深地储能研究进展EI北大核心CSCD

深地储能是指将石油、天然气、氢气、压缩空气及CO_(2)等能源或能源物质和氦气等战略稀缺物资储存于深部地层中。盐岩地层是深地储能的优良地质体,是我国实施大规模储能的重要载体之一,目前已经建成金坛盐穴储气库、金坛盐穴压缩空气电站、江汉盐穴储气库等大型深地储能库。我国盐岩具有盐层薄、杂质含量高和夹层多等不利建库地质特征,给利用我国层状盐岩实施大规模能源储备带来系列理论和技术挑战。针对利用层状盐岩地层大规模储能存在的关键理论和技术难题,中国科学院武汉岩土力学研究所经过20余年的持续攻关,在实验装置研发、层状盐岩力学特性研究、储能库建造技术、注气排卤关键技术和运行压力优化方法等方面取得了突破,并在国内多座已建和在建的盐穴储能库中得到推广应用。利用深部盐穴实施天然气、压缩空气、石油和氢气等大规模储备是我国深地储能工程重点发展方向。深地储能涉及多场多相耦合及多尺度等复杂情况,亟需开展储能介质多尺度运移、储能地质体性能演化、深地储能智能建造、深地储能智慧运行等方面的研究,破解制约我国深地储能技术瓶颈中的关键科学问题。深地储能是岩土工程、工程地质和能源储备等学科深度交叉融合的突破口,有望形成新的专业学科。     

大高度堆载挤淤深度分析

通过数值模拟对大高度堆载挤淤作用下淤泥层的实际破坏模式进行了分析,并且与现有堆载挤淤深度计算公式原理进行了对比分析。结果表明:当挤淤深度较大时,淤泥层破坏时的塑性区不再贯穿整个淤泥层,而是在淤泥层产生局部剪切破坏,从而导致现有挤淤深度计算公式的结果偏小;当淤泥层厚度相对挤淤深度较小的时候,淤泥层下卧硬层对上覆堆载产生支撑作用,从而导致现有挤淤深度计算公式的结果偏大。考虑到大高度堆载挤淤作用下淤泥层失稳破坏时的实际情况,根据堆载体是否产生急剧位移来确定挤淤深度,提出了应用数值模拟分析确定挤淤深度的方法,并且分析了堆载体容重、淤泥容重、淤泥强度、堆载宽度、淤泥层厚度等因素对挤淤深度的影响规律。将该方法应用于工程实例分析,计算结果与实测数据吻合,验证了该方法的正确性。     

基于CBERS数据的农区水体透明度遥感模型研究

以南京溧水县为研究区,以溧水县农区水体为研究对象,利用免费的CBERS的CCD数据和同步监测的农区水体透明度实测数据,结合灰色系统理论进行灰色关联度分析,选取关联度最大的波段组合(b3/b1)作为建模因子,建立农区水体透明度的遥感定量监测模型,探讨农区水体透明度与CBERS影像各波段的相关性.最后应用该模型监测2007年7月30日溧水县的农区水体,监测结果较客观反映了水体透明度的真实分布情况.结果表明:农区水体透明度与CBERS 1、3波段有最好的相关性,所建的农区水体透明度遥感定量监测模型为y=-15 529x<'3>+53 244x<'3>-60 600x+22 938,x=b3/b1(R<'2>=0.92,F=15.26,P=0.01),模型的检验精度较高,已符合建模要求;利用CBERS数据进行农区水体透明度监测具有重要的现实意义和应用前景.     

流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究

注水开发油田在生产过程中，渗流场会对油藏地应力场产生影响，在井壁附近产生应力集中。研究了注水过程中流固耦合作用下套管损坏的力学机理，在传统的Biot 方程的基础上，考虑介质渗透性能随应力的变化，建立了注采过程中流体渗流与固体弹塑性变形的非线性耦合数学模型，采用全耦合的有限元法对所建立的模型进行求解。通过对大庆油田南二区某注水井注水开发过程的数值模拟，分析了注水对储层孔隙压力、井壁围岩应力场和变形场的影响，并对比了不同注采情况下储层孔隙压力和井壁应力随时间的变化关系。研究表明，油藏注水开采过程中，油藏流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为合理建立油藏注水开发的流固耦合计算模型，合理控制注采压差，预防和减少该地区地层变形、套管损坏等提供了依据。     

