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本文以潜江盐岩储气库建设为依托,针对其地温特征,系统展开了温度作用下的力学试验研究,获取了温度作用下的盐岩关键力学参数,对盐岩的变形机理进行了分析,结合数值模拟的手段对潜江盐岩地下储气库的稳定性进行了研究。主要包括以下几个方面的研究工作:
1.针对我国江汉潜江储气库地温特征,进行了不同温度和不同压力条件下的压缩试验。研究了温度作用下盐岩的瞬态力学特性,对盐岩力学参数及屈服应力随温度的变化关系进行了分析。
2.开展了盐岩的温度蠕变试验研究,在50℃、75℃、86℃三种情况下,分别保持温度不变,施加不同围压及偏应力;以及同一试样保持应力水平不变,变化温度。分析了温度蠕变曲线的特征,稳态蠕变率随时间、应力、温度的变化规律,并基于蠕变试验结果,利用盐岩稳态蠕变本构方程拟合出盐岩在86℃下的非线性材料参数。
3.从盐岩剪切面上的“犁沟效应”入手,基于盐岩亚晶结构特征,建立软硬区模型分析了蠕变过程硬化-软化回复特征。利用细观的位错滑移理论对盐岩变形特征以及盐岩温度作用下的热激活滑移原理进行了分析,在位错障碍与变形速率恒定时,随温度的升高,流变应力变小;相反,位错障碍与温度恒定时,随着应变速率的增大,需要的流变应力也增大,与盐岩的温度蠕变试验得出的结论一致。
4.从潜江盐岩地质成因出发,对潜江盐岩稳态蠕变速率高于金坛、云应地区给出了解释。基于温度试验获取的力学参数,利用FLAC3D进行了超深地层盐岩地下储气库的数值模拟分析,综合考虑静力稳定性计算结果与长期蠕变分析结果,建议储气库长期最小运行压力为17MPa、在紧急采气时的运行压力可取15MPa-17MPa,套管鞋与腔顶的最小距离不少于10米,两倍溶腔直径的矿柱宽度是安全可行的。