随着常规与非常规油气勘探开发技术的不断突破与创新,加之能源结构的转型与环保政策的升级,我国的天然气行业已迈入了高速发展期。天然气消费需求的急剧增长,给我国燃气输运与储存基础设施带来了巨大压力。“十四五”明确提出,要实现地下储气库有效储能两倍以上的增长目标,地下储气库建设面临巨大挑战。盐穴储气库被认为是输气管网优化和城市用气季节性调峰的理想场所。受可建库盐矿难溶夹层多且厚、盐层单层厚度薄的复杂地质条件影响,国外单井建腔在该类地层缺乏适应性,使得我国的盐穴储气库建设难度大、风险高、进程缓慢,实现增储达容目标压力巨大。近年来,双井建腔工艺方法被提出并被证明具有层状盐层建库的适应性和优势,但仍处于探索试验阶段,缺乏双井腔体的合理形态、运行参数及造腔工艺参数等方面的研究认识,相关稳定性评价方法适用性也模糊不清,严重阻碍了地下盐穴储气库的建设进程。基于此,本文针对层状盐层双井建腔所面临的系列问题,结合平顶山盐矿的地质特点,从层状盐层力学特性,盐腔稳定性评价方法,双井盐腔腔体形态,运行参数,造腔工艺参数设计方法等方面进行了探究。主要开展了如下工作:1、通过对平顶山盐矿深部建库盐层夹层泥岩、盐岩、含夹层盐岩三种岩石的强度和蠕变实验,对比研究了三种岩石的强度屈服特征和蠕变变形规律,获得了三种典型岩石的力学特性参数。结果表明,三种岩性岩石构成的层状岩体仍具有良好的性质,具备地下储库选址建库条件。2、总结提出了一套涉及变形、屈服、损伤、密封性等方面的深部盐穴储气库长期稳定性评价指标方法,同时基于线弹性叠加原理,引入高等弹性力学中椭球夹杂理论,从理论解析角度推导了三轴不等的一般椭球形盐腔内压作用下壁面围岩的应力解析式,并从理论与数模两方面验证了模型的可行性,应用推导的模型结合摩尔库伦塑性屈服准则理论探究了内压和腔体形态对椭球形储气库稳定性的影响规律,丰富了复杂盐穴储气库腔体围岩应力解析理论。3、建立了含夹层的不同腔顶形态和不同井间距的双井盐腔模型,通过对双井腔体的静力学和流变稳定性分析,对比研究了不同腔顶形态和不同井间距的腔周及夹层的位移、应力、变形及损伤破坏规律。随腔体顶部高度的降低及井间距的增大,储气库的各项指标逐渐弱化,稳定性逐渐降低。基于变形屈服评价准则和最大化体积原则,给出了双井盐腔合理腔顶形态和井间距建议。4、基于平顶山盐矿建库地质条件,设计了不同运行压力模拟方案和注采速率方案,考虑腔周的位移变形和力学响应,得出随最大内压的增加,腔周最大主应力逐渐降低;随注采速率增加,腔体的稳定性逐渐走弱,并提出了平顶山盐矿双井盐腔最大许可运行压力和注采速率。同时,建立了平顶山盐矿典型层状盐层双井盐腔模型,通过弹塑性静力学和长期流变性分析,探究了典型层状盐层双井腔体在长期注采运行工况下的形变特征。结果表明,腔体形态越不规则,稳定性越差,且适当增加注采周期有利于腔体的稳定性。5、本文从单、双井造腔原理出发,结合管柱结构与盐腔形态扩展特征,考虑流体流态、性质、管柱粗糙度、盐析结垢对注水压力的影响及井径变化、腔体垮塌畸形引起的阻溶剂损失问题,优选了单、双井盐腔的注水压力计算模型,并精细设计了阻溶剂用量计算方法,同时开发了单、双井造腔工艺参数设计软件,实现了单、双井管柱优选、注水泵压设计、油垫/气垫阻溶剂用量设计及造腔能耗费用估算功能,软件界面简洁美观,适用性强。