儲油環(huán)境下深部硬石膏洞室群穩(wěn)定性評價及布局優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于評價儲油環(huán)境下深部硬石膏洞室群穩(wěn)定性的方法，還涉及一種儲油洞室優(yōu)化布局的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]被譽為“工業(yè)血液”的石油是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。與傳統(tǒng)的地表石油儲備方式相比，地下油庫具有更安全、更環(huán)保、節(jié)約土地資源、降低工程造價等優(yōu)點。國內(nèi)外，包括地下水封洞庫、深部鹽巖洞穴庫等類型的地下油庫已有大量的應(yīng)用和研究，但尚無利用深部硬石膏采空區(qū)儲油的先例。洞室穩(wěn)定性及密封性是決定地下油氣庫成敗的關(guān)鍵因素，不論何種地下儲油洞室，研究圍巖在儲存原油及地下水環(huán)境中長期弱化機制對于洞室長期穩(wěn)定性與密封性的評價是非常必要的。但目前并沒有系統(tǒng)的評價方法來研究深部石膏礦儲油洞室的穩(wěn)定性及長期穩(wěn)定性。同時，國內(nèi)外學(xué)者對于采礦洞室優(yōu)化布局的研究已經(jīng)比較成熟，而對于考慮儲油環(huán)境的深部硬石膏開采洞室的優(yōu)化及評價體系少有提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種儲油環(huán)境下深部硬石膏洞室群穩(wěn)定性評價與洞室布局優(yōu)化的方法，能有效地解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0004]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]儲油環(huán)境下深部硬石膏洞室群穩(wěn)定性評價及布局優(yōu)化方法，其特征是，所述的評價方法包括四部分，分別為深部硬石膏圍巖工程地質(zhì)特征分析，深部硬石膏圍巖力學(xué)參數(shù)確定，儲庫洞室群穩(wěn)定性研究和洞室布局優(yōu)化設(shè)計；
[0006]I)、所述的深部硬石膏圍巖工程地質(zhì)特征分析包括分析礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造地質(zhì)特征和地層特性；
[0007]2)、所述深部硬石膏圍巖力學(xué)參數(shù)取值，包括以下步驟:
[0008]步驟1:對巖樣進(jìn)行力學(xué)試驗，包括測試巖石的密度、彈性模量、泊松比、粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗壓強度及抗拉強度;步驟2:對巖體強度進(jìn)行參數(shù)分析及取值；
[0009]3)、所述儲庫洞室群穩(wěn)定性研究，考慮儲油效應(yīng)，包括數(shù)值模擬計算和洞室圍巖穩(wěn)定性分析；
[0010]4)、所述洞室布局優(yōu)化，包括評價指標(biāo)的選取，試驗方案設(shè)計及優(yōu)化結(jié)果分析；
[0011]所述的評價指標(biāo)的選取，將圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律及單元安全系數(shù)作為評價指標(biāo)；
[0012]所述試驗方案設(shè)計，以硬石膏采房設(shè)計尺寸作為初始參數(shù)，選取采房立柱寬度、立柱高度和隔層厚度作為影響因素，設(shè)計5水平，共設(shè)計25種試驗方案，進(jìn)行試驗；
[0013]所述優(yōu)化結(jié)果分析，分析各試驗塑性區(qū)分布情況和單元安全系數(shù)，得出因素的最佳水平組合。
[0014]使用本發(fā)明可以達(dá)到以下有益效果:本發(fā)明運用Hoek-Brwon經(jīng)驗準(zhǔn)則和地質(zhì)強度指標(biāo)，厘清硬石膏圍巖巖石與巖體力學(xué)參數(shù)的折減規(guī)律，為洞室群圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬提供參數(shù)依據(jù);提出了單元安全系數(shù)法，并結(jié)合圍巖應(yīng)力場、位移場和塑性區(qū)綜合評價采房圍巖穩(wěn)定性。本發(fā)明可用于優(yōu)化深部石膏洞室群的布局方案，提高硬石膏洞室的儲油效率;并評價儲油環(huán)境下深部硬石膏洞室群的穩(wěn)定性，為科學(xué)論證深部硬石膏采房儲油適應(yīng)性提供參考方法。