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我国盐岩能源地下储库建设一般采用单井油垫法水溶造腔工艺,造腔过程中,经常会出现造腔管柱破损等工程问题,严重影响造腔进度和腔体形态控制。本文面向盐岩能源地下储库水溶造腔建设的需要,开展了水溶造腔管柱系统破损及其防范措施的理论和实验研究,重点研究了管柱动力失稳的影响因素及相对应的工程防范措施。 归纳起来,本文的主要工作和成果如下: 1.结合文献资料的调研和工程现场实地调查,从水流循环方式、注水流量和造腔形态控制三个方面介绍了盐岩地下储库单井油垫法水溶造腔建设工艺,重点对现场管柱常出现的磨损和锈蚀、弯曲变形、接箍损坏和管柱断裂等工程问题进行了说明和分类,并仔细分析了这些工程问题发生的原因。 2.结合水溶造腔管柱液固耦合力学特性相关的理论研究,建立了造腔管柱液固耦合力学响应计算模型,通过将水溶造腔管柱简化为悬臂管结构,重点分析了悬臂管结构模型的振动方程和临界流速,并结合水溶造腔工程实际对悬臂管结构的临界流速进行了计算和讨论,探讨了水溶造腔管柱系统结构和相关的几何与力学参数对管柱动力稳定性的影响。 3.综合现场调研和理论分析的成果,开展了水溶造腔管柱室内模型试验。开展了室内模型试验装置的设计和制作,如输流管材质、管径和长度,以及水泵类型与扬程等的选择,试验过程中观察到了静力屈曲、水锤、“类悬臂管”受迫振动等试验现象,探讨了不同端部条件对悬臂输流管振动特性的影响,揭示了静力屈曲等试验现象发生机理和影响因素。 4.结合试验所观察的现象,分析了水溶造腔管柱工程破损与管柱动力失稳的之间的关系,并重点结合模型试验和现场调研,总结得出了引起水溶造腔管柱发生动力失稳的水流波动性、注水流量和管柱自身结构和特性等影响因素,并针对这些因素提出了减小水流波动、设计合理注水流量及改善管柱材料与结构等工程防范措施。