大型鹽穴儲氣庫群災變機理與防護

序前言
第一篇 基本理論、試驗和方法
第 1章層狀鹽巖地層精細探測理論與方法 · 3
1.1 地震信號的變子波模型 3
1.1.1 地震信號的變子波模型 · 3
1.1.2 變子波模型中的小波分析· 4
1.1.3 地震信號的變子波壓縮提高分辨率方法 7
1.2 JT-MZ井區(qū)地震資料高分辨率處理 9參考文獻 12
第 2章多場力作用下層狀鹽巖體力學行為 14
2.1 層狀鹽巖變形與破損物理模擬試驗 14
2.1.1 試驗方法研究 14
2.1.2 試驗方案及設備 17
2.1.3 試驗結果及分析 19
2.1.4 不同傾角下層狀鹽巖破壞準則 · 23
2.2 夾層對層狀鹽巖力學行為影響分析 29
2.2.1 夾層及鹽巖的力學特性試驗 29
2.2.2 夾層鹽巖界面力學特性試驗 39
2.3 層狀鹽巖變形與破損本構模型 · 47
2.3.1 互層鹽巖體的 CosserAt復合本構 · 47
2.3.2 復合鹽巖體破損分析 49
2.3.3 層狀鹽巖體細觀損傷本構模型 · 51
2.4 氣固耦合作用下層狀鹽巖界面開裂過程研究 57
2.4.1 試驗樣品制備 57
2.4.2 試驗設備及加載制度 58
2.4.3 裂紋擴展規(guī)律分析 59
2.4.4 裂紋擴展規(guī)律分形規(guī)律研究 67
2.4.5 兩種不同巖體的對比研究 73
2.5 層狀鹽巖蠕變試驗及本構模型 · 75
2.5.1 層狀鹽巖蠕變試驗 75
2.5.2 基于分數(shù)階導數(shù)的鹽巖本構模型 · 86
2.6 鹽巖動力學特性研究 90
2.6.1 帶圍壓與溫度加載的 SHPB試驗裝置研制 90
2.6.2 圍壓與溫度共同作用下鹽巖 SHPB試驗 93
2.6.3 圍壓作用下鹽巖 SHPB數(shù)值模擬分析 99
2.6.4 鹽巖動力強度研究 · 100 參考文獻 · 102
第 3章大型鹽穴儲氣庫結構模型試驗 105
3.1 基于小砌塊的庫群破壞地質力學模型試驗 · 105
3.1.1 相似理論 105
3.1.2 模型砌筑技術 · 106
3.1.3 模擬范圍及相關參數(shù)的確定 107
3.1.4 相似材料的選用 · 108
3.1.5 模型的砌筑 109
3.1.6 量測系統(tǒng) 111
3.1.7 加載系統(tǒng) 112
3.2 基于可視化概念的庫群破壞試驗 · 113
3.2.1 模型試驗可視化的概念 113
3.2.2 基于可視化模型材料的試驗設計 114
3.2.3 基于模型內部結構可視轉化概念的試驗設計（小比尺模型試驗） · 117
3.3 庫群失壓及破壞模擬的地質力學模型試驗 · 126
3.3.1 試驗的范圍和邊界條件選用 126
3.3.2 材料配制及材料力學試驗 127
3.3.3 試驗布置方案設計 · 129
3.3.4 試驗的主要步驟和加載方式 130
3.4 儲庫介質流變相似材料的研究 132
3.4.1 模型相似材料的配比· 132
3.4.2 模型相似材料的蠕變特性 134
3.5 高地應力真三維加載模型試驗系統(tǒng)的研制 · 136
3.6 鹽巖儲氣庫群模型的制作方法與測試技術 · 138
3.6.1 模型制作與測試儀器埋設方法 138
3.6.2 儲庫套管結構的試驗模擬方法 140
3.7 極端風險因素影響的儲氣庫群運營穩(wěn)定三維流變模型試驗 · 142
3.7.1 模型試驗概況 · 142
3.7.2 采氣速率對儲庫運行安全穩(wěn)定的影響 · 144
3.7.3 注氣速率對儲庫運行安全穩(wěn)定的影響 · 148
3.7.4 注采氣壓對儲庫運行安全穩(wěn)定的影響 · 151
3.7.5 儲氣壓差和洞腔間距對儲庫運行安全穩(wěn)定的影響 152
3.8 模型試驗研究結論 · 155 參考文獻 · 155
第二篇 災變機理、預測與監(jiān)控
第 4章儲庫圍巖界面力學行為與滲透災變 159
4.1 低滲透介質溫度 -應力-滲流三軸儀的研制 159
4.1.1 低滲儀的測試原理及關鍵技術 160
4.1.2 低滲透介質溫度-應力-滲流耦合三軸儀組成及性能指標 162
4.1.3 低滲儀精確度及穩(wěn)定性測試 164
4.2 鹽巖及界面的滲透特性及細觀孔隙特征試驗研究 · 167
