CN105675384B - 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法 - Google Patents

储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105675384B
CN105675384B CN201610015378.8A CN201610015378A CN105675384B CN 105675384 B CN105675384 B CN 105675384B CN 201610015378 A CN201610015378 A CN 201610015378A CN 105675384 B CN105675384 B CN 105675384B
Authority
CN
China
Prior art keywords
anhydrite
deep
cavern
oil storage
stability
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610015378.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105675384A (zh
Inventor
张彬
王汉勋
冯军
付栋
李俊彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences Beijing
Original Assignee
China University of Geosciences Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences Beijing filed Critical China University of Geosciences Beijing
Priority to CN201610015378.8A priority Critical patent/CN105675384B/zh
Publication of CN105675384A publication Critical patent/CN105675384A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105675384B publication Critical patent/CN105675384B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress

Abstract

本发明公开了一种储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法。本发明评价方法包括四部分，分别为深部硬石膏围岩工程地质特征分析，深部硬石膏围岩力学参数分析，储库洞室群稳定性研究和洞室布局优化设计。本发明运用Hoek‑Brwon经验准则和地质强度指标，厘清硬石膏围岩岩石与岩体力学参数的折减规律，为洞室群围岩稳定性数值模拟提供参数依据；提出了单元安全系数法，并结合围岩应力场、位移场和塑性区综合评价洞室群围岩稳定性。本发明可用于储油环境下优化深部石膏洞室群的布局方案，提高硬石膏洞室的储油效率；并评价储油环境下深部硬石膏洞室群的稳定性，为科学论证深部硬石膏采房储油适应性提供参考方法。

