系统能更真实地揭示深部软岩地下洞室围岩的非线性变形特征和破坏机理。将该系统应用于注采气压变化条件下盐岩储气库地质力学模型试验中,有效模拟了注采气压变化对盐岩地下洞腔的稳定性影响,获得了在不同注采气速率及不同气压条件下洞室收敛变形规律。试验表明,该实验系统可应用于有压洞室模型试验内压的有效模拟,具有广阔应用前景。     

三维精细地质建模技术在储气库建设中的应用

在综合分析钻井、地震、测井等资料的基础上,利用Petrel软件的三维可视化和勘探开发一体化功能模块,建立接近油藏实际地质特征的全三维精细地质模型,并进行库容量计算。     

地下储气库冬季调峰双目标优化模型

城市冬季天然气的消耗量决定了天然气地下储气库的动态采出量．由于储库地质构造的非均质性以及储层存储和传输流体能力的不同，若库内各单井的采出量不合理，可能导致局部压力降过大，降低储层原有的渗流特性，使岩石骨架上覆压力增高过猛，底水锥进．通过所建立的天然气地下储气库注采动态数学模型，分别以储库最大采气量和最小地层压降为目标函数，以库内各井采出量为优化运行变量，并建立相应约束条件，利用系统动态模拟与多目标优化方法相结合，在各个单目标优化计算结果的基础上，对系统进行多目标优化计算，建立了储库冬季的最佳运行模式．实例计算表明：多目标优化结果综合了储库运行过程的各种要求，比单目标优化更经济合理，为实际地下储气库优化运行提供了理论分析依据．     

基于离散裂隙网络法的地下石油洞库洞室间水封性评价

为研究地下水封石油洞库洞室间水封性,依托黄岛地下水封石油洞库工程,采用离散裂隙网络法进行了7个不同工况的分析,分别获得了在不同水幕压力、洞室间液面差、洞室间距和裂隙倾角条件下的地下水头分布和流体渗流情况。研究结果表明:水幕压力增大、洞室间液面差减小与洞室间距增大均会改善洞库水封性;裂隙网络中裂隙倾角的变化会影响围岩的渗透张量,从而改变裂隙网络中地下水的渗流路径,继而影响地下水封石油洞库洞室间水封性;仅靠增加水幕系统压力并不能保证洞室间水封性,地下水封石油洞库相邻洞室水封设计应综合考虑储油情况、洞室间距、裂隙倾角等因素。     

大型地下水封石油洞库围岩完整性、变形和稳定性分析

围岩完整性、变形和稳定性对地下水封石油洞库建造具有至关重要的影响。以我国首个在建的大型不衬砌地下水封石油储备库项目为背景,运用弹塑性理论,在室内岩石三轴试验基础上,研究了花岗岩地层大型不衬砌地下水封石油洞库围岩的完整性以及变形和稳定性。研究表明:岩石的完整性从剪胀出现开始受到破坏,采用剪胀起始点对应摩擦角可对地下工程围岩开挖松动区进行估算;该大型地下水封石油洞库洞室开挖松动区范围从0~15.6m不等,且与埋深成正比;由于开挖过程中应力路径与剪胀线关系不同,各洞室间中墙完整性变化趋势存在差异;洞壁围岩位移方向与山丘地表走势相关,拱顶沉降和水平收敛值在8~45mm之间;在洞室底板位置出现了拉应力区,在洞库两侧边墙下端和起拱处出现高剪应力区,在开挖过程中可能出现局部破坏现象。     

天然气地下储气库垫层气与工作气混合的模拟研究

天然气地下储气库的建筑是调节城市用气不均衡性、平抑供气峰波动的最合理有效的手段之一,在储气库进行注采动态运行时,避免注入气与垫层气发生混合是关键技术问题,本文通过分别建立三维两相渗流模型和三维气体扩散模型,采用跳跃式的求解方法,首先求出库内各点瞬态压力分布,再根据达西定律确定出速度分布,最后通过求解三维气体扩散数值模型,可动态的确定垫层气的需求量和注采天然气所需的最佳储气压力,残存气与储存天然气的混合而导致的回采气体浓度的变化,为保证储库满负荷的优化运行提供科学依据。     

