基于热力耦合模型的盐穴储气库稳定性分析

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianshu888
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近年来,我国天然气消费量的快速增长对调峰保供能力提出了更高的要求。由于盐穴地下储气库具有注采效率高、所需垫层气少等优点,目前被提倡大力发展。然而地下盐穴储气库注采周期的变化会导致腔内气体的温度、压力发生周期性变化,对围岩产生循环热-力载荷,导致腔体围岩损伤破坏,进而危及储气库注采过程中的安全运行。本文以注采气条件下的盐穴腔体围岩为研究对象,建立了盐腔的热力耦合模型,对注采工况下腔体围岩的温度场、应力场进行模拟,并针对有发生垮塌事故的腔体进行了研究,对比了不同注采方案下腔体的稳定性。主要研究内容和成果如下:(1)基于FLAC3D平台构建了实际腔体L的热力耦合模型,该模型选取WIPP模型作为蠕变计算的本构模型,考虑了热力耦合作用下盐岩的力学特性,实现了注采运行下围岩温度场和应力场的耦合计算。(2)设立了盐岩短期拉伸破坏比—TFR和累积拉伸破坏区体积比—VTFR等,作为腔体L围岩的失效判据,以反映在实际注采运行中腔内温度变化导致的热效应对围岩稳定性的影响。丰富了盐穴储气库在注采运行下的稳定性评价指标。(3)基于热力耦合模型,通过对不同注采工况下腔体围岩的温度场和应力场进行模拟,分析注采气工况下运行过程中腔体围岩的应力集中区和收缩率,确定了腔体出现失稳风险的条件、时间和风险区分布。(4)利用基于离散元法的3DEC平台实现了腔体垮塌过程的数值反演。通过对比工程实际案例与模拟结果,验证了热力耦合模型在预测腔体围岩失稳风险方面的有效性,研究发现热效应在腔体围岩垮塌过程中的诱导作用。(5)影响腔体稳定性的三个关键参数为:腔内最低(高)压力、低压停留时间和注采速率。通过对不同注采工况下腔体稳定性的分析,得出建议:最低压力是最关键的参数;可以在保持最低压力较高,低压运行时间较短的情况下,采用较高的采气速率。
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