盐岩蠕变模型的建立及其在地下天然气储气库中的应用

Ｂ ｒｅ ｕｇｒ ｓ蠕变模型 由Ｍａｗ ｌ模型与 Ｋ ｌ ｎ ｘｅ ｌ ｅ ｉ 模 ｖ
型 串联起来 得到 的 四元件模 型 ， 图 （） 如 ２ 所示 。
１ 蠕变 试验 现 场 选 取 盐 岩试 块 后 ， 实 验 室 加 工 为 ￣５ × 经 ０
１０ ０ｍｍ 的标准圆柱形试件进行盐岩单轴蠕变试验 。
２ １ Ｂ ｒ ｅｓ蠕 变 模 型 ． ｕｇ ｒ
原 理 回归 得 到 了该 模 型 的 参 数 。结 合 该 模 型 应 用 Ｆ ＡＣ 有 限差 分 法程 序对 某地下 盐 岩储气 库在 ５ Ｌ 年 内的变 形 与 稳定 性 进 行 了分 析 ， 旨在 对该 储 气库 的
长期 稳 定性预 测 提供 参考 依据 。
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内 蒙 古石 油 化 工
型的建立及其在地下天然气储气库中的应用
迟 明
（ 海市公安消防支队防火处） 乌
摘 要 ： 文 以地 下储 气库 盐 岩单轴 蠕 变试验 为例 ， 本 对盐 岩 的蠕 变 特性 进 行 了分 析 ， 立 了盐 岩 的 建 蠕 变模 型 ； 通过 最 小二 乘法 原理 回 归得 出 了盐岩 蠕 变模型 中的各 个参 数 。 用该模 型对 地下 天然 气储 气 利
０４ ．５ ０４ ． ０３ ．５
０３ ． 。 ２ ． ５
０２ ．
吨， 预计２ ２ 年为２ ００ 亿吨。 目前 ， 诸如石油、 天然气等
能源 的储 存方 式 主要有 三种 ， 陆上储 罐 、 即 海上 储罐
和地下储备。而研究表明陆上和海上能源储罐极有 可能成为恐怖袭击的目标 。能源地下储存一般放置 在盐岩、 非渗透性岩层以及多孔隙岩层中。
可 以得 出 ： 在单 轴 压缩 作 用 的 初期 试 件 产 生 了瞬 时
弹性 变形 ， 着时 间的 增加蠕 变逐 渐趋 于 一稳 定值 。 随
２ 蠕变模 型 及参数 拟 合
为 了 研 究 盐 岩 的 长 期 稳 定 性 特 征 以 及 变 形 特 征 ， 文 选 取 了某 盐 矿 的盐 岩 对 其进 行 了单 轴 压 缩 本
通 过拉 普 拉斯 变 换 以及逆 变换 可得 相 应 的蠕 变
２１ 年第 １ 期 ０１ ８
ｄ 一 ｌ ＋ Ｅ１１ ￡
迟明 盐 蠕 模型 建 及其 地 天 气 库中 应 岩 变 的 立 在 下 然 储气 的 用
（） １
１ ７
Ｏ ０ ４ ０． ０ ３ Ｏ ｉ ｉ
＼
储 气库 埋深 约 １０ｍ， 最大 宽 度为 ６ｍ， ００ 其 ０ 最大 高度
上述 分析 盐岩 的这 种蠕变 特 性显示 盐 岩 的蠕变
实验蠕变试验研究。在分析其蠕变特性的基础上进
一
步 建 立 了 Ｂ ｒｅｓ蠕 变 模 型 ， 通 过 最 小 二 乘 法 ｕｇｒ 并
与Ｂ ｒｅｓ ｕｇｒ 蠕变模型曲线相似 。 因此本文采用Ｂ ｒ— ｕｇ ｅ 蠕变模型描述盐岩的蠕变特性 。 ｒ ｓ
盐 岩 以其 良好 的密 封性 、 蠕变 特性 、 低渗透 率及 损 伤 自愈 合 特性 ， 目前 世 界 各 国公 认 的 能源 以及 是
废 弃物 贮 存永 久处 置 的一种 首选 介质 。
０ １ ． ５
时 间／ ｈ
图 １ 单轴压 缩蠕变试验 曲线
分析 盐 岩 在单 轴 压 缩 作用 下 的蠕 变 试 验 曲线 ，
为 １０ ２ ｍ。
对 于 Ｍａ ｗ ｌ模 型 ， ： ｘ ｅｌ 有
２
＆ Ｏ Ｅ ＝ ２ Ｍ＋ ａ／ Ｍ ／ ２７
（） ２
因两 者 串联 ， 则有 ：
ｆ 一 Ｅ ＋ １ ２
． 一艿 ＋ ｚ ｛ １ ＆ ＆
（） ３
【 。。 ： ＋
组合式 （ ） （ ） （ ）将 艿 、。 １、２与 ３ ， ８ ＆ ＆消掉 ， 则可得
库进 行 了数 值计 算 分析 ， 果表 明模 型 可 以很好 的反 映 盐岩 的蠕 变规 律且 可 用 来预 测 盐岩 天 然 气储 气 结
库 的长期 稳定 性 。
’ 关键 词 ： 岩 ； 变 ； 气库 盐 蠕 储 中图 分类 号 ：５ ８２ ＋ Ｐ ８ ．４ ７ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：ｏ ６ ７８ （０ １ １一 Ｏ１— ０ １ｏ— ９ １２ １） ８ ０６ ２
到 Ｂ ｒｅｓ模型 的本构 方程 为 ： ｕｇｒ
缸 ｌ ＆ ：鼬＆ ｆ ＋／ 刍 ＋ １ 据
， ．、
图 ４ 数值计算模型
４
图 ５图 ６为盐 岩储 气库 在 ａ运 营期 间最低 内压 、 ６ ＭＰ作用 下 ， 后 的 位移 等 值 线 图 。可 以看 出储 ５年 气 库 在运营 ５年后 ， 岩 产生 了 明显 的蠕变 现 象 ， 盐 其 中 以竖 向位 移更 为 明显 ， １ ７ｃ 主 要 集 中在 储 为 ． ５ｍ， 的 中部 位 置 ， 以 右 中部 较 为 明显 为 ｌｍ。总 的 来 且 ｃ
能源 作 为 我 国经 济 发 展 的命 脉 ， 有相 当重 要 具 的战 略意 义 。 一旦发 生 能源危 机 ， 将会 引起社 会 的严
重 动荡 ， 严重 破坏 经 济的发 展 。 １ ９ 年 开始 ， 将 从 ９３ 我 国 已成为 石油 进 口国 。 ０ ２ 原进 口原油近 ６ ０ ２０ 年 ０ ０万
通 过长 春 朝 阳仪 器 厂生 产 的 Ｒ Ｗ 一２ ０ 变试 验 Ｌ ０ ０蠕
机 获得 盐 岩在 单轴 压缩 应 力为 ８ ６ ａ 的 蠕变 曲 ． ＭＰ 下
线 见 图 １所示 。
图 ２ Ｂ ｒｅｓ蠕 变模 型 ｕｇ ｒ
对 于 Ｋｅｖｎ模 型 ， ： ｌｉ 有
收稿 日期 ：Ｏ １ ８ ８ ２ ｌ 一Ｏ —０ 作者 简介 ： 明（ ９９ ， 现就职于 内蒙古乌海市公安 消防支队防火 处， 迟 １ ７ 一） 男， 法制科科 长， 工程 师， 学士 学位 ， 中国人 民武 装警察部队 学院火灾原 因调查专业。