基于尖点位移突变模型的多夹层盐穴储气库群间矿柱稳定性分析.pdf

中国科学: 技术科学 2011 年 第41 卷 第6 期: 853 ~ 862 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 基于尖点位移突变模型的多夹层盐穴储气库群间 矿柱稳定性分析 ① ①* ② ① 王同涛 , 闫相祯 , 杨恒林 , 杨秀娟 ① 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院, 青岛 266555; ② 中国石油集团钻井工程技术研究院, 北京 100195 * E-mail: yanxzh@163.com 收稿日期: 2010-09-05; 接受日期: 2010-12-30 国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发项目(批准号: 2008ZX05017, 2008ZX05036)和中国石油大学(华东)优秀博士学位论文培育项目 (批准号: Z10-10)资助 摘要 考虑到盐穴储气库群间矿柱失稳破坏可以看成矿柱变形从连续逐渐变化到系统 关键词 发生突变的过程, 是一种典型的非线性突变问题. 本文建立了盐穴储气库群间矿柱稳定 盐穴储气库群 性分析的尖点位移突变模型, 克服了单纯采用有限单元强度折减法计算矿柱稳定性安全 矿柱稳定性 尖点位移突变模型 系数过程中不能精确量化失稳判别标准的缺点, 大大提高了矿柱稳定性安全系数模拟计 矿柱安全系数 算精度. 利用上述模型研究了埋深、内压、矿柱宽度、蠕变时间等因素对多夹层盐穴储气 库群间矿柱稳定性影响规律, 并实例计算得到国内某盐穴储气库Y-1 和Y-2 间矿柱的稳定 性安全系数, 给出相应作业参数推荐值. 计算结果表明: 尖点位移突变模型具有很好的实 用性, 能精确给出矿柱稳定性安全系数; 矿柱安全系数随着埋深和运行时间增加而降低, 随着内压和矿柱宽度增加而增加. 由于Y-1, Y-2 盐穴储气库为采卤形成的溶腔再利用, 导 致矿柱宽度过小, 造成矿柱稳定安全系数低, 受到内压、运行时间、内压差和采气降压速 率影响较为显著, 建议内压不低于7 MPa, 使用年限不大于5 年, 内压差不大于3 MPa, 采气 速率不大于0.50 MPa/day. 在盐穴储气库群建设过程中, 合理选择库群间 同[1~3], 使得有些储气库群间矿柱宽度过小, 在运行 矿柱的宽度可以预防盐穴储气库在造腔和运行过程 过程中导致多个矿柱发生失稳破坏, 引起盐穴坍塌 中发生失效破坏, 有效提高盐岩资源的利用效率. 如 和部分地表沉降过大[1~5], 严重威胁盐穴储气库群的 果矿柱宽度留设太大, 会造成大量盐岩资源浪费, 影 安全生产. 由于盐穴储气库群间矿柱宽度的设计涉 响经济效果; 而留设太小, 会使矿柱产生突跳失稳破 及到很多问题, 例如盐岩和夹层的强度、蠕变特性、盐 坏, 引起盐穴顶板大面积破坏, 可能导致整个盐穴 穴尺寸、运行参数和矿柱失稳判别准则等, 因此盐穴 储气库群报废. 例如, 荷兰Hengelo 地区盐穴储气库 储气库群间矿柱设计一直成为盐穴储气库群建造中 群由于是在不同时期建造, 采用的设计准则各不相 的难点问题之一. 1970 年, Wilson[6~8]在对煤矿开采过 引用格式: Wang T T, Yan X Z, Yang H L, et al. Stability analysis of the pillars between bedded salt cavern gas storages by cusp catastrophe model. Sci China