4.2.1 不同應力條件下鹽巖滲透試驗及其規(guī)律研究 167
4.2.2 界面的滲透試驗及其規(guī)律分析 181
4.2.3 鹽巖及界面的細觀孔隙特征試驗 184
4.2.4 鹽巖及界面的滲透特性與細觀結構相關性分析 200
4.3 蓋層及夾層的密閉性研究 · 217
4.3.1 蓋層及夾層介質滲透特性的試驗研究 · 217
4.3.2 蓋層及夾層的微細觀特征試驗研究 238
4.3.3 蓋層及夾層的宏觀地層結構對密閉性的影響 264
4.3.4 蓋層及夾層的密閉性評價指標體系初探 · 266
4.4 鹽穴儲氣庫氣體滲透模型及界面的滲透模型研究 · 272
4.4.1 考慮溫度-應力-損傷的滲透耦合模型 272
4.4.2 界面的微裂隙-孔隙雙重介質模型 · 276
4.4.3 儲庫氣體滲漏規(guī)律模擬研究 283
4.4.4 儲氣庫運行過程中氣體遷移規(guī)律研究 · 288
4.5 鹽穴儲氣庫現(xiàn)場密閉性測試試驗 · 300
4.5.1 鹽穴儲氣庫密封性能影響因素分析 300
4.5.2 現(xiàn)場密封性測試試驗方法 303
4.5.3 氣密封試驗檢測實例· 310 參考文獻 · 320
第 5章層狀鹽巖水溶造腔過程災變 322
5.1 應力作用下鹽巖溶解特性試驗 322
5.1.1 試驗情況 322
5.1.2 三軸應力條件下鹽巖溶解速率變化規(guī)律 · 323
5.2 夾層軟化試驗分析及垮塌模型 325
5.2.1 夾層軟化試驗方案 · 325
5.2.2 夾層鹵水浸泡軟化特性 325
5.2.3 夾層鹵水浸泡軟化機理 326
5.2.4 夾層軟化垮塌模型建立 328
5.3 夾層與流場作用特征分析 · 331
5.3.1 相似理論介紹 · 331
5.3.2 造腔過程相似模型試驗 332 5.3.3 試驗方案設計 · 333
5.3.4 相似模型試驗結果及分析 334
5.4 層狀鹽巖溶腔形狀控制 338
5.4.1 SAlt CAvern Builder V1.0軟件介紹 · 338
5.4.2 SAlt CAvern Builder V1.0軟件模擬準確性驗證 339
5.5 建腔期災變評估模型 341
5.5.1 擬建 M井建腔模擬方案 341
5.5.2 模擬建腔參數(shù) · 343
5.5.3 儲庫建腔期穩(wěn)定性評價體系研究 344
5.5.4 評價指標權重研究 · 350
5.5.5 模糊綜合評價模型的建立 352 參考文獻 · 357
第 6章儲庫穩(wěn)定性及密集儲庫群連鎖破壞 358
6.1 復雜結構的變形穩(wěn)定理論及損傷演化理論 · 358
6.1.1 變形穩(wěn)定理論 · 358
6.1.2 鹽巖的蠕變和損傷演化理論 359
6.1.3 考慮應變強化和軟化的流變本構模型 · 362
6.2 洞室大小及形狀優(yōu)化研究 · 373
6.2.1 基于變形穩(wěn)定理論的洞室優(yōu)化 373
6.2.2 時效變形 376
6.3 洞室布置方式及表面粗糙度研究 · 377
6.3.1 洞室布置方式 · 377
6.3.2 表面粗糙度 383
6.4 臨界洞間距研究 · 385
6.5 洞室失壓流變損傷過程研究 389
6.5.1 洞室失壓流變分析 · 389
6.5.2 儲氣庫群破損區(qū)演化規(guī)律研究 391
6.5.3 基于蠕變損傷模型的儲庫群穩(wěn)定分析 · 396
6.6 模型試驗與數(shù)值模擬對比研究 402
6.6.1 基于模型內部結構可視轉化概念的小比尺模型試驗 402
6.6.2 庫群失壓及破壞模擬的大比尺地質力學模型試驗 407
6.7 密集儲庫連鎖破壞研究 416 參考文獻 · 417
第 7章密集儲庫區(qū)地層變形與地面沉降 · 420
7.1 金壇儲庫區(qū)地質結構及泥巖夾層組構 420
7.1.1 金壇鹽巖儲氣庫區(qū)域地質概況 420
7.1.2 鹽巖及夾層分布特征· 421
7.1.3 泥巖夾層組構及水理性質 425 7.2 儲庫區(qū)地面沉降機理與影響因素分析 428
7.2.1 油氣地下儲庫區(qū)地面沉降實例 428
7.2.2 金壇儲庫區(qū)地面沉降現(xiàn)場監(jiān)測 432
