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。     

Experimental investigation of Daqing Oilfield mudstone's creep characteristic under different water contents

In order to analyze mechanism of casing damage,the uniaxial compression experiment and creep experiment of interbedded mudstone samples from Sanan development area of Daqing Oilfield under different water contents were carried out.The changes of the mudstone’s mechanical parameters and creep characteristics with the increment of water saturation were studied.The results indicate that the rock strength and elastic modulus decrease rapidly with the increment of water content,at the same time,the creep strain and creep strain rate of steady state increase with the increment of water content,and also the steady state creep strain rate is enhanced with the increment of deviatoric stress.Through the creep characteristic curves,a non-linear creep constitutive equation of mudstone considering the change of water contents is established,which will be used in future numerical analysis.     

含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征

利用MTS 815.03岩石试验机对试件进行三轴压缩试验,采用DISP声发射测试系统进行声发射数据收集,并对含陡倾角软弱结构面的岩体试件和岩石试件进行试验对比.两种试件随围压的增加强度逐渐增加,破坏由脆性向延性转变;岩体试件总是沿结构面滑移破坏,岩石试件为剪切破坏.随着围压的增加,两种试件的弹性模量、变形模量、峰值应变和峰值强度增加;岩体试件弹性模量、变形模量值和峰值强度低于岩石试件,而峰值应变高于岩石试件.岩体试件内摩擦角小于岩石试件,而黏聚力大于岩石试件.随围压的增加,两种试件在峰值应力阶段声发射事件远高于其他阶段,而岩体试件声发射事件集聚量远远高于岩石试件.研究结果表明软弱结构面的存在降低了岩体的力学性质,因此在高放废物地质处置库选址时结构面发育特征是需要考虑的关键因素.     

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.     

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.     

深部储气库群盐层蠕变参数优化研究

 结合我国第一个盐岩储气库群——金坛储气库运行过程中观察井的压力变化监测数据,利用监测观察溶腔腔体卤水压力的变化来分析腔体体积收缩变形,并据此反演分析储气库区盐层蠕变本构方程的主要蠕变参数,使其计算结果与实际吻合,解决数值计算在地下盐岩储气库中很难被验证的问题。结合理论分析和试验的方法,验证利用观察井监测腔体蠕变收缩体积这种方法的合理性。研究成果能用于盐岩储气库运营中的长期体积变形预测、地表沉降预测等研究工作中,为盐岩储气库群的长期稳定安全运行提供技术支持。     

极端风险因素影响的深部层状盐岩地下储气库群运营稳定三维流变模型试验研究

盐岩因其非常低的渗透特性与良好的蠕变行为被公认为能源储备最理想的介质。为有效反映不同采气速率、注气速率、运行低压、运行高压、储库失压、储气压差以及储库间距等极端风险因素对盐岩地下储气库群运营安全稳定的影响,采用满足流变相似条件的盐岩储气库介质模型相似材料,对江苏金坛深部层状盐岩地下储气库群的运营稳定进行三维流变地质模型试验。试验结果表明：(1) 洞腔径向位移和径向应变随着注、采气速率的增加而逐渐增大;(2) 洞腔随储气内压的减小而不断向洞内收敛变形,随储气内压的增大而不断向洞外扩张变形,当储库采气降压到3 MPa或注气升压到22 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(3) 相邻洞腔位移随着储气压差的增加而增大,当储气压差达到9 MPa时,洞腔出现加速蠕变现象;(4) 储库群之间存在明显的相互影响,洞腔位移随着储库间距的减小而增大;(5) 当盐腔突然失压时,洞周径向位移和径向应变瞬间突然增大。因此,为保证盐岩地下储气库群的安全运营,建议储气库群的最大采气速率应小于0.65 MPa/d,最大注气速率应小于0.75 MPa/d;储气库群的最低运行气压应大于3 MPa,最高运行气压应小于22 MPa;相邻储气库间的最大储气压差应小于9 MPa;储气库之间的间距应大于1.5倍储库最大直径。这些研究成果可为盐岩地下储气库群的运营安全控制与管理提供重要的试验依据。     

裂隙岩体渗透性分析研究

该文描述了单裂隙岩体的裂隙面结构性状 ,提出了等效裂隙开度的计算方法和测量方法。建立了单裂隙及成组平行裂隙的渗透系数表达式 ,并在此基础上推导出了三维应力、自重应力及压剪联合作用等三种受力状态下裂隙岩体的渗流与应力的关系     

页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究

 采用真三轴岩土工程模型试验机、压裂泵伺服控制系统、Disp声发射三维空间定位技术、试验前后工业CT扫描水力压裂缝扩展形态的方法,建立一套页岩水力压裂物理模拟与压裂缝表征方法。由页岩水力压裂物理模拟试验可得：(1) 采用Disp声发射八探头三维空间定位监测方法,能实时有效地监测水力压裂缝的起裂位置;(2) 采用水力压裂后追踪红色示踪剂痕迹的方式,可实现水力压裂缝的空间形态描述;(3) 当水力压裂未形成沿天然层理面的贯通压裂缝时,易形成与天然层理面相交的压裂缝,并与层理面开裂后交叉形成网络裂缝。建立的页岩水力压裂物理模拟试验与表征方法,可进行页岩压裂施工参数的优化设计,为页岩气储层水力压裂开采提供技术支持。     

考虑施工缝影响的框架结构抗震性能试验研究

对一组留置施工缝,一组未留置施工缝的两组单榀两层两跨框架结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究,对两组框架的滞回性能、延性、刚度退化等性能作了深入的分析。研究了框架结构中因为施工缝的存在而对结构整体抗震性能的影响。试验研究结果表明:施工缝的存在对结构抗震性能的影响还是比较明显的。