第1章 绪论 1
1.1 世界地下储气库建设现状 1
1.1.1 北美地下储气库建设现状 2
1.1.2 俄罗斯地下储气库建设现状 3
1.1.3 欧洲地下储气库建设现状 3
1.2 我国地下储气库建设现状 4
1.2.1 储气库建设意义 4
1.2.2 储气库建设现状 5
1.3 我国地下储气库建设过程中面临的挑战 7
1.3.1 盐岩破坏准则 7
1.3.2 矿柱、顶板稳定性评价 8
1.3.3 地表沉降量预测 9
1.3.4 地震载荷作用下盐穴储气库安全性评价 10
1.3.5 盐穴储气库密封性评价 11
1.3.6 储气库完井套管柱安全性评价 12
1.3.7 衰竭油气藏型储气库中气体运移规律及动态库存量预测 12
1.4 本书主要研究内容 13
第2章 适用于多夹层盐岩的改进Mohr-Coulomb判据 15
2.1 岩石破坏强度理论 15
2.2 改进Mohr-Coulomb判据的建立 24
2.2.1 模型建立 24
2.2.2 实验数据拟合及对比 25
2.3 储气库最小运行压力数值模拟计算 26
2.4 不同盐岩破坏准则对计算结果的影响 28
2.5 本章小结 31
第3章 盐穴储气库形状优化及围岩变形规律研究 32
3.1 地下盐穴储气库形状设计数学模型 33
3.1.1 下部结构形状计算模型 33
3.1.2 上部结构形状计算模型 35
3.2 盐穴储气库形状设计及尺寸确定 36
3.2.1 计算参数选取 36
3.2.2 盐穴下部结构设计 37
3.2.3 盐穴上部结构设计 39
3.2.4 整个盐穴形状设计 40
3.3 不同形状盐穴储气库安全性能指标对比 41
3.3.1 体积收缩率 42
3.3.2 变形量 42
3.3.3 塑性区体积 42
3.3.4 安全系数 44
3.3.5 等效应变 45
3.4 盐穴间矿柱应力和变形分析 46