天然气地下储气库开发风险评价研究

在分析了天然气地下储气库开发风险因素的基础上，建立了基于人工神经网络(ANN)及模糊综合评价的天然气地下储气库开发风险评价模型，并进行了实例分析．分析结果表明，所建立的风险评价模型可以克服很多不确定性因素的干扰，更加直接、客观地进行风险评价，为天然气地下储气库开发决策提供依据．     

大跨度地下洞室群围岩多尺度块体稳定性预测方法

组成地下洞室的围岩存在不同尺度结构面所切割形成的不同尺度、不同形态结构体。这些结构体是导致施工期围岩失稳的主要因素,而且在洞室开挖前无法确定其具体位置,给围岩加固设计带来了困难。由勘探平洞地质调查获得的结构面资料,依据不同尺度结构面的成因、规模,预测其在开挖面上的出露位置十分重要。从结构面成因角度考虑,运用几何-力学耦合模拟方法,建立大跨度地下洞室围岩岩体结构模型;依据断层机制,运用力学成因拟合规模较大的断层、破碎带、层面,而基于现场结构面调查统计的结果,应用随机模拟方法并结合结构面连通率特征拟合随机结构面;采用正交试验及块体理论,确定由结构面组合形成块体的几何形态,搜索多尺度块体的分布,确定特定块体、半特定块体与随机块体的分布;进一步采用极限平衡理论,分析可能发生破坏的块体,得出洞室开挖面上需要加固的块体;最后,开发了基于几何-力学成因的多尺度结构面组合稳定性分析程序UNDGD2.0。他还以某在建抽水蓄能电站工程为例,搜索洞室不同开挖面上的块体组合类型与规模,分析由结构面组合构成局部块体的稳定性,为地下洞室开挖方案的确定及设计优化提供理论依据。     

夏季天然气地下储气库的优化运行分析

由于储库地质构造的非均质性以及储层存储和传输流体能力的不同，若库内并的注入量不合理，可能导致压缩机消耗功率过大，甚至局部压力升高过快，使天然气溢失甚至发生危险，通过建立水驱气藏型天然气地下储气库的注采动态数学模型，确定出储库注气时的压力、含水饱和度变化的动态特征，以储库压缩机站的功率最小消耗量为目标函数，以给定时间内城市剩余天然气总额和注入时各单井压力、含水饱和度的限制为约束条件，来确定库内各单井的最佳注入量，编制出夏季储库最优运行方案，为实际地下储气库注气过程的优化运行提供理论依据。     

底水驱枯竭气藏型天然气地下储气库注采动态的数值模拟

通过建立底水驱枯竭气藏型天然气地下储气库的注采动态数学模型,采用分数步长解法,以储库平均地层压力和含水饱和度的动态变化为目标函数,数值模拟出储气的历史过程,预测储库的储存容量,研究储库注采的动态特征。     

江汉盐穴储气库密封测试方法研究

盐穴井筒及腔体的密封性决定了盐穴能否储存天然气,还关系到储气库能否安全运行。通过对国外盐穴储气库密封性检测及评价技术的调研,以及对盐穴储气库密封性影响主要因素的分析,提出了适合江汉盐穴储气库的气体泄漏测试方法及评价标准。     

A numerical modelling approach to assess the behaviour of underground cavern subjected to blast loads

The paper gives an insight into the behaviour of large underground caverns which are subjected to blast loads. Caverns are generally constructed in hard rock formation which compels us to use blasting methods for the excavation works. Comparative study was done between models with intact rock mass and discontinuities to assess the stability of cavern as a result of blast loads. Numerical modelling was performed with 3 dimensional distinct element code(3 DEC) to analyse the performance of cavern walls in terms of displacement and to compute peak particle velocities(PPV) both around the cavern periphery and at surface of models. Results showed that the velocity wave with higher frequency exhibited large displacements around the periphery of cavern. Computation of PPV showed that model with horizontal joint sets showed lower PPV in comparison to model with intact rock mass. PPV values were also analysed on the surface for model consisting vertical joints spaced at 4 m intervals. Comparative study of PPV on surface vertically above the blast location between models with horizontal joints spaced at 4 m and vertical joints at 4 m intervals were conducted. Results depicted higher magnitudes of PPV for model with vertical joints in comparison to model with horizontal joints.