專利名稱：地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣資源開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法。
背景技術(shù)：
為了保證鹽穴儲(chǔ)氣庫調(diào)峰能力和提高墊氣的利用效率，在鹽穴儲(chǔ)氣庫運(yùn)行過程中需要盡量降低運(yùn)行壓力，使得鹽穴儲(chǔ)氣庫圍巖受到的剪應(yīng)力增加，可能導(dǎo)致鹽穴頂部和腔壁發(fā)生坍塌破壞。因此，合理確定鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力對(duì)保證儲(chǔ)氣庫安全、提高調(diào)峰能力具有重要意義。 現(xiàn)階段對(duì)于鹽穴最小運(yùn)行壓力確定方法主要采用經(jīng)驗(yàn)法，美國學(xué)者M(jìn)ichaelBruno建議該值取為最高運(yùn)行壓力的1/6 1/2?？梢钥闯鲈撝底兓秶^大、受人為因素影響較為顯著。同時(shí)，該方法在確定最小運(yùn)行壓力時(shí)缺乏明確的理論依據(jù)，給鹽穴儲(chǔ)氣庫實(shí)際運(yùn)行安全帶來隱患。本發(fā)明專利從鹽巖三軸抗拉和抗壓破壞強(qiáng)度入手，給出地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，精確量化最小運(yùn)行壓力值范圍，明確最小運(yùn)行壓力設(shè)計(jì)的力學(xué)原理。該方法步驟簡(jiǎn)單、在實(shí)際設(shè)計(jì)中易于操作，對(duì)于保障我國地下鹽穴儲(chǔ)氣庫設(shè)計(jì)和運(yùn)行安全具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，精確量化最小運(yùn)行壓力值范圍，明確最小運(yùn)行壓力設(shè)計(jì)的力學(xué)原理，解決地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小運(yùn)行壓力確定過程中的難題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于包括如下步驟(I)、利用所取鹽巖樣本，制作成實(shí)驗(yàn)所需要的鹽巖試樣；(2)、利用制作的鹽巖試樣，進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)確定鹽巖的三軸壓縮破壞強(qiáng)度，進(jìn)行三軸拉伸試驗(yàn)確定鹽巖的三軸拉伸破壞強(qiáng)度；(3)、根據(jù)鹽巖地層分布特征、地質(zhì)參數(shù)和數(shù)學(xué)方法，確定鹽穴儲(chǔ)氣庫所在目標(biāo)鹽巖地層的三維地應(yīng)力大?。?4)、根據(jù)鹽巖破壞強(qiáng)度和地應(yīng)力，計(jì)算得到不同內(nèi)壓時(shí)鹽穴不同位置處的圍巖安全系數(shù)，并將安全系數(shù)按照從小到大排序；(5)、當(dāng)最小安全系數(shù)大于I且對(duì)應(yīng)模擬計(jì)算內(nèi)壓最小時(shí)，采用線性插值法得到最小安全系數(shù)等于I時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)壓即為鹽穴最小臨界內(nèi)壓；為了保證鹽穴實(shí)際運(yùn)行安全將最小臨界內(nèi)壓乘以設(shè)計(jì)安全系數(shù)即得到地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力。優(yōu)選地，鹽巖試樣為細(xì)長(zhǎng)圓柱形，鹽巖試樣高度與直徑之比不小于2。優(yōu)選地，鹽巖試樣長(zhǎng)度不大于200mm,直徑不大于80mm,表面粗糙度不大于0. 2mm,橢圓度不大于2%。優(yōu)選地，三軸壓縮和拉伸破壞試驗(yàn)次數(shù)均不得少于6次；試驗(yàn)過程中加載方式為多級(jí)加載，每級(jí)載荷加載時(shí)間不少于2小時(shí)。優(yōu)選地，試驗(yàn)過程中圍壓采用液壓施加，液壓油為礦物油、合成烴或生物基油。優(yōu)選地，原始地應(yīng)力獲取方法包括聲波測(cè)井、地震測(cè)井和水壓致裂法、聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法、應(yīng)力解除法、原位地應(yīng)力測(cè)量、扁千斤頂法、應(yīng)變恢復(fù)法或鉆孔崩落法。優(yōu)選地，安全系數(shù)校核位置在鹽穴頂部；安全系數(shù)計(jì)算參考點(diǎn)分布在通過完井管柱中心點(diǎn)的直線上，第一個(gè)計(jì)算點(diǎn)距離完井管柱外徑水平距離為20cm位置處，以后每相鄰兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)間的水平距離不大于lm。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取為I. 2 I. 5。優(yōu)選地,鹽巖為鹽丘型鹽巖或多夾層型鹽巖。本發(fā)明給出了地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，精確確定了最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力，具有步驟簡(jiǎn)單、力學(xué)機(jī)理明確等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明專利克服了人為因素的影響，使得最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力的確定可操作性強(qiáng)、能夠進(jìn)行工業(yè)化設(shè)計(jì)和推廣；本發(fā)明具有很強(qiáng)的工程使用價(jià)值，不顯著增加設(shè)計(jì)成本。
