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随着我国盐岩地下油气储备库大规模建设的兴起,其安全问题也越来越引起国家和社会的关注。尽管相对于其它储备方式,盐岩地下储备库具有安全和经济的特点,但从上世纪五十年代起,国外在构造相对简单的巨厚盐丘中的盐岩地下油气储备库仍不断有事故发生,造成恶劣的环境损害和社会影响,加之我国的盐岩属于湖相沉积结构,一般具有盐层薄、夹层多、品位低的特点,地下油气储备地质条件相对复杂,且地下油气储库规模大、密集程度高,一般紧邻人口稠密、经济发达的地区,一旦发生储库灾难性事故,将造成更加严重的后果,因此针对我国湖相沉积盐岩地下油气储备库群在建设和运营过程中的风险分析及研究非常必要。
根据湖相沉积盐岩地下油气储备库的特点,明确定义了储备库的风险并做出分类,然后提出了各类风险的分级标准和评价准则,初步建立了湖相沉积盐岩地下油气储备库的风险评价体系,最后基于前述各类风险的研究成果,提出了盐岩地下储备库的选址评价方法。主要完成如下工作:
(1)明确定义了盐岩地下油气储备库风险,根据风险的发生概率及引发后果的严重性,把其风险分为三类,分别为A类(即重大风险,主要包括油气渗漏风险、地面沉陷风险和腔体失效风险)、B类(腔体收缩风险和腔体失稳风险)和C类(行为风险),并给出具体定义。
(2)整理了世界范围内有记载的28次盐岩地下油气储备库重大事故的详情,并根据我国的相关标准和实际情况制定各类风险的接收准则、损失等级标准和评价矩阵,最后基于历史事故的统计分析对盐岩地下储备库在建设和运营期的重大风险做出了宏观评价,为我国盐岩储备库的风险评价和安全管理提供经验借鉴和数据参考。
(3)分析了湖相沉积盐岩地下储备库的三类重大风险——油气渗漏、地面沉陷和腔体失效的风险机理与风险因素,分别分析了这三类风险的风险机理,识别了各类风险因素,建立了故障树模型,并对模型进行了定性与定量分析,得出了一些有益的结论。
(4)从经济损失、人员伤亡和环境影响三个方面对盐岩地下油气储备库重大风险的损失进行了综合分析,建立了盐岩地下油气储备库的重大风险损失评价指标体系,确定了各指标相应的等级划分标准,然后采用层次分析法确定各指标的重要性权重值,提出重大风险的损失综合评价方法。
(5)建立了盐岩介质中球形腔体的体积收缩的极限状态方程,采用可靠度分析法分析了地应力与腔体内压差值与各级风险发生概率之间的变化规律;采用单因素敏感性分析法,从宏观角度分析腔体的地层、设计和运行各参数对湖相沉积盐岩中储备库腔体收缩风险的影响,找出了对腔体收缩风险影响较显著的敏感因素。
(6)分析了腔体失稳风险的力学机理和主要的影响因素,结合数值模拟方法,提出以腔周塑性区分布、腔壁位移、围岩变形速率等作为评价指标来预测腔体在某阶段的稳定性程度,建立了腔体失稳风险的评价体系,最后以淮安矿区某拟建储气库群为例,采用数值模拟的手段对其流变30年时的腔体失稳风险进行了预测评价。
(7)基于上述风险分析的成果,分析了我国湖相沉积盐岩地下储气库选址的主要考虑因素,确定了选址的基本指标,初步提出了各基本指标的适宜度等级划分标准;提出了湖相沉积盐岩地下储气库的选址评价方法,并应用上述方法对我国的四个盐岩地下储气库备选库址进行了评价,评价结果验证了该方法的合理性。