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层状盐岩力学特性及油气地下储备

发布时间:2020-08-28 15:00:58
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盐岩,由于其孔隙度低、渗透性小、损伤自恢复和蠕变等等优良特性,是油气地下储备、高放射性废物及工业废渣深埋的理想场所。与欧美等国海相沉积的盐丘型相比,我国主要是湖相沉积的层状盐岩,具有盐层薄、夹层多、杂质高等特征,在这种地质条件下建库,国内外尚无先例,是世界难题。

中国科学院武汉岩土力学研究所杨春和研究员在科技部973项目(能源储备地下库群灾变机理与防护理论研究,批准号)的资助以及其他国家和省部级科技计划项目的配合支持下,在层状盐岩力学特性及其油气地下储备等方面开展了长期、系统的深入研究工作,取得了系列研究成果。

在理论上,通过上千组盐岩及夹层的系统力学试验,揭示了盐岩强烈的非线性蠕变特性,阐明了其高于普通岩石的温度效应及应变率效应机理;揭示了夹层及界面对层状盐岩储库稳定性和密闭性的影响机理,建立了夹层的有限可控垮塌理论与预测模型,基于渐进均匀化理论研究了杂质对盐岩力学特性的影响,建立了反映夹层效应的盐岩Cosserat本构模型,解决了大型层状盐岩储库长期稳定性建模中的重大技术难题,提出以变形量、体积收缩率、剪胀安全系数、等效应变和塑性区的安全评价指标体系,形成了盐穴储气库稳定性评价理论及方法,建立了盐穴储气库密闭性评价体系及标准。从理论与实践上证明了层状盐岩地下油气储备的可行性,并找出了其适用条件。

在设计标准方面,针对我国层状盐岩盐层薄、夹层多的特征,提出了小厚度保护层设计标准和小间距安全矿柱标准,解决了我国层状薄盐层中能够建大腔、多建腔的问题。制定了“运行压力、采气速率、运行模式”为三要素的设计标准及方法,编入了盐岩储气库技术规范与规程,为我国储气库实施提供了科学依据。

在造腔技术方面,自主研发了层状盐岩造腔试验平台及造腔仿真软件,提出了巨厚夹层的垮塌控制理论与预测技术,突破了巨厚夹层对设计高度的制约,开发了超深地层超大储气库建库技术;提出了以天然气为阻溶剂的不规则腔体修复技术,解决了气液界面的计算模型及连续监测技术,实现了边储气边修复;针对微渗夹层,提出了重结晶&超细水泥联合封堵技术,揭示了超饱和条件下的重结晶机制,解决了微渗层漏失问题;自主创新了以两口距优化为中心的高效造腔全程控制技术,提高了造腔效率,造腔时间缩短20%,经济成本降低10%,使我国造腔技术达到国际先进水平;

上述系列成果,成功应用于我国第一座盐穴储气库——金坛储气库,成为了我国盐岩储气库的工程示范。相关成果与规范已推广应用在江苏淮安、湖北潜江、云应、河南平顶山等我国所有在建的储气库中,建设规模达70亿方,社会经济效益显著。

现阶段,针对我国层状盐岩特性,提出了利用已有水平盐穴开展能源储备的新思路,建立了声呐&V8联合探测盐穴水平段的技术,使我国在盐穴利用领域达到了国际领先水平。

发表相关学术论文200余篇(SCI/EI),出版专著6部,被国内外期刊和学位论文他引3000余次;获授权国家发明专利15项、软件著作权登记13项,参加编写行业规范规程3部。相关成果获2005年和2011年国家科技进步二等奖2项(排名第一)。