考虑沉渣作用的压气蓄能盐穴稳定性分析

刘法辉; 井文君; 马洪岭; 曾真; 王轩; 吴炜晔

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2501973

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (6) :2525-2534 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2501973

建筑科学

考虑沉渣作用的压气蓄能盐穴稳定性分析

刘法辉 ¹ ,
井文君 ¹^,^* ,
马洪岭 ²^,³ ,
曾真 ²^,³ ,
王轩 ²^,³ ,
吴炜晔 ¹

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Stability of Salt Caverns for Compressed Air Energy Storage Considering Sediment Effects

LIU Fa-hui ¹ ,
JING Wen-jun ¹^,^* ,
MA Hong-ling ²^,³ ,
ZENG Zhen ²^,³ ,
WANG Xuan ²^,³ ,
WU Wei-ye ¹

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摘要

盐岩因其良好的流变性、低渗透率及损伤自愈特性,被公认为建设压气蓄能储库的优良介质。但中国的盐岩具有盐层薄、夹层多的特点,在水溶造腔过程中会产生大量沉渣。以山东泰安W盐穴储库为研究背景,将沉渣对腔体作用等效为土的梯度压力,基于三维地震勘探刻画的点云腔体形态建立了与土压力相关的计算模型。运用FLAC^3D软件,通过对比含与不含沉渣两种工况下的数值模拟,研究了沉渣对压气蓄能储库腔体稳定性及地表沉降的影响。结果表明:沉渣可有效限制围岩塑性区的发展,减小腔周围岩的位移,沉渣作用下腔周位移减小量为0.08~0.12 m;在运行30年后,含沉渣腔体体积收缩量比不含沉渣的少1.3×10⁴ m³,体积收缩率减少了1.17%,地表沉降减小了5.45 mm。可见沉渣的存在对腔体稳定性具有积极作用,有助于提高压气蓄能储库的长期运行能力和经济性。

Abstract

Salt rock is widely recognized as an excellent medium for constructing CAES (compressed air energy storage) reservoirs due to its favorable rheological properties, low permeability, and self-healing characteristics. However, salt formations in China are characterized by thin salt layers and numerous interlayers, which generate a significant amount of sediment during the process of water-soluble cavity creation.With the W salt cavern reservoir in Tai’an, Shandong Province as the research context. The effect of sediment on the cavern is equivalently represented as a gradient soil pressure, and a computational model related to soil pressure was established based on the point cloud cavity morphology characterized by 3D seismic exploration. Using FLAC^3D software, the impact of sediment on the stability of CAES caverns and surface subsidence was investigated through numerical simulations comparing two scenarios: with and without sediment. The results indicate that sediment effectively limits the development of the plastic zone in the surrounding rock and reduces displacement around the cavity. The reduction in cavity wall displacement ranges from approximately 0.08 m to 0.12 m. After 30 years of operation, the volume shrinkage of the sediment-containing cavity is 1.3×10⁴ m³ less than that of the cavity without sediment, corresponding to a 1.17% reduction in shrinkage rate. Additionally, surface subsidence is reduced by 5.45 mm. These findings demonstrate that the presence of sediment enhances cavity stability and contributes to the long-term operational efficiency and economic viability of the CAES reservoir.

Graphical abstract

关键词

沉渣 / 压气蓄能 / 盐穴 / 稳定性

Key words

sediment / compressed air energy storage / salt cavern / stability

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刘法辉, 井文君, 马洪岭, 曾真, 王轩, 吴炜晔. 考虑沉渣作用的压气蓄能盐穴稳定性分析[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(6): 2525-2534 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2501973

LIU Fa-hui, JING Wen-jun, MA Hong-ling, ZENG Zhen, WANG Xuan, WU Wei-ye. Stability of Salt Caverns for Compressed Air Energy Storage Considering Sediment Effects[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(6): 2525-2534 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2501973

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能源是推动人类文明进步的重要基础,对国家经济、民生和安全具有重要意义。21世纪以来,全球人口增长和经济发展导致能源需求急剧上升,油气资源竞争加剧,生态环境压力增大,气候变化问题日益严峻。为应对全球气候变暖,世界各国积极推动能源向清洁化、低碳化转型。近年来,中国清洁能源消费占比持续上升,以风能、太阳能为代表的清洁能源快速发展。然而,这些能源因地域性、不连续性等特性,对电网运行带来挑战,在一定程度上限制了清洁能源的快速发展^[1-4]。为解决这一问题,国际社会提出将风能、光能转化为压缩空气势能,并利用地下深部空间进行大规模储存的方法。这一技术被认为是提升清洁能源利用效率、保障能源安全的重要途径,也是中国储能领域的关键发展方向^[5]。

