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。     

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。     

地下水封石油洞库施工期通风方案初探

结合工程案例,探讨地下水封石油洞库施工通风方案的确立,并给出了地下洞库各巷道和洞室的通风量计算方法 ,给出了通风管道的材料选用方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

地下水封石油洞库施工期监控量测与稳定性分析

现场监控量测是确保大型地下工程建造和运营安全的重要手段。地下水封石油洞库在中国刚刚起步,不但缺少监测方案设计原则、实施方法等方面的规范标准,还缺少对相关监测数据分析方面的研究。以国内首个正在实施的大型地下水封石油洞库建设项目为依托,首先介绍了适用于大型地下水封石油洞库的监测原则与实施方法,该原则和方法充分考虑工程特征、地质情况和经济适用性;其次介绍了洞库监测结果:洞室大部分监测断面的洞周围岩收敛变形、拱顶沉降、内部位移和围岩松动圈分别处于4~8 mm、3~6 mm、4~8 mm和0.9~1.8 m区间范围内,锚杆应力和接触应力值大部分控制在50 MPa和0.5 MPa以内;而后分析了监测数据:1黄岛地下水封石油洞库围岩变形和支护受力较小、岩体稳定性良好、设计支护方案合理;2综合全面的监控量测结果可准确地反映地下水封石油洞库稳定性特征;3监测数据显示地下水封石油洞库稳定性表现出显著的时空演化特征。该研究可为中国地下水封石油洞库监测技术和稳定性评价研究提供重要依据。     

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。     

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。     

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。     

水封气库巷道连接交叉处稳定性数值模拟研究

对于大断面地下水封气库而言,各个巷道间相互交错位置是洞库稳定性的薄弱环节。以某地下水封洞库工程为例,基于3DEC离散元软件,对地下水封气库巷道交叉连接处进行分析,探明了交叉部位围岩应力分布、变形特征以及支护结构空间变形特征。模拟结果表明:较差围岩工况下交叉巷道连接处不能实现围岩自稳,需加强相关工况的支护措施;交叉巷道开挖潜在危险区多处于巷道拱底、拱顶与巷道交接部位的局部,交叉部位与施工巷道拱肩逐渐形成贯通破坏区,应注意加强支护。     

地下水封石油洞库施工风险评估与控制

以我国首个大型水封石洞油库为背景,评估了地下水封石油洞库施工风险,分析总结了施工风险评估方法和控制理论,并将其运用在洞库施工过程中,证明了该风险控制体系在工程实践中的有效性。     

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。     

地下水封洞库竖井施工的技术与经济性对比分析

结合某地下水封洞库竖井施工实例,对反井+扩挖施工法与正井法施工的技术流程及适用范围进行了介绍,从安全环保、施工质量、工期进度、成本费用四个角度分析对比了反井钻+扩挖与正挖施工竖井的各项指标,得出了一些有意义的结论。     

大型地下水封储油洞库施工风险分析与控制

针对某大型地下水封储油洞库规模大、工程施工技术复杂、安全性要求高、不可预见风险因素多的特点,对模糊网络分析法进行了改进,并应用于该洞库施工风险评价。基于指标体系的全面性、可行性、客观性等原则,建立了施工风险两级评价指标体系,并对二级指标进行单因素评价,得到模糊关系矩阵;经过计算进而得到该洞库施工风险的整体风险水平和各个风险因素相对于整体风险的重要度排序,且综合评价结果为较高风险;针对重要度排序高的风险因素,分别提出了具体的风险控制措施。研究成果可为今后国内地下水封储油洞库施工过程中的风险分析与控制提供有益的借鉴和参考。     

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。