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的洞室群穩(wěn)定性評價與洞室布局優(yōu)化方法流程示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的單元安全系數(shù)法原理圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的洞室布局優(yōu)化示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的各評價指標(biāo)最佳水平組合分布圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020]實施例:如圖1?圖4所示，本發(fā)明的評價方法包括四部分，分別為深部硬石膏圍巖工程地質(zhì)特征分析，深部硬石膏圍巖力學(xué)參數(shù)分析為深部硬石膏圍巖工程地質(zhì)特征分析，深部硬石膏圍巖力學(xué)參數(shù)分析，儲庫洞室群穩(wěn)定性研究和洞室布局優(yōu)化設(shè)計；
[0021]I)、所述的深部硬石膏圍巖工程地質(zhì)特征分析包括分析礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造地質(zhì)特征和地層特性；
[0022]2)、所述深部硬石膏圍巖力學(xué)參數(shù)分析，包括以下步驟:
[0023]步驟1:對巖樣進(jìn)行力學(xué)試驗，包括測試巖石的密度、彈性模量、泊松比、粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗壓強度及抗拉強度；
[0024]步驟2:對巖石強度參數(shù)進(jìn)行科學(xué)折減，確定儲油洞室圍巖巖體強度參數(shù)；
[0025]3)、所述儲庫洞室群穩(wěn)定性研究，包括數(shù)值模擬計算和洞室圍巖穩(wěn)定性分析；
[0026]4)、優(yōu)化儲油洞室布局，包括評價指標(biāo)的選取，試驗方案設(shè)計及優(yōu)化結(jié)果分析；
[0027]所述的評價指標(biāo)的選取，將圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律及單元安全系數(shù)作為評價指標(biāo)；
[0028]所述試驗方案設(shè)計，以硬石膏采房設(shè)計尺寸作為初始參數(shù)，選取采房立柱寬度、立柱高度和隔層厚度作為影響因素，設(shè)計5水平，共設(shè)計25種試驗方案，進(jìn)行試驗。
[0029]作為優(yōu)選，區(qū)域地質(zhì)背景及構(gòu)造地質(zhì)特征主要分析礦區(qū)及周邊褶皺及斷層的發(fā)育情況，評估裂隙的貫通情況;地層特性主要評價地層及圍巖(包括礦體巖性特征、頂板圍巖巖性特征及底板圍巖性特征)的類別，并測試地層及圍巖的物理力學(xué)參數(shù)。
[0030]作為優(yōu)選，步驟I中所用巖樣均為-400m水平采房現(xiàn)場采取或鉆孔所得，并依據(jù)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50266-2013)對巖樣進(jìn)行精細(xì)加工，使得巖樣直徑為50mm，高度為100mm，兩端平整度誤差不大于0.02mm，垂直于巖樣軸線，最大偏差不大于0.25°，巖樣高度上直徑誤差不大于0.3mm。
[0031]作為優(yōu)選，步驟2中運用基于Hoek-Brown強度準(zhǔn)則和地質(zhì)強度指標(biāo)(GSI)的綜合量化方法對硬石膏巖體強度參數(shù)進(jìn)行研究，包括巖體單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角及對應(yīng)巖石參數(shù)的折減率。
[0032]作為優(yōu)選，數(shù)值模擬計算采用限差分軟件進(jìn)行計算，且模型匹配在特定的壓力水平下的非線性Hoek-Brown強度包線;流動法則按照應(yīng)力狀態(tài)來分配流動法則，在完全拉伸區(qū)，使用徑向流動法則。在壓縮且拉伸或等于O的區(qū)域使用關(guān)聯(lián)流動法則。單元安全系數(shù)評價在基于Hoek-Brown強度準(zhǔn)則，結(jié)合模型的應(yīng)力場分布，提出單元安全系數(shù)，保證模型中的單元具有一定的強度儲備。
[0033]作為優(yōu)選，立柱寬度逐漸進(jìn)行遞增，5水平分別選取10m，12m，14m，16m，18m。
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