Description

储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法
技术领域
本发明涉及一种用于评价储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性的方法，还涉及一种储油洞室优化布局的方法。
背景技术
被誉为“工业血液”的石油是国家经济发展的重要战略资源。与传统的地表石油储备方式相比，地下油库具有更安全、更环保、节约土地资源、降低工程造价等优点。国内外，包括地下水封洞库、深部盐岩洞穴库等类型的地下油库已有大量的应用和研究，但尚无利用深部硬石膏采空区储油的先例。洞室稳定性及密封性是决定地下油气库成败的关键因素，不论何种地下储油洞室，研究围岩在储存原油及地下水环境中长期弱化机制对于洞室长期稳定性与密封性的评价是非常必要的。但目前并没有系统的评价方法来研究深部石膏矿储油洞室的稳定性及长期稳定性。同时，国内外学者对于采矿洞室优化布局的研究已经比较成熟，而对于考虑储油环境的深部硬石膏开采洞室的优化及评价体系少有提及。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价与洞室布局优化的方法，能有效地解决上述现有技术存在的问题。
为此，本发明采用以下技术方案：
储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征是，所述的评价方法包括四部分，分别为深部硬石膏围岩工程地质特征分析，深部硬石膏围岩力学参数确定，储库洞室群稳定性研究和洞室布局优化设计；
1)、所述的深部硬石膏围岩工程地质特征分析包括分析矿区的区域地质背景、构造地质特征和地层特性；
2)、所述深部硬石膏围岩力学参数取值，包括以下步骤：
步骤1：对岩样进行力学试验，包括测试岩石的密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、抗压强度及抗拉强度；步骤2：对岩体强度进行参数分析及取值；
3)、所述储库洞室群稳定性研究，考虑储油效应，包括数值模拟计算和洞室围岩稳定性分析；
4)、所述洞室布局优化，包括评价指标的选取，试验方案设计及优化结果分析；
所述的评价指标的选取，将围岩塑性区分布规律及单元安全系数作为评价指标；
所述试验方案设计，以硬石膏采房设计尺寸作为初始参数，选取采房立柱宽度、立柱高度和隔层厚度作为影响因素，设计5水平，共设计25种试验方案，进行试验；
所述优化结果分析，分析各试验塑性区分布情况和单元安全系数，得出因素的最佳水平组合。
使用本发明可以达到以下有益效果：本发明运用Hoek-Brwon经验准则和地质强度指标，厘清硬石膏围岩岩石与岩体力学参数的折减规律，为洞室群围岩稳定性数值模拟提供参数依据；提出了单元安全系数法，并结合围岩应力场、位移场和塑性区综合评价采房围岩稳定性。本发明可用于优化深部石膏洞室群的布局方案，提高硬石膏洞室的储油效率；并评价储油环境下深部硬石膏洞室群的稳定性，为科学论证深部硬石膏采房储油适应性提供参考方法。
附图说明
图1为本发明的洞室群稳定性评价与洞室布局优化方法流程示意图。
图2为本发明的单元安全系数法原理图。
图3为本发明的洞室布局优化示意图。
图4为本发明的各评价指标最佳水平组合分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
实施例：如图1～图4所示，本发明的评价方法包括四部分，分别为深部硬石膏围岩工程地质特征分析，深部硬石膏围岩力学参数分析为深部硬石膏围岩工程地质特征分析，深部硬石膏围岩力学参数分析，储库洞室群稳定性研究和洞室布局优化设计；
1)、所述的深部硬石膏围岩工程地质特征分析包括分析矿区的区域地质背景、构造地质特征和地层特性；
2)、所述深部硬石膏围岩力学参数分析，包括以下步骤：
步骤1：对岩样进行力学试验，包括测试岩石的密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、抗压强度及抗拉强度；
步骤2：对岩石强度参数进行科学折减，确定储油洞室围岩岩体强度参数；
3)、所述储库洞室群稳定性研究，包括数值模拟计算和洞室围岩稳定性分析；
4)、优化储油洞室布局，包括评价指标的选取，试验方案设计及优化结果分析；
所述的评价指标的选取，将围岩塑性区分布规律及单元安全系数作为评价指标；
所述试验方案设计，以硬石膏采房设计尺寸作为初始参数，选取采房立柱宽度、立柱高度和隔层厚度作为影响因素，设计5水平，共设计25种试验方案，进行试验。
作为优选，区域地质背景及构造地质特征主要分析矿区及周边褶皱及断层的发育情况，评估裂隙的贯通情况；地层特性主要评价地层及围岩(包括矿体岩性特征、顶板围岩岩性特征及底板围岩性特征)的类别，并测试地层及围岩的物理力学参数。
作为优选，步骤1中所用岩样均为-400m水平采房现场采取或钻孔所得，并依据《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)对岩样进行精细加工，使得岩样直径为50mm，高度为100mm，两端平整度误差不大于0.02mm，垂直于岩样轴线，最大偏差不大于0.25°，岩样高度上直径误差不大于0.3mm。
作为优选，步骤2中运用基于Hoek-Brown强度准则和地质强度指标(GSI)的综合量化方法对硬石膏岩体强度参数进行研究，包括岩体单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角及对应岩石参数的折减率。
作为优选，数值模拟计算采用FLAC3D有限差分软件进行计算，且模型匹配在特定的压力水平下的非线性Hoek-Brown强度包线；流动法则按照应力状态来分配流动法则，在完全拉伸区，使用径向流动法则。在压缩且拉伸或等于0的区域使用关联流动法则。单元安全系数评价在基于Hoek-Brown强度准则，结合模型的应力场分布，提出单元安全系数，保证模型中的单元具有一定的强度储备。