盐岩因其良好的流变性、极低的渗透率及损伤自愈合特性,被认为是建设地下储气库和压气蓄能电站的优良介质^[6-8]。随着中国大规模建设盐岩地下能源储库群的兴起,盐穴储库的稳定性成为确保盐穴储库安全运行的关键问题之一。近年来,众多学者通过实验研究、数值模拟和理论分析等手段,对不同条件下盐穴储库的稳定性进行了深入研究。如张强勇等^[9]通过三维流变模型试验,探讨了注采速率、压力和库间距对深层盐岩储气库群运营稳定性的影响。林浩等^[10]通过对盐穴储气库3种典型岩石的声发射特征参数研究,进一步了解了其损伤演化规律,对储气库的安全运营具有重要意义。薛辉等^[11]利用有限元分析,模拟了不同矿柱宽度下双腔体的稳定性,为储气库设计提供了重要参考。李二兵^[12]和Deng等^[13]利用数值模拟研究了夹层杨氏模量对层状盐岩地下储气库稳定性、变形性及长期储存能力的影响。Yang等^[14]通过室内实验和数值模拟对废弃盐穴稳定性进行了评价,并提出相应的运行参数。Chen等^[15]通过数值计算分析了内部气体压力和长轴与短轴之比对小间距双井盐穴稳定性的影响。Wang等^[16]采用数值模拟方法对不同影响因素下水平椭圆圆柱形盐穴储气库的长期稳定性进行了分析。确定盐穴储气库合理的轴向长度、最小内压和矿柱宽度,提出了一种新的稳定性评价体系。张桂民等^[17]对压气蓄能水平储库顶板关键层稳定性进行了研究,分析了围岩在交变应力作用下的受力状态和失稳类型。Li等^[18]对不同内压和循环频率下的U型水平盐腔储库进行了稳定性分析,提出了预测此类储库可行性和稳定性的评价标准。陈西西等^[19]、王进超等^[20]通过实验对造腔阶段溶腔规律进行了研究。陈祥胜等^[21]通过建立分析模型研究了运行压力对储气库蠕变收缩率和渗漏范围的影响。

以上的现有研究大多集中在空腔盐穴储气库的安全运行方面。然而,由于我国的盐岩多为湖相沉积层状地层^[22-23],含有大量难溶夹层。在盐腔建造过程中,这些夹层坍塌形成了不溶性沉积物,即沉渣,堆积在腔体底部,对腔体的稳定性产生了显著影响。目前国内针对沉渣对盐穴稳定性的研究较少,尤其是在循环注采作用下的压气蓄能运行方面。

为此,现依托在建的山东泰安盐穴压缩空气储能电站项目,探究沉渣作用下盐穴压气蓄能储库围岩长期稳定性演化规律。将土压力理论与盐穴沉渣特性相结合,提出适用于目标区域层状盐穴沉渣压力的梯度等效方法;将沉渣对腔壁的作用力等效为土压力,建立实际盐穴储库的三维地质力学模型;运用FLAC^3D数值分析程序,对比分析含与不含沉渣两种工况下压气蓄能储库的长期稳定性,探讨沉渣存在对压气蓄能储库稳定性及地表沉降的影响。以期为类似地质条件下压气蓄能储库的建设和安全运行提供一定的指导,促进地下盐穴大规模储能发展。

1 等效土压力法

土体的力学行为是岩土工程中的重要研究方向,其受力变形特性与结构稳定性对结构工程具有重要影响。20世纪初,Terzaghi^[24]提出的有效应力原理奠定了土力学的理论基础,揭示了土体中应力传递的本质。而后,中外学者又进一步研究了土体颗粒间的接触特性及孔隙水压力对土体强度的影响,为土体力学行为的深入研究提供了重要依据。杨鹏^[25]通过实验研究发现,土的颗粒级配对砂土变形有着显著影响,并且揭示了颗粒间隙结构与土体受力特性的内在联系。王寿长^[26]对散粒堆积体施加于敞车侧墙的问题进行了分析,在计算过程中,鉴于散粒货物在堆积过程中呈现出类似土体的压实特性,将散粒堆积体对挡墙的作用等效为土压力进行计算。近年来,随着储能与地下空间开发的快速发展,土体力学的研究逐渐与地下储库的运行机理相结合,压气蓄能储库在运行过程中,腔体底部的沉渣与土体在受压变形特性上存在诸多相似之处。