盐岩地下储库洞室收缩形变分析

盐岩类地下储库在运行过程中盐岩洞室内部压力从高到低、从低到高的循环变化, 因此洞室周围的盐层会受到周围地层的压力和洞室内部压力的多重作用而产生应力变化,由于盐层在高压作用会产生塑性形变,而且,洞室内部的压力始终小于周围地层的压力,因此洞室周围盐层会产生指向洞室内部的位移而导致洞室收缩形变.洞室的收缩形变会导致洞室体积缩小,从而导致储库洞室库容的变化,降低洞室的运行效率.洞室的收缩形变与盐层蠕变规律有密切的联系,通过岩石力学测定,可以分析盐层蠕变特征进而建立盐岩蠕变的本构方程,利用本构方程,通过建立洞室三维模型,可以模拟不同运行状态下的洞室不同部位在不同运行阶段内盐层蠕变的大小,从而预测整个洞室的收缩形变规律.对盐岩洞室储库的运行模拟发现,洞室建成初期有一个短暂的快速收缩形变阶段,后期收缩形变速度较为平稳并有逐步减缓的趋势.因此在盐岩洞室储库运行的初期,必需密切注意洞室蠕变,制定合理的运行参数,确保洞室的安全高效运行.     

三轴循环荷载下页岩变形及破坏特征试验研究

前期工作已经研究了含裂隙页岩在单轴循环荷载下的变形及破裂特征,为进一步认清围压与循环荷载耦合作用下的变形及破坏特征,利用MTS815.03岩石刚性压力机展开了对含裂隙页岩的三轴循环加卸载试验研究。试验结果表明:在三轴循环荷载下,含裂隙页岩的破坏形式主要为混合破坏,呈现出拉剪贯通模式;随围压逐渐增大,页岩的峰值强度呈线性增大,完整页岩经11周加卸载循环后,峰值强度增大9.98%~25.03%;而含裂隙页岩经15周加卸载循环后,峰值强度增大1.47%~6.98%;含裂隙页岩在同一循环内的弹性模量大于变形模量,卸载弹性模量大于加载弹性模量,卸载变形模量大于加载变形模量,并且损伤面积系数F越大,卸载弹性模量与加载弹性模量的差值也越大;随循环加卸载次数逐渐增加,加载变形模量与卸载变形模量呈先增大后单调减小的规律,加载弹性模量与卸载弹性模量表现出先增大,后逐渐呈"波浪式"减小的规律,剧烈波动的弹性模量是内部结构不断发生局部调整的有效证据。该研究为揭示在围压与循环荷载耦合作用下含裂隙页岩破坏形成复杂裂缝网的发展机理提供了有益参考。     

低浓度的NO_3~--N对厌氧系统的影响研究

当含低浓度的硝酸盐的高浓度有机废水中厌氧生化降解时,硝酸盐转化过程中首先发生的是氨化作用;随着水解酸化产生挥发性脂肪酸VFA,硝酸盐开始发生反硝化作用,并越来越明显,逐步占主导作用。整个过程对处理效率产生一定的影响。即便是低浓度的硝酸盐,仍可能对厌氧系统产生影响。     

三轴压缩下层状盐岩体细观损伤本构模型

基于层状盐岩体的结构特征,引入已有细观损伤本构模型描述盐岩相的响应特性,运用混合物理论推导得到适合于描述层状盐岩体在三轴压缩过程中损伤演化特性的层状盐岩体细观损伤本构模型,对云应层状盐岩三轴压缩进行计算,分析围压对盐岩所受等效附加侧向应力的影响。计算结果表明,该模型能较好地描述试验现象,其结果对深部盐岩油地下储存和层状盐岩体内的油(气)储库的稳定性分析具有重要意义。     

套管修复的多功能膨胀技术

本文介绍了在5(1/2) in生产套管中安装膨胀管补贴的三种不同应用.先期由于腐蚀泄露已经关井的Wyoming与Texas 2口气井的试验中,分别安装了2 530 ft和8 380 ft的修复管.第三次修复应用在新井上,205 ft的修复管修复了由于射孔误操作造成的套管孔洞.3口井全部成功通过压力测试,可以进行酸化压裂生产.在由常规石油管材(OCTG)组成的尾管底部,该产品提供了高强度、大直径膨胀密封系统.系统的独特之处在于心轴涨开与密封系统合为一体,所承受的内压力、抗挤压力和常规OCTG尾管相同.液压坐封工具的动力将胀开心轴推入补贴体中,其动力经由工作管柱,由高压、小排量的泵输送.该产品的最初开发为一次起下作业,目前经简化提高了可靠性,现可以进行两次起下钻作业.首先,安装底部膨胀密封和抛光孔座,然后将带有上部密封的隔离管柱插入下部抛光孔座,上部密封系统胀开密封.该产品的多功能性在于上部膨胀密封系统提供了抛光孔座,从而实现尾管、生产油管或其他的贴片进行回接.本文重点强调了施工设计及作业施工,包括套管检测测井、遇见的问题、系统的改进以及较好的应用结果.