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据统计资料表明,国外能源地下储备库的灾难性事故大部分都与盐穴腔体的密闭性有关。中国人口稠密,规划建设的油气储库上部地表及周边有密集的城镇、村庄,并且还有铁路、公路等交通运输要道,储库一旦泄露会造成更为严重的后果,所以腔体密闭性是盐穴地下储气库安全运营面临的关键问题。为了对储气库密闭性进行全面的评价,本文系统开展了由室内及现场的实验测试,包括多岩性细观扫描、室内渗透测试、现场密闭性测试,系统地研究了盐岩的孔隙和渗透特性,建立了储气库气体渗透模型,分析了储气库密闭性的影响因素,主要研究内容及结论如下:
1.对取自储气库不同深度层段的试样进行了多岩性的细观电镜扫描,获得了不同岩性晶体、矿物颗粒的形状与大小,孔隙的大小与分布,胶结物的胶结形式等组织结构信息;分析了压力、温度以和应变变形等因素对孔隙的影响。
2.研究了孔隙率和渗透率之间的关系,发现当孔隙率较低时,其渗透率也较低,但高孔隙率的试样不一定有高渗透率;渗透率较高的试样,其孔隙率也必然较高;连通的孔隙或裂隙对渗透性的影响巨大,是渗透性的主要控制因素。
3.通过室内盐岩气体渗透实验,研究了不同压力下的渗透曲线特征,获得了盐岩的渗透参数;给出了储气库腔体气体渗透的控制方程,建立了气体渗透的模型;分析了滑脱效应、启动压力和层状分布等因素对气体渗透的影响。
4.开展了多条件的现场密闭性测试,研究了层状盐岩原位的渗透特性和单个储气库及库群的密闭性,获得了层状盐岩原位渗透参数;提出了一种新的储气库密闭性测试的判定准则,并应用这个准则对储气库密闭性的现场测试结果进行了分析。
5.结合我国盐层的形成历史,对层状盐岩中常见的伴生矿物的性质进行了分析,并研究了不同伴生矿物对储气库密闭性的影响。针对储气库实际的运营中最常出现的循环注采和紧急采气的两种工况,分别开展了相对应的循环加卸载和不同的加载速率的实验研究,分析了这两种受力模式对盐岩储气库密闭性的影响。基于现场的声纳测腔结果以及通过试验获取的力学参数,模拟并分析了长时间运营下夹层对储气库密闭性的影响,结果表明夹层因盐岩大变形而出现的破损带,会对储气库的密闭性和库群的工作效率产生影响。