压气蓄能储库在长期运行中要经历多次充放气循环,在此期间腔体内部气体压力的频繁变化将直接影响腔体围岩的受力状态。由于盐岩具有较强的流变特性,当腔体内存在偏应力时,岩体会经历缓慢的蠕变变形,导致腔体逐渐收缩,不断压缩腔体底部沉渣。当沉渣被压实到一定程度,沉渣与腔体壁面之间的压力达到平衡,腔体的收缩基本停止。在这一过程中,沉渣的颗粒级配对于压力传递有着显著影响。不同的颗粒级配决定了沉渣内部的结构形态与力学响应,当沉渣的颗粒级配连续时,细颗粒能够充填于粗颗粒所构成的孔隙中,在受压过程中,沉渣能够更有效地传递压力。当颗粒级配不连续,沉渣存在粒径差异过大且分布不均时,可能导致力的传递不均匀,出现应力集中现象。

Liang等^[27]通过对泰安岩心夹层垮塌的缩尺试验发现,该区域沉渣颗粒具有均匀且连续的级配特性。在沉渣堆积体中,并未出现颗粒按粒径分层堆积的现象。相反,小颗粒普遍存在于由大颗粒构成的框架之中。这种颗粒分布方式,使得沉渣更接近于天然土体的结构特性,在压气蓄能储库运行过程中沉渣整体表现出的变形特性与土体在外部压力作用下内部颗粒结构逐渐紧密、土体密度逐渐上升的过程极为相似。因此,在较大范围内,可以将沉渣对腔壁的作用简化为梯度压力作用于腔体,进而建立起与土压力相关的计算模型。

由于沉渣在受压变形时会表现出抵抗特性以维持自身形态稳定,同时,腔体在收缩过程中,腔底不溶性沉渣与腔壁表面之间存在摩擦。沉渣被压密后将被动土压力的状态。因此,根据库伦土压力理论^[28],沉渣作用在腔壁上的侧压力为

(1)σ_p=γhk_p

(2)k_p=

$\frac{\mathrm{c}\mathrm{o}{\mathrm{s}}^{2}(\varphi +\alpha )}{\mathrm{c}\mathrm{o}{\mathrm{s}}^{2}\alpha \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}(\alpha -\beta ){\left[1-\sqrt{\frac{\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\varphi +\delta )\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}(\varphi +\beta )}{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}(\alpha -\delta )\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}(\alpha -\beta )}}\right]}^{2}}$

式中:σ_p为沉渣与腔壁间的极限侧压力;k_p为库伦被动土压力系数;h为深度;γ为沉渣重度;ϕ为内摩擦角;α为洞壁倾斜角;δ沉渣对洞壁的摩擦角;β为沉渣倾斜角。

假设沉渣倾斜角与沉渣倾斜角一致,基于腔体形态统计取倾斜角为5°,沉渣与腔壁之间的摩擦按照经验关系δ=0.67ϕ取值。

盐穴压气蓄能储库开始运营后腔体沿深度方向的受力示意图如图1所示。在循环注采气过程中,沉渣面以上为压缩空气,腔壁所受压力为注气压力,沉渣部分的腔壁受到的总压力为注气压力与沉渣堆积在腔体内对腔壁的压力之和,其腔底压力大小可表示为

(3)p=p_p+γhk_p

式(3)中:p为腔体底部所受总压力;p_p为注气压力。

在压气蓄能储库运营过程中,由于盐穴腔壁所受到的压力呈动态时变特性,其大小受注采气周期内气压波动及沉渣压缩过程的双重影响,基于FLAC^3D平台,通过其内置fish语言编写动态加载命令,将腔壁受到的总压力离散为沿深度方向的分段线性荷载,以实现沉渣压力和气体压力在盐穴腔体内表面的施加。

