CN109344445B - 一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法 - Google Patents

一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，所述计算方法包括步骤：工程及水文地质资料的收集与分析，水文时序监测资料的收集与分析，爆破响应相关监测资料的收集与分析，三维水文地质计算模型的建立与校核，安全间距的确定。采用本发明所述计算方法，可保证洞库扩建过程中，已储油洞库的水封安全性，解决了地下水封石洞油库扩建安全距离计算的问题，提高了适宜修建地下水封石洞油库区域的利用率，同时共用已建油库的输油管道及相应运营设备，有利于降低修建及运营的投资成本，为增加国家石油储备量做出了贡献。

Description

一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法
技术领域
本发明涉及地下水封石洞油库技术领域，尤其涉及一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法。
背景技术
石油是关乎国计民生的重要战略资源，石油储存方式包括地下钢罐、覆土罐、土中罐、海上储油、地下洞库等。地下水封石洞油库相比于其他储存方式，具有更安全、更环保、节约土地资源、降低工程造价等优点。然而，地下水封洞库的修建，对拟建区域的工程地质条件和水文地质条件都有较为严苛的要求，满足洞库修建要求的地区相对有限。因此在已建油库附近修建新库成为一种很好的提高石油储备量的方法。同时，新建油库可以共用已建油库的输油管道及相应运营设备，这样会有利于降低修建及运营的投资成本。但是，对于地下水封洞库这样的大型工程，运营期水封的长期安全性必须得以保证。新建油库的开挖施工对储油油库周围的渗流场会产生多大程度的改变，进而是否会对储油油库水封安全性产生影响备受关注。但目前没有一套系统的方法对地下水封石洞油库扩建水封安全间距进行评价计算。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，从而解决地下水封石洞油库扩建安全距离计算的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，包括步骤：
(1)收集已建油库工程地质和水文地质资料，勘查查明拟建油库区域工程地质和水文地质条件；
(2)收集整理已建工程施工期和运营期水文时序监测资料；收集已建工程开挖爆破阶段的爆破响应相关监测资料；
(3)建立已建油库的三维水文地质数值计算模型，并通过已建工程施工期和运营期水文时序监测资料对三维水文地质数值计算模型进行校核，得到优选的合理数值计算模型；
(4)根据已建油库工程地质和水文地质资料、以及拟建油库区域工程地质和水文地质条件，选取拟建油库大致的靶区位置；
(5)以优选的合理数值计算模型为基础，建立带有拟建工程的数值计算模型，并在模型中设置已建油库和拟建油库不同情况下的间距s；
(6)分析拟建油库开挖前后，已建油库附近地下水位的变化，确定第一安全距离s1；
(7)分析拟建油库开挖前后，已建油库洞室涌水量的变化，确定第二安全距离s2；
(8)分析拟建油库开挖前后，已建油库上方垂直水力梯度的变化，确定第三安全距离s3；
(9)通过已建工程的爆破响应相关监测资料，获得震动波在岩体裂隙中的衰减规律，并结合完整岩石破坏对应的峰值波速和岩体破坏对应的峰值波速，确定第四安全距离s4；
(10)选取s1、s2、s3和s4中的最大值，作为地下水封石洞油库扩建水封安全间距。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(1)中的已建油库工程地质资料包括：岩体裂隙的发育程度，是否存在大型的断裂构造以及岩体质量。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(1)中的已建油库水文地质资料包括：地下水位的埋深和渗透系数的变化规律。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(2)中的已建工程施工期和运营期水文时序监测资料包括：已建油库主洞室的渗水量以及油库四周水位变化。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(2)中的爆破响应相关监测资料包括爆破能量在岩体中的衰减规律。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(4)中拟建油库大致的靶区位置选在围岩质量好且地下水位较高的区域。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(5)中的间距s选择50m的倍数。