作为优选，立柱宽度逐渐进行递增，5水平分别选取10m,12m,14m,16m,18m。
作为优选，立柱高度逐渐进行递增，5水平分别选取11m,13m,15m,17m,19m。
作为优选，隔层厚度逐渐进行递增，5水平分别选取10m,14m,18m,22m,26m。
所述优化结果分析，考虑在构造应力状态下实现储油，分析各试验塑性区分布情况和单元安全系数。运用极差分析法，由极差大小排出影响塑性区体积大小、上立柱安全系数、下立柱安全系数和隔层安全系数的各因素的重要性顺序，并得出因素的最佳水平组合。
作为优选，塑性区分布规律主要考虑上、下立柱和隔层是否出现贯通区；塑性区体积为围岩处于塑性极限的所有单元体积总和；上立柱安全系数为上层各个立柱所在单元的安全系数平均值的极小值；下立柱安全系数为下层各个立柱所在单元的安全系数平均值的极小值；隔层安全系数为隔层所在单元的安全系数平均值的极小值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法包括四部分，分别为深部硬石膏围岩工程地质特征分析、深部硬石膏围岩力学参数分析、储库洞室群稳定性研究和洞室布局优化设计；其中：
1)、所述的深部硬石膏围岩工程地质特征分析包括分析矿区的区域地质背景、构造地质特征和地层特性；
2)、所述深部硬石膏围岩力学参数分析，包括以下步骤：
步骤1：对岩样进行力学试验，包括测试岩石的密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、抗压强度及抗拉强度；所述岩样均为-400m水平采房现场采取或钻孔所得，并对岩样进行精细加工，使得岩样直径为50mm，高度为100mm，两端平整度误差不大于0.02mm，垂直于岩样轴线，最大偏差不大于0.25°，岩样高度上直径误差不大于0.3mm；
步骤2：确定储油环境下洞室岩体强度参数；
3)、所述储库洞室群稳定性研究，包括数值模拟计算和洞室围岩稳定性分析；
4)、洞室布局优化设计，包括评价指标的选取、试验方案设计及优化结果分析；所述评价指标的选取，将围岩塑性区分布规律及单元安全系数作为评价指标；所述评价指标的单元安全系数评价基于Hoek-Brown强度准则，结合模型的应力场分布，提出单元安全系数，保证模型中的单元具有一定的强度储备；
所述试验方案设计，以硬石膏采房设计尺寸作为初始参数，选取采房立柱宽度、立柱高度和隔层厚度作为影响因素，设计5水平，共设计25种试验方案，进行试验；
所述优化结果分析，对塑性区分布规律考虑上、下立柱和隔层是否出现贯通区；塑性区体积为围岩处于塑性极限的所有单元体积总和；对单元安全系数考虑上立柱安全系数为上层各个立柱所在单元的安全系数平均值的极小值，下立柱安全系数为下层各个立柱所在单元的安全系数平均值的极小值，隔层安全系数为隔层所在单元的安全系数平均值的极小值；分析各试验塑性区分布规律和单元安全系数，得出各因素的最佳水平组合。
2.根据权利要求1所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述区域地质背景及构造地质特征分析矿区及周边褶皱及断层的发育情况，评估裂隙的贯通情况；所述地层特性评价地层及围岩的类别，并测试地层及围岩的物理力学参数。
3.根据权利要求1所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述深部硬石膏围岩力学参数分析步骤2中运用基于Hoek-Brown强度准则和地质强度指标的综合量化方法对硬石膏岩体强度参数进行研究，包括岩体单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角及对应岩石参数的折减率。
4.根据权利要求1所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述储库洞室群稳定性研究的数值模拟计算采用FLAC3D有限差分软件进行计算，且模型匹配在特定的压力水平下的非线性Hoek-Brown强度包线；流动法则按照应力状态来分配流动法则，在完全拉伸区，使用径向流动法则；在压缩或拉伸等于0的区域使用关联流动法则。
5.根据权利要求1所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述试验方案设计的立柱宽度逐渐进行递增，5水平分别选取10m、12m、14m、16m、18m；立柱高度逐渐进行递增，5水平分别选取11m、13m、15m、17m、19m；隔层厚度逐渐进行递增，5水平分别选取10m、14m、18m、22m、26m。
6.根据权利要求1所述的储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法，其特征在于：所述优化结果分析运用极差分析法，由极差大小排出影响塑性区体积大小、上立柱安全系数、下立柱安全系数和隔层安全系数的各因素的重要性顺序，并得出各因素的最佳水平组合。
CN201610015378.8A 2016-01-11 2016-01-11 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法 Active CN105675384B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610015378.8A CN105675384B (zh) 2016-01-11 2016-01-11 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610015378.8A CN105675384B (zh) 2016-01-11 2016-01-11 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105675384A CN105675384A (zh) 2016-06-15
CN105675384B true CN105675384B (zh) 2020-04-03