2 研究背景与模型建立

2.1 工程背景

目标盐穴压气蓄能电站位于山东省泰安市,该地区岩盐矿床位于大汶口凹陷中央。根据地质资料显示,区域地层自上而下可以划分为膏下泥岩段、盐下膏层段、含盐段、盐上膏层段、膏上泥灰岩段等5个岩性段^[29-31]。钻孔资料表明,目标盐穴所在地层919~1 156.84 m为石盐矿层,岩盐与硬石膏呈不等厚互层,具韵律性。盐腔自上而下共计钻穿石盐矿20层,层段总厚度237.84 m。其中盐层厚度134.2 m,最厚盐层为第27盐层,共18.02 m,最薄盐层为第18盐层,为2.83 m,平均厚度为6.71 m;夹层厚度103.64 m,夹层占比43.58%,以硬石膏岩、泥灰岩居多,最厚夹层7.76 m,最薄2.1 m,平均厚度为5.16 m。

2.2 三维地震盐穴腔体刻画

泰安地区夹层所含比例较大,盐穴中大部分空间被沉渣所充填,这导致无法利用有限的手段对盐穴净空间进行探测。为此,基于三维地震勘探获取的目标腔体的形态进行建模。三维地震勘探是根据人工激发地震波在地下岩层中的传播路线和时间、探测地下岩层界面的埋藏深度和形状,认识地下地质构造的技术。三维地震盐穴腔体刻画的基本原理是基于地震波在盐岩与围岩间的波阻抗差异,通过高密度三维地震数据采集、精确速度建模及叠前深度偏移成像技术,将反射与绕射信号归位到真实空间位置,结合振幅、相位、频率、甜点、曲率及相干性等地震属性进行分析,对盐穴腔体的几何形态、边界特征进行刻画,从而完成盐腔的三维空间立体刻画。

资料解释是地震勘探工作中的一个重要阶段。地震资料解释是一个反演-正演-反演的交替过程,通过参考正演模拟的结果,在常规时间剖面上可以确定盐腔的位置,但不能精确描述盐腔顶界、底界位置及腔体边界,因此采用地震的多种属性来分析刻画盐穴边界。主要通过单条时间剖面上的瞬时相位属性以及曲率属性结合甜点属性对盐腔的顶部和侧面进行精细解释。首先,利用瞬时振幅属性确定盐腔的最高点;然后,借助瞬时相位属性与曲率属性确定盐腔的侧边界,把勾勒出的盐腔边界与甜点属性解释相结合,从而设定甜点属性刻画盐腔的阈值,实现甜点属性进行盐腔体的空间形态的雕刻。最后,基于以上方法获得的目标腔体的点云模型通过逆向建模建立如图2所示的封闭曲面盐穴模型。

2.3 三维地质力学模型

根据盐穴所处地层特征和洞室尺寸,利用Rhino软件建立如图3所示三维地质力学模型。该模型长为1 200 m、宽度为1 000 m、总高度为600 m(埋深高度H为-820~-1 420 m),其中包括105.5 m的上覆地层与263.7 m的下伏地层。W-1和W-2两个腔体高度分别为95 m和65 m,腔体总容积为111.6×10⁴ m³,其中W-2腔体埋深较浅。地应力场采用三向等压自重应力场,模型底面在Z方向上受固定约束,4个侧面受垂直于表面的简支约束,以防止水平位移。地应力梯度取23 kPa/m,模型顶面施加18.86 MPa的上覆地层压力。盐穴腔体内上部承受空气压力,下部承受空气压力和沉渣共同作用。模型总计包括409 614个节点和2 400 587个单元,单元尺寸按照靠近腔体密集,远离腔体稀疏的方式划分,以确保计算精度和效率。

2.4 本构模型与参数设置

将三维地质力学模型导入FLAC^3D中,根据岩性选择对应的本构模型。由于盐岩具有显著的流变特性,现盐岩部分采用Power-Mohr模型^[32],该模型结合了诺顿幂指数模型和摩尔库伦模型,蠕变行为服从诺顿幂指数模型,强度准则服从摩尔库伦模型。其中诺顿幂指数模型具体数学表达式为

(4)${\dot{\epsilon }}_{cr}$=Aσⁿ

式(4)中:

${\dot{\epsilon }}_{cr}$

为稳态蠕变阶段的应变率;σ为偏应力;A和n为表征蠕变的参数,其中A为一个与材料相关的常数,n为用来描述材料蠕变变形的速率敏感性。

相较于盐岩,上覆(下伏)地层泥灰岩,其变形主要由弹塑性行为主导,在应力接近其强度极限时会发生剪切破坏,因此采用经典的摩尔库伦模型。利用在前一时期通过钻探获得的岩心,分别对盐岩和夹层进行了单轴压缩试验、直接剪切试验、巴西劈裂试验和蠕变试验,获得了目标区域的岩石力学参数,如表1所示。数值模拟中使用的参数源自这些试验的结果。

目标盐穴的运行压力范围为8.3~11.6 MPa。压气蓄能运行工况,即注采气时间与速率,是基于泰安市电网负载特性与电站设计功率及储库容量综合确定的,具体工况如图4所示。压气充电时间为夜间的用电低谷期,即00:00—08:00;随后高压保载1 h,直至09:00用电高峰时,开始放气释能2 h,压力由11.6 MPa降低到10.0 MPa;午间维持10.0 MPa压力直至17:00,放气3 h,压力降到8.3 MPa,最后储库维持低压状态直至24:00,完成一天的循环。

3 计算结果对比分析

3.1 塑性区分布

在盐穴储气库稳定性研究中,塑性区发展是衡量盐穴稳定性的关键指标之一。塑性区的出现意味着岩石在受力过程中发生了不可逆的变形,当塑性区不断扩展,盐穴围岩的承载能力将会降低,进而引发垮塌、渗漏等事故。含沉渣和不含沉渣两种工况下W-1和W-2两个腔体运行30年后的塑性区分布图如图5所示。由图5可见,两种工况下的压气蓄能储库,塑性区分布范围都随着运营时间的增加而逐渐扩大。围岩的塑性区主要分布在腔周夹层部位和腔体顶部,这是因为相比于盐岩,夹层的弹性模量较大,抵抗变形的能力较强,盐岩和夹层之间的不同的变形导致的剪切破坏增多,使得塑性区范围进一步扩大。但在相同运营时间内,两种模拟工况下盐穴储气库的塑性区分布却存在明显差异,运营时间为1年时,两种工况下塑性区主要分布于腔周夹层部位,腔体顶部塑性区仅零星分布,而运营时间为15年和30年时,腔周塑性区则出现了部分联通,并开始向围岩深部扩展,从塑性区分布云图可以看出,与不含沉渣时的情况相比,考虑沉渣作用的储气库,无论哪一区域的塑性区都明显更少,这一对比在腔体中下部的表现最为明显。这清楚地表明,沉渣限制了盐穴周围塑性区的发展。

3.2 腔体位移

含与不含沉渣两种工况下盐穴储库运营30年的位移分布图如图6所示。随着运行年限的增加腔体的变形范围逐渐增大,盐穴周围的位移呈锯齿形分布,这主要是由于盐岩和夹层之间的弹性模量相差较大所引起的。夹层附近的位移小于盐岩的位移,说明夹层对腔体变形有显著影响,提高了腔体周围盐岩的稳定性。为了测量腔体的位移值,分别设立了A、B、C、D 4个监测点,对两腔体顶部的下沉位移和底部的隆起位移分别进行了监测,如图7和图8所示。运营30年后,在含沉渣作用情况下W-1和W-2两腔体顶部下沉位移分别为4.15、2.77 m,不含沉渣作用情况下W-1和W-2两腔体顶部下沉位移分别为4.27、2.85 m,位移分别减少了0.12、0.08 m。这是因为沉渣在腔体收缩过程中,对盐穴给予一定的支撑作用,降低了腔体在外部气体压力和围岩作用下的变形,使得含有沉渣的盐穴腔体在受力时表现出较小的位移。因此盐穴腔体内不能排除的沉渣对于储气库来讲并不全是负面影响,沉渣的存在在一定程度上可以限制腔体的位移。

由图8可以发现,两腔体运行30年后含沉渣腔体底部隆起位移远低于不含沉渣腔体底部隆起位移,但与W-2腔体相比,两种工况下W-1腔腔体底部位移非常小,最大仅有0.01 m,而W-2腔腔体底部位移则达到0.72 m,这是因为W-1腔体底部位于下覆地层中,弹性模量较大,变形较小,腔体底部向上隆起的高度并不明显,这一现象与夹层附近腔周位移较小相对应。虽然,腔体下覆地层渗透性较高,会造成腔内气体一定程度上的扩散,但盐穴在注气排卤期间,腔体底部卤水并不会被完全排空,会留存一定体积的卤水,这对盐穴底部的密封性起到一定的作用。因此考虑将盐穴腔体底部建立在靠近泥岩的下覆地层中是可行的,这将能够有效地减小腔体底部向上隆起的位移,增大腔体储气空间的利用。