所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，所述步骤(9)中的完整岩石破坏对应的峰值波速为96cm/s，岩体破坏对应的峰值波速为54cm/s。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，采用本发明所述计算方法，可保证洞库扩建过程中，已储油洞库的水封安全性，解决了地下水封石洞油库扩建安全距离计算的问题，提高了适宜修建地下水封石洞油库区域的利用率，同时共用已建油库的输油管道及相应运营设备，有利于降低修建及运营的投资成本，为增加国家石油储备量做出了贡献。
附图说明
图1是本发明地下水封石洞油库水封安全间距的计算方法的流程图。
图2是本发明具体应用实施例的现场水文时序监测资料整理示意图。
图3是本发明具体应用实施例的地下水封油库扩建模型示意图。
图4是本发明具体应用实施例的计算方法的流程图。
图5是本发明具体应用实施例的地下水位线示意图。
图6是本发明具体应用实施例的垂直水力梯度示意图。
图7是本发明具体应用实施例的衰减规律变化曲线示意图。
具体实施方式
本发明提供一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明较佳实施例提供的一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其中，包括步骤：
S10、收集已建油库工程地质和水文地质资料，勘查查明拟建油库区域工程地质和水文地质条件；
S11、收集整理已建工程施工期和运营期水文时序监测资料；收集已建工程开挖爆破阶段的爆破响应相关监测资料；
S12、建立已建油库的三维水文地质数值计算模型，并通过已建工程施工期和运营期水文时序监测资料对三维水文地质数值计算模型进行校核，得到优选的合理数值计算模型；
S13、根据已建油库工程地质和水文地质资料、以及拟建油库区域工程地质和水文地质条件，选取拟建油库大致的靶区位置；
S14、以优选的合理数值计算模型为基础，建立带有拟建工程的数值计算模型，并在模型中设置已建油库和拟建油库不同情况下的间距s；
S15、分析拟建油库开挖前后，已建油库附近地下水位的变化，确定第一安全距离s1；
S16、分析拟建油库开挖前后，已建油库洞室涌水量的变化，确定第二安全距离s2；
S17、分析拟建油库开挖前后，已建油库上方垂直水力梯度的变化，确定第三安全距离s3；
S18、通过已建工程的爆破响应相关监测资料，获得震动波在岩体裂隙中的衰减规律，并结合完整岩石破坏对应的峰值波速和岩体破坏对应的峰值波速，确定第四安全距离s4；
S19、选取s1、s2、s3和s4中的最大值，作为地下水封石洞油库扩建水封安全间距。
本发明所述方法整体上分为四大模块：地质资料勘察收集、监测数据的收集整理、数据模型建立与校核、以及已建油库水封性评价指标；其具体包括：工程及水文地质资料的收集与分析，水文时序监测资料的收集与分析，爆破响应相关监测资料的收集与分析，三维水文地质计算模型的建立与校核，安全间距的确定。
本发明提供了一种实施简便，有效结合已建油库施工期水文监测资料，适用于地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，采用本发明所述计算方法，可保证洞库扩建过程中，已储油洞库的水封安全性，解决了地下水封石洞油库扩建安全距离计算的问题，提高了适宜修建地下水封石洞油库区域的利用率，同时共用已建油库的输油管道及相应运营设备，有利于降低修建及运营的投资成本，为增加国家石油储备量做出了贡献。
进一步的，本实施例中，所述步骤S10中的已建油库工程地质资料包括：岩体裂隙的发育程度，是否存在大型的断裂构造以及岩体质量。其中，优选的，岩体质量的评价标准参见GB 50455-2014。所述步骤S10中的已建油库水文地质资料包括：地下水位的埋深和渗透系数的变化规律。所述步骤S11中的已建工程施工期和运营期水文时序监测资料包括：已建油库主洞室的渗水量以及油库四周水位变化。所述步骤S11中的爆破响应相关监测资料包括爆破能量在岩体中的衰减规律。
进一步的，本实施例中，所述步骤S13中拟建油库大致的靶区位置选在围岩质量好且地下水位较高的区域。所述步骤S14中的间距s优选选择50m的倍数。例如，可以选择间距s为50m、100m、150m、200m…，如特殊情况，可适当选择间距s小间隔增长。
进一步的，本实施例中，所述步骤S18中的完整岩石破坏对应的峰值波速为96cm/s，岩体破坏对应的峰值波速为54cm/s。具体实施时，结合完整岩石破坏对应的峰值波速和岩体破坏对应的峰值波速等理论研究已知的若干关键值，并整理震动波在岩体裂隙中的衰减规律曲线，确定第四安全距离s4。
