層狀鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期安全綜合評(píng)價(jià)及多因素優(yōu)化研究.pdf

1、由于鹽巖具有水溶性、良好的蠕變性、損傷自恢復(fù)性、低滲透率以及塑性變形能力大等優(yōu)良特性，并且鹽巖洞室利用率高、占地面積小、瞬時(shí)吞吐量大、易開挖，國(guó)內(nèi)外均采用鹽巖儲(chǔ)庫(kù)作為能源儲(chǔ)備介質(zhì)。盡管鹽巖儲(chǔ)庫(kù)相對(duì)于其他能源儲(chǔ)備圍巖體具有較好的安全性，但我國(guó)鹽巖儲(chǔ)備層與國(guó)外巨厚鹽丘相比，具有鹽巖品位低、夾層數(shù)目多、埋藏淺、巖層厚度薄等特點(diǎn)，并且建腔過程不可見，無(wú)法控制腔體形狀；在鹵水長(zhǎng)期浸泡下，鹽巖力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變；不溶或難溶夾層的垮塌等都會(huì)對(duì)鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)

2、建腔期的安全性造成威脅。
　　鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)水溶建腔是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，合理的選擇建腔工藝及建腔方法才有可能得到設(shè)計(jì)的形態(tài)，包括淡水循環(huán)方式的選擇、建腔管柱的組合方式、淡水注排量的確定、頂?shù)装宓谋Ｗo(hù)措施、溶腔形狀的檢測(cè)、油墊位置的控制和配套的地面設(shè)備等。在建腔過程中只有這些問題得到正確合理的解決，才能使建成的溶腔符合儲(chǔ)氣庫(kù)要求。由此可見，在建腔過程中會(huì)面臨很多復(fù)雜問題，這會(huì)影響鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期的安全，因此，非常有必要對(duì)我國(guó)鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)

3、建腔期進(jìn)行安全性分析。
　　本文研究的主要內(nèi)容及研究成果如下：
　?、俜治隽藢訝铥}巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)水溶建腔原理及單井對(duì)流法水溶建腔工藝。介紹了影響鹽類礦物溶解速度的主要因素，包括鹽類礦物的品位、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、水溶性、構(gòu)成組分等內(nèi)在因素和溶液濃度、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溶解面的空間位置、溫度和壓力、溶劑的性質(zhì)等外在因素。
　?、趹?yīng)用國(guó)內(nèi)首款自主研發(fā)的層狀鹽穴建造過程的造腔軟件（SaltCavernBuilderV1.0）對(duì)影響造腔的關(guān)鍵因素

4、進(jìn)行了模擬造腔分析，這些關(guān)鍵因素包括：循環(huán)方式、鹽巖品位、注水排量、管柱組合、夾層數(shù)量及油墊位置。由造腔軟件模擬的結(jié)果可以看出，如果造腔工藝選擇不當(dāng)，造出的腔體形狀極不規(guī)則。
　　③通過對(duì)層狀鹽巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)典型事故原因進(jìn)行深入的分析，并結(jié)合金壇鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際地質(zhì)條件和建腔過程中存在的影響因素，從鹽巖與夾層特性、地層特征、腔體設(shè)計(jì)、施工控制、配套設(shè)施及人為失誤六個(gè)方面來分析可能引起鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期事故的危險(xiǎn)源，建立了層狀鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建

5、腔期的事故樹模型。通過對(duì)事故樹進(jìn)行定性分析，得到了可能導(dǎo)致建腔期事故發(fā)生的所有途徑和基本致因事件。
　?、軐?duì)由事故樹得到的危險(xiǎn)因子進(jìn)行合理篩選后按其性質(zhì)不同進(jìn)行歸類，分為鹽巖力學(xué)參數(shù)、夾層參數(shù)、建腔參數(shù)三個(gè)評(píng)價(jià)單元，建立了層狀鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期安全評(píng)價(jià)體系?；谇叭说膶?shí)驗(yàn)研究及本課題組成員的數(shù)值模擬結(jié)果建立了安全評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)評(píng)分模型。
　?、莼谧儥?quán)和相對(duì)差異函數(shù)對(duì)擬建M井鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期進(jìn)行了安全綜合評(píng)價(jià)。層次分析法得到的

6、指標(biāo)常權(quán)通過變權(quán)方法進(jìn)行調(diào)整，得到的變權(quán)權(quán)重隨評(píng)價(jià)值的改變而改變，能夠突出個(gè)別指標(biāo)評(píng)價(jià)值的明顯變化對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生的影響，若個(gè)別指標(biāo)的評(píng)價(jià)值得分很低，則經(jīng)過變權(quán)處理后其權(quán)重將會(huì)有很大的提高。各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)安全等級(jí)的隸屬度由相對(duì)差異函數(shù)來確定，可以體現(xiàn)某些影響因素在評(píng)價(jià)體系中的重要性。將基于變權(quán)和相對(duì)差異函數(shù)法的安全評(píng)價(jià)結(jié)果與利用模糊綜合評(píng)價(jià)法以及模糊灰關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，三者的級(jí)別特征值相差不大，證明變權(quán)和相對(duì)差異函數(shù)綜合評(píng)價(jià)

7、法具有良好的準(zhǔn)確性和客觀性。
　?、掎槍?duì)層狀鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建腔期的三個(gè)可控因素：夾層位置（可以通過調(diào)整腔體埋深來實(shí)現(xiàn)）、腔體高徑比、礦柱間距進(jìn)行優(yōu)化。夾層位置這一因素設(shè)置3個(gè)水平：1/4H、3/4H、1/2H，其中H為腔體高度；高徑比這一因素設(shè)置三個(gè)水平：1.0D、1.5D、2.0D；礦柱寬度這一因素設(shè)置三個(gè)水平：1.0D，1.5D，2.0D，D為腔體直徑。基于正交實(shí)驗(yàn)法確定實(shí)驗(yàn)方案，應(yīng)用COMSOLMultiphysics軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)