具體實(shí)施例方式某擬建鹽穴儲(chǔ)氣庫所在目標(biāo)鹽巖層埋深為1000 1255m,鹽巖層中含有眾多夾層，夾層成分主要為硬石膏、泥巖和鈣芒硝。下面以其中某一個(gè)鹽穴儲(chǔ)氣庫為例說明地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法。地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法具體步驟包括(I)、鹽巖試樣制作根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆井取芯得到鹽穴儲(chǔ)氣庫目標(biāo)鹽巖地層中的鹽巖樣本，為了避免試件在加工過程中水對(duì)鹽巖結(jié)構(gòu)的破壞，采用干式鋸磨法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試件的加工；先將巖樣手工據(jù)成長(zhǎng)度符合實(shí)驗(yàn)要求的段，然后用車床加工，每次采用很小的進(jìn)刀量；采用上述加工方法，按照《水利水電工程巖石實(shí)驗(yàn)規(guī)程-2002》中的要求將12段巖樣加工成符合實(shí)驗(yàn)要求標(biāo)準(zhǔn)的試樣，試樣特征參數(shù)如表I所示；由表I中的數(shù)據(jù)可知試件最大 長(zhǎng)度為162. 58mm，最大直徑為79. 32mm，試件表面粗糙度最大值為0. 2mm，橢圓度最大值為
I.9%。表I圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣特征參數(shù)
權(quán)利要求
1.地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、利用所取鹽巖樣本，制作成實(shí)驗(yàn)所需要的鹽巖試樣； (2)、利用制作的鹽巖試樣，進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)確定鹽巖的三軸壓縮破壞強(qiáng)度，進(jìn)行三軸拉伸試驗(yàn)確定鹽巖的三軸拉伸破壞強(qiáng)度； (3)、根據(jù)鹽巖地層分布特征、地質(zhì)參數(shù)和數(shù)學(xué)方法，確定鹽穴儲(chǔ)氣庫所在目標(biāo)鹽巖地層的三維地應(yīng)力大小； (4)、根據(jù)鹽巖破壞強(qiáng)度和地應(yīng)力，計(jì)算得到不同內(nèi)壓時(shí)鹽穴不同位置處的圍巖安全系數(shù)，并將安全系數(shù)按照從小到大排序； (5)、當(dāng)最小安全系數(shù)大于I且對(duì)應(yīng)模擬計(jì)算內(nèi)壓最小時(shí)，采用線性插值法得到最小安全系數(shù)等于I時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)壓即為鹽穴最小臨界內(nèi)壓；為了保證鹽穴實(shí)際運(yùn)行安全將最小臨界內(nèi)壓乘以設(shè)計(jì)安全系數(shù)即得到地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于鹽巖試樣為細(xì)長(zhǎng)圓柱形，鹽巖試樣高度與直徑之比不小于2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于鹽巖試樣長(zhǎng)度不大于200mm,直徑不大于80mm,表面粗糙度不大于0. 2mm,橢圓度不大于2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于三軸壓縮和拉伸破壞試驗(yàn)次數(shù)均不得少于6次；試驗(yàn)過程中加載方式為多級(jí)加載，每級(jí)載荷加載時(shí)間不少于2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于試驗(yàn)過程中圍壓采用液壓施加，液壓油為礦物油、合成烴或生物基油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于原始地應(yīng)力獲取方法包括聲波測(cè)井、地震測(cè)井、水壓致裂法、聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)法、應(yīng)力解除法、原位地應(yīng)力測(cè)量、扁千斤頂法、應(yīng)變恢復(fù)法或鉆孔崩落法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于安全系數(shù)校核位置在鹽穴頂部；安全系數(shù)計(jì)算參考點(diǎn)分布在通過完井管柱中心點(diǎn)的直線上，第一個(gè)計(jì)算點(diǎn)距離完井管柱外徑水平距離為20cm位置處，以后每相鄰兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)間的水平距離不大于lm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于設(shè)計(jì)安全系數(shù)取為I. 2 I. 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法，其特征在于鹽巖為鹽丘型鹽巖或多夾層型鹽巖。
全文摘要
本發(fā)明屬于油氣資源開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)壓力確定方法。該方法包括以下步驟鹽巖試樣制作、鹽巖強(qiáng)度確定、地應(yīng)力確定、安全系數(shù)確定、最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定。鹽巖試樣為細(xì)長(zhǎng)圓柱形，鹽巖試樣高度與直徑之比不小于2；鹽巖試樣長(zhǎng)度不大于200mm，直徑不大于80mm，表面粗糙度不大于0.2mm，橢圓度不大于2％；三軸壓縮和拉伸破壞試驗(yàn)次數(shù)均不得少于6次；試驗(yàn)過程中加載方式為多級(jí)加載，每級(jí)載荷加載時(shí)間不少于2小時(shí)；試驗(yàn)過程中圍壓采用液壓施加，液壓油為礦物油、合成烴或生物基油。本發(fā)明明確了地下鹽穴儲(chǔ)氣庫最小設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力確定方法和步驟，具有很強(qiáng)的工程適用價(jià)值和現(xiàn)場(chǎng)可操作性。
文檔編號(hào)E21F17/16GK102748075SQ201210232958
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者姜婷婷, 楊秀娟, 王同濤, 閆怡飛, 閆相禎 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)