Family

ID=56299910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610015378.8A Active CN105675384B (zh) 2016-01-11 2016-01-11 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105675384B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106649953B (zh) * 2016-10-08 2020-06-02 中石化上海工程有限公司 一种地下水封洞库的洞室群的优化布置方法
CN107247858B (zh) * 2017-08-10 2019-11-05 西南交通大学 落石冲击下有回填土拱形明洞结构概率可靠度设计方法
CN108984908B (zh) * 2018-07-19 2021-09-21 中国建筑第八工程局有限公司 利用bim技术辅助人防洞室改造的施工方法
CN110847969B (zh) * 2019-10-29 2021-06-08 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种适用于岩体条件地下洞室群变形分级预警指标的确定方法
CN111811995B (zh) * 2020-07-17 2022-04-15 中国地质大学（北京） 模拟粗糙单-交叉裂隙多相渗流的可视化试验方法及系统
CN114251121B (zh) * 2020-09-21 2024-04-02 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种大型地下洞室群整体安全系数的分析方法
CN114820949B (zh) * 2022-05-31 2023-04-28 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 深切河谷区地下洞室群地应力场的预测方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643935B (zh) * 2013-12-20 2016-04-06 山东大学 地下水封储油洞库地层识别与水幕孔优化装置及方法
CN104596837A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 张斌伟 一种考虑围岩非线性软化和剪胀特性的地下洞室分析方法
CN105181930A (zh) * 2015-09-07 2015-12-23 中国地质大学（北京） 用于测定油岩与水岩的化学反应及物理变化的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105675384A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105675384B (zh) 储油环境下深部硬石膏洞室群稳定性评价及布局优化方法
Yang et al. Feasibility analysis of using abandoned salt caverns for large-scale underground energy storage in China
Elmo et al. Applications of finite/discrete element modeling to rock engineering problems
Wu et al. Numerical study of multi-period palaeotectonic stress fields in Lower Cambrian shale reservoirs and the prediction of fractures distribution: a case study of the Niutitang Formation in Feng'gang No. 3 block, South China
Wang et al. Safety evaluation of gas storage caverns located close to a tectonic fault
Liu et al. The impact of the coal macrolithotype on reservoir productivity, hydraulic fracture initiation and propagation
CN105626025A (zh) 一种页岩储层压裂的可压性评价方法
CN107965316B (zh) 一种提高高瓦斯低渗透单一煤层抽采效果的方法
Zou et al. Variations in coalbed gas content, initial gas desorption property and coal strength after drilling-slotting integration technique and gas drainage: insight into pore characteristics
Chen et al. Case study: fault slip induced by hydraulic fracturing and risk assessment of casing deformation in the Sichuan Basin
He et al. Integrity analysis of wellbores in the bedded salt cavern for energy storage
Fomychov et al. Determination of parameters of non-uniform fractured rock massif in computing experiment
Wu et al. Numerical simulation on fracture and acoustic emission behavior of sandstone with partial filling flaw in semi-circular three-point bending tests
Song et al. Hydrocarbon retention and leakage in traps bounded by active faults: A case study from traps along the NDG fault in the Qinan area, Bohai Bay Basin, China
Ghasemloonia et al. Feasibility study of underground salt caverns in Western Newfoundland: experimental and finite element investigation of creep-induced damage
Zhao et al. Prediction of geomechanical sweet spots in a tight gas sandstone reservoir: A case study of lower Permian strata in the southern Qinshui Basin, China
Liu et al. Strain softening and brittleness characteristics of gangue-containing coal samples
Huang et al. Stress sensitivity analysis of fractal porous media based on the elasto-plastic thick-walled cylinder model
Yao et al. A new method for determining the sealing depth of extraction borehole based on the constant-pressure gas injection and its applications
Li et al. Experimental study on the porosity and permeability change of high-rank coal under cyclic loading and unloading
Wei et al. Fault slippage and its permeability evolution during supercritical CO2 fracturing in layered formation
Lian et al. Simulation of ground stress field and fracture anticipation with effect of pore pressure
Lin et al. Numerical and experimental studies on dynamic gas emission characteristics of boreholes
Zhang et al. Sealing capacity evaluation of underground gas storage under intricate geological conditions
Tsopela DEM hydromechanical modeling of fault reactivation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant