盐穴型战略储油库储存运行特性分析及模拟

摘要

利用盐岩溶腔进行原油的战略储备,因其显著的经济性、安全性与实用性被许多国家所采用,我国正陆续展开储油库的研究与建设工作,但目前尚未有盐穴战略储油库建成,因此开展盐穴型战略储油库相关技术的研究,是我国战略储油领域内一项重要的工作。
　　本文针对盐穴型战略储油库储存运行的关键技术问题,包括储油库主要运行参数的选择,溶腔的蠕变收缩、渗流特性以及腔内流体与周围盐层的热工换热性能等方面,展开研究。
　　首先分析了盐穴储油库工作过程与运行特性,盐岩蠕变、流体热压效应以及渗流等因素对储油溶腔的影响,进而提出储库主要运行参数的选择依据,为我国开展盐穴型战略储油库的设计建造工作,提供技术依据。
　　基于盐岩力学试验,确定了溶腔收缩方程系数,通过建立力学模型,采用三维有限差分软件FLAC3D,分析了单溶腔与双溶腔应力场、位移场分布,得出结论:单溶腔的径高比越大,其蠕变收缩造成的容积损失速率就越大,多溶腔共存时矿柱距离决定了相互间应力分布的影响程度。并给出了径高比与矿柱距离的合理取值范围。
　　通过建立渗流模型,针对溶腔卤水管端不封闭状态,模拟并分析了溶腔周围盐岩层渗流场分布。得出当盐岩渗透系数10m/sK>17时,盐岩间渗流场会抑制溶腔收缩,而当盐岩渗透系数10m/sK≤17时,由于渗流场对应力场的作用很小,研究盐岩溶腔收缩率时,可忽略渗流场对应力场影响。
　　针对溶腔内原油、卤水和盐岩溶腔壁间的传热问题,考虑注入与采出时原油与卤水的能量变化关系,建立模型进行编程计算,分析了盐穴型战略储油库热工性能的变化,并提出冷带存在沿溶腔径向的梯度,并据此进行了实例模拟,研究成果可为储库的建设提供理论支持。
　　进一步研究并建立了考虑储油库盐岩蠕变、渗流以及热交换等综合作用的温度-渗流-应力(THM)三场动态运行耦合模型,分别比较了封闭卤水管端与卤水管端未封闭两种工况下,不同注入石油温度、不同石油储存体积以及不同盐岩渗透率等参数对盐穴型战略储油库收缩率的影响,得出卤水管端封闭的工况下,提高石油注入温度与石油储存比例可以增加腔内压力,抑制腔体收缩引起的容积损失;卤水管端未封闭的工况下,控制原油注入温度稍低,或提高腔内石油储存比例都可以有效抑制溶腔收缩。
　　最后,结合金坛地质情况,对十一五项目可研论证报告提及的6种运行方案,运用THM耦合模型进行了求解,提出盐岩储油库中卤水管端封闭与不封闭的不同工况下,储库的最佳运行方案,模拟结果可以为我国盐穴型战略储油库设计与施工运行提供支持。

目录

盐穴型战略储油库储存运行特性分析及模拟

RESEARCH AND SIMULATION ANALYSIS ON PERATING AND STORAGE HARACTERISTICS OF STRATEGIC PETROLEUM RESERVE (SPR)

摘 要

Abstract

符号表

目 录

Contents

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1课题背景

1.1.2研究的目的和意义

1.2盐穴型战略储油库优势分析

1.3 国内外盐穴储油的应用和推广

1.3.1国内外战略储油建设与发展

1.3.2国内外盐穴溶腔利用情况

1.4 利用盐穴储油的相关理论研究和进展

1.4.1盐穴型战略储油库溶腔设计与评价

1.4.2盐穴型战略储油库盐岩力学性能研究

1.4.3多场耦合理论的研究进展

1.5 国内外研究现状总结

1.6 本文的主要工作

第2章 盐穴型战略储油库运行特性及参数选择

2.1引言

2.2 盐岩储油库工作过程与运行特性

2.2.1 盐穴型战略储油库溶腔的建造

2.2.2 盐穴型战略储油库的运行操作

2.2.3 盐岩储油库运行特性分析

2.3盐穴型战略储油库建腔参数的选择

2.4盐穴型战略储油库运行参数选择

2.5本章小结

第3章 盐岩溶腔蠕变收缩数值试验模拟

3.1 引言

3.2盐岩的力学特性与盐岩本构模型参数的的确定

3.2.1 盐岩的力学特性

3.2.2 数值模拟本构模型的选择

3.2.3 数值算法和离散分区

3.3数值计算基础参数及试验方案

3.4 不同径高比溶腔蠕变收缩的数值试验

3.5 多腔体共存的蠕变数值模拟

3.5.1 单溶腔与双溶腔应力场、位移场分布

3.5.2 双溶腔不同矿柱距离应力场、位移场对比分析

3.6 本章小结

第4章 盐穴型战略储油库渗流性能分析

4.1引言

4.2数学模型的建立与求解

4.2.1 基本方程

4.2.2初始条件与边界条件

4.2.3 渗流场网格划分与方程离散

4.3渗流场影响下的溶腔收缩数值模拟

4.3.1 应力场与渗流场耦合的模型建立

4.3.2 数值算例分析

4.4本章小结

第5章 盐穴型战略储油库热工性能分析

5.1引言

5.2基本假设与设定

5.3数学模型的建立

5.4模型的求解

5.5溶腔壁温度场分布研究

5.6储库运行模拟算例

5.7本章小结

第6章 盐穴型战略储油库动态运行的数理模型

6.1 引言

6.2数学模型的建立

6.2.1蠕变溶腔收缩方程

6.2.2 渗流方程

6.2.3溶腔内流体与盐岩层壁面温度的计算

6.2.4 溶腔内热压平衡方程

6.2.5 流体状态方程

6.2.6溶腔内力学平衡方程

6.3初始条件与边界条件

6.4方程的离散

6.4.1 渗流场网格划分与方程离散

6.4.2 溶腔壁温度场的求解

6.4.3 溶腔内力学平衡方程的离散

6.5模型的求解步骤

6.6 程序的编制

6.7 本章小结

第7章 盐穴型战略储油库运行参数影响分析

7.1 引言

7.2计算基础参数及模拟方案

7.3 卤水管端封闭工况的运行参数分析

7.4卤水管端开放工况的运行参数分析

7.5 本章小结

第8章 盐穴战略储油库运行实例动态模拟

8.1 引言

8.2储油库计算基础参数及模拟方案

8.2.1 金坛地质条件及模拟计算基础参数

8.2.2 待选注采与储存方案

8.3运行与储存工况模拟分析

8.4方案对比结果分析

8.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历