7.2.3 儲庫區(qū)巖層移動與地表沉降數(shù)值分析 · 438
7.2.4 地面沉降規(guī)律及影響因素分析 444
7.3 儲庫區(qū)地面沉降時空動態(tài)預測模型及應用 · 452
7.3.1 預測模型與方法 · 452
7.3.2 儲庫區(qū)地面沉降預測實例分析 457
7.3.3 考慮時效變形的動態(tài)預測理論 459
7.3.4 不同收斂率沉降時空預計 460
7.3.5 參數(shù)ξ和η的確定 461
7.3.6 儲庫區(qū)地面沉降預計· 462
7.3.7 預測實例——江蘇金壇儲氣庫 10年地表移動 462
7.4 基于地面沉降的腔體變形反演模型及應用 · 463
7.4.1 金壇儲庫區(qū) PS-InSAR高精度地面沉降監(jiān)測 · 464
7.4.2 單腔變形反演計算方法 465
7.4.3 腔群變形反演計算方法 466 參考文獻 · 468
第三篇 災變風險評估、規(guī)避與防護
第 8章層狀鹽巖儲氣庫工程選址 · 471
8.1 儲氣庫選址的地質指標 471
8.1.1 儲氣庫選址的地質指標探討 471
8.1.2 確定儲氣庫選址的地質指標 472
8.2 儲庫區(qū)構造特征研究 474
8.3 鹽巖及夾層展布特征預測 · 477
8.4 儲氣庫工程地質選址綜合評價 480 參考文獻 · 483
第 9章油氣儲庫群運營中的災變風險評估 484
9.1 油氣儲庫全壽命周期的風險因子辨識 484
9.1.1 鹽巖油氣儲庫風險事故統(tǒng)計分析 484
9.1.2 鹽巖油氣儲庫的風險類型 485
9.1.3 鹽巖油氣儲庫的風險辨識 486
9.2 油氣儲庫運營期的風險故障樹分析 487
9.2.1 故障樹分析基本流程· 487
9.2.2 風險故障樹模型 · 488
9.2.3 風險故障樹分析方法· 491
9.3 油氣儲庫運營期風險因子影響程度的模糊綜合評價 494 9.3.1 模糊綜合評價的基本流程 494
9.3.2 風險因子影響程度的專家調查統(tǒng)計 495
9.3.3 風險因子的模糊綜合評價 496
9.3.4 風險因子的影響程度等級 500
9.4 油氣儲庫運營失效風險概率的分析方法 502
9.4.1 儲庫片幫破壞失效風險概率分析方法 · 502
9.4.2 儲庫滲漏失效風險概率的分析方法 504
9.4.3 儲氣庫區(qū)地表沉降失效風險概率分析方法 · 507
9.4.4 儲庫蠕變體積收縮失效風險概率分析方法 · 511
9.5 儲庫群系統(tǒng)時變可靠性分析方法 · 513
9.5.1 鹽巖蠕變與儲庫群失效 514
9.5.2 儲庫群系統(tǒng)的時變可靠性分析 516
9.5.3 儲庫群系統(tǒng)時變可靠性計算結果 518
9.6 油氣儲庫風險分級機制與評估指標體系 524
9.6.1 油氣儲庫風險分級機制與評估體系 524
9.6.2 不同內壓下儲庫風險等級的變化規(guī)律 · 525
9.7 鹽巖油氣儲庫使用壽命的馬爾可夫風險預測模型 · 526
9.7.1 MArkov模型的建立 527
9.7.2 油氣儲庫使用壽命的預測方法 530
9.7.3 油氣儲庫使用壽命的預測結論 530 參考文獻 · 531
第 10章油氣儲庫群災變防護 533
10.1 鹽巖儲氣庫氣體泄漏分析 533
10.1.1 氣體泄漏率的理論研究 533
10.1.2 鹽巖儲氣庫泄漏危險性影響因素分析 539
10.1.3 氣體擴散的理論研究與數(shù)值模擬 542
10.2 儲氣庫氣體泄漏燃爆危險性分析 550
10.2.1 氣體擴散的危險性分析 550
10.2.2 蒸氣云爆炸事故的危險性分析 · 554
10.2.3 噴射火與火球事故的危險性分析 566
10.2.4 危險區(qū)域的確定 577
10.3 地下油氣儲庫群災變的工程防護方法 · 581
10.3.1 建筑物的抗爆設計原理與方法 · 582
10.3.2 抗爆結構體系與加固 583
10.3.3 建筑物抗爆防爆措施 588
10.3.4 建筑物關鍵附件的抗爆加固 · 590 參考文獻 · 593
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