盐岩溶腔水平储库溶解建造过程实验与数值模拟

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作为“西气东输”工程的配套工程—盐岩矿床地下储库的建造,主要用于解决由于季节、气候变化造成的不平衡调峰以及管道意外故障的应急供气。国外盐岩溶腔储库普遍建造在深部的盐丘中,多为垂直型储气库,而我国的盐岩矿床的特点为:盐岩层数较多,单层厚度相对比较薄、软弱夹层相对较多,直接借鉴国外建造垂直型盐岩溶腔储库的方法,储库势必会穿越较多的夹层,不仅储库建造的难度和复杂程度有所增加,而且在后期运行过程中储库的稳定性也会受到很大的影响。本文以在层状盐岩矿床中以水溶建腔方式建造水平储库为背景,通过室内实验和数值模拟的方法对盐岩溶腔水平储库的溶解建造过程作了初步的研究,研究结果对其提供参考。主要研究结果如下:(1)通过芒硝盐岩的溶解实验得出,实验系统中不同放置位置盐岩岩芯的溶解规律,注水管和出水管的放置方式对盐岩溶解的影响,同时拟合出低浓度溶液中流速和盐岩的溶解速度的关系式。(2)盐岩溶腔水平储库溶解建造不同阶段溶腔内流场的数值模拟的得到:流体由注水管进入较大的腔体内形成射流,射流对周围的流体卷吸作用,射流宽度的不断增加,腔体横向的速度分布就变得比较均匀;溶腔建造过程的不同阶段,溶腔边界处的速度值与注水口速度呈线性关系;溶腔建造过程中相同注水口速度,溶腔边界处的速度值随溶解建造的进行先减少而后趋于相同。(3)水平溶腔长度相同的情况下,腔体中溶液的浓度沿溶腔轴线方向逐渐增大,然后逐渐达到稳定值;腔体内浓度达到稳定值的位置随注水口速度的增大逐渐向后推移,拟合出溶腔初始阶段腔体内溶液浓度达到稳定值的位置与注水速度的关系式,故水平溶腔长度固定的情况下,可以确定一个最优的注水流量使得溶腔内的浓度恰好在溶腔出口处达到稳定值。(4)盐岩溶腔水平储库溶解建造过程不同阶段腔体围岩的变形和应力分布的数值模拟得出:水平溶腔形成的初始阶段,腔体围岩的应力集中程度较低,随着腔体溶解建造的进行,腔体进出口处围岩的应力分布存在很大的差异,为保证水平腔体的稳定性,采取调换进出口井的措施维持溶腔的均衡发展。盐岩溶腔水平储库溶解建造过程的不同阶段,腔体围岩向腔体内收缩,腔体不同部位围岩的变形量不同。
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