3.3 体积收缩率

为确保盐穴储气库安全运行,设计寿命30年的腔体,其体积收缩率不应该超过30%^[33-34]。含与不含沉渣两种工况下盐穴腔体体积收缩率如图9所示。从图9可以看出, 随着运行年限的增长,腔体体积收缩率不断增加,但趋势逐渐变缓,这是由盐岩显著的蠕变特性导致的。在应力作用下盐岩会发生缓慢的塑性变形,早期盐岩受到较大的偏应力,蠕变变形速率较快,但随着运行时间的延长,盐岩的应力逐渐释放和再分配,蠕变速率减慢。当应力趋于平衡时,变形也趋于稳定,导致体积收缩减缓。通过计算发现,盐穴腔体在运行30年后,含沉渣的体积收缩率为15.35%,不含沉渣的则为16.52%,含沉渣腔体体积收缩量比不含沉渣的少1.3×10⁴ m³。这表明沉渣的存在可以有效减缓盐穴的体积收缩,抑制局部变形。这是因为在盐穴储库长期运营过程中,沉渣作为盐穴内的实体与腔体之间存在着相互作用。随着盐穴腔体的蠕变收缩,沉渣堆积体在围岩约束下逐渐受压密实,沉渣中块体空间排布发生调整,沉渣的整体刚度和强度逐渐增加,沉渣作用于盐腔的侧压力逐渐增大,直至两者之间的压力达到平衡,腔体的收缩基本停止。因此填充在腔体底部的沉渣可以有效减缓盐穴的体积收缩,同时对围岩变形起到抑制作用。由此可见,沉渣的存在可对盐穴储库的稳定性能够产生一定的积极作用,这在层状盐穴中利用沉渣储气是有利的。

4 地面位移沉降

地表沉降是地下工程中不可避免的问题^[35],根据众多国内外相关研究资料发现,盐穴储气库的蠕变收缩是导致地表沉降最主要的原因。在地应力的作用下,盐穴腔体蠕变产生向内的位移,体积逐渐收缩引发腔周围岩及地层严重的变形位移,造成不同程度的地表沉降。为了进一步评估沉渣对地表沉降的影响,建立了如图10所示地表沉降监测的三维地质力学模型,对含沉渣和不含沉渣两种工况下地面位移沉降进行了数据监测。

运营30年后地面沉降最大值如图11所示。通过对比发现,两种工况下的地面位移在前5年变化幅度较大,第一年最大位移沉降值达到了68 mm,随着运行时间的增长,地面沉降幅度有所减缓。运营30年时含沉渣地面沉降最大为272.71 mm,不含沉渣最大地面沉降为278.16 mm,可见,沉渣的存在可以有效抑制体积收缩,进一步减缓地面沉降。

5 结论

将沉渣对腔壁的作用等效为土压力,基于三维地震刻画的点云腔体建立了三维地质力学模型,运用数值模拟方法对含与不含有沉渣两种工况下压气蓄能储库长期稳定性进行了研究,得出如下结论。

(1)泰安地区沉渣颗粒具有均匀且连续的级配特性,小颗粒普遍存在于由大颗粒构成的框架之中,这种颗粒分布方式,使得沉渣更接近于天然土体的结构特性。在较大范围内,可以将沉渣对腔壁的作用等效为土压力作用于腔体,建立与土压力相关的计算模型。

(2)基于三维地震勘探技术获取的目标腔体形态建立三维地质力学模型。运营30年后,围岩的塑性区主要由剪切破坏和拉伸破坏引起,含有沉渣储气库的塑性区明显低于不含有沉渣的塑性区,沉渣的存在有助于抑制盐穴周围塑性区的发展。

(3)两种工况下腔周位移随运行时间增加而增大,在含沉渣工况下W-1和W-2两腔体顶部下沉位移分别为4.15、2.77 m,不含沉渣工况下两腔体顶部下沉位移分别为4.27、2.85 m,位移分别减少了0.12、0.08 m。

(4)所研究的盐穴在运营30年后,含沉渣工况下地面最大位移沉降为272.71 mm,体积收缩率为15.35%;不含沉渣工况下地面最大位移沉降为278.16 mm,体积收缩率为16.52%,含沉渣腔体体积收缩量比不含沉渣的少1.3×10⁴ m³。沉渣能够有效抑制体积收缩,减缓地面沉降,这对盐穴稳定性是有利的。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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