请一并参见图2至图7所示，本发明还提供了一个具体应用实施例，其中，所述具体应用实施例的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，包括步骤：
(1)收集已建油库的工程地质及水文地质资料，主要包括：岩体裂隙的发育程度，是否存在大型的断裂构造，岩体质量，地下水位的埋深和渗透系数的变化规律；
(2)拟建库区进行勘查工作，勘查内容主要包括：岩体裂隙的发育程度，是否存在大型的断裂构造，岩体质量，地下水位的埋深和渗透系数的变化规律；
(3)收集及整理已建工程施工期及运营期水文时序监测资料，主要包括已建油库主洞室的渗水量以及油库四周水位变化，图2为现场水文时序监测资料整理示意图；收集已建工程开挖爆破阶段，爆破响应的相关监测资料；
(4)建立已建油库的三维水文地质数值计算模型，如图3；并通过水文时序监测资料对所建立三维水文地质数值计算模型进行校核，优选合理的数值计算模型；
(5)选取拟建油库大致的靶区位置，以经校核后合理数值计算模型为基础，建立带有拟建工程的数值计算模型，如图3，模型中已建油库和拟建油库的间距分别为50m、100m、150m、200m、250m和300m；
(6)分析不同工况下，拟建油库开挖前后，已建油库附近地下水位的变化，确定安全距离为150m；
(7)分析不同工况下，拟建油库开挖前后，已建油库洞室涌水量的变化，确定安全距离200m；
(8)分析不同工况下，拟建油库开挖前后，已建油库上方垂直水力梯度的变化，确定安全距离150m；
(9)通过爆破响应的监测资料，获得震动波在岩体裂隙中的衰减规律为Vmax＝24.58e-0.047D，其中，Vmax为震动波的峰值速度，D为震中距；图7为衰减规律变化曲线示意图；结合完整岩石破坏对应的峰值波速96cm/s和岩体破坏对应的峰值波速54cm/s，确定安全距离为180m；
(10)确定本实施例中，该油库扩建的水封安全距离为200m。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，包括步骤：
(1)收集已建油库工程地质和水文地质资料，勘查查明拟建油库区域工程地质和水文地质条件；
(2)收集整理已建工程施工期和运营期水文时序监测资料；收集已建工程开挖爆破阶段的爆破响应相关监测资料；
(3)建立已建油库的三维水文地质数值计算模型，并通过已建工程施工期和运营期水文时序监测资料对三维水文地质数值计算模型进行校核，得到优选的合理数值计算模型；
(4)根据已建油库工程地质和水文地质资料、以及拟建油库区域工程地质和水文地质条件，选取拟建油库大致的靶区位置；
(5)以优选的合理数值计算模型为基础，建立带有拟建工程的数值计算模型，并在模型中设置已建油库和拟建油库不同情况下的间距s；
(6)分析拟建油库开挖前后，已建油库附近地下水位的变化，确定第一安全距离s1；
(7)分析拟建油库开挖前后，已建油库洞室涌水量的变化，确定第二安全距离s2；
(8)分析拟建油库开挖前后，已建油库上方垂直水力梯度的变化，确定第三安全距离s3；
(9)通过已建工程的爆破响应相关监测资料，获得震动波在岩体裂隙中的衰减规律，并结合完整岩石破坏对应的峰值波速和岩体破坏对应的峰值波速，确定第四安全距离s4；
(10)选取s1、s2、s3和s4中的最大值，作为地下水封石洞油库扩建水封安全间距。
2.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(1)中的已建油库工程地质资料包括：岩体裂隙的发育程度，是否存在大型的断裂构造以及岩体质量。
3.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(1)中的已建油库水文地质资料包括：地下水位的埋深和渗透系数的变化规律。
4.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中的已建工程施工期和运营期水文时序监测资料包括：已建油库主洞室的渗水量以及油库四周水位变化。
5.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中的爆破响应相关监测资料包括爆破能量在岩体中的衰减规律。
6.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(4)中拟建油库大致的靶区位置选在围岩质量好且地下水位较高的区域。
7.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(5)中的间距s选择50m的倍数。
8.根据权利要求1所述的地下水封石洞油库扩建水封安全间距的计算方法，其特征在于，所述步骤(9)中的完整岩石破坏对应的峰值波速为96cm/s，岩体破坏对应的峰值波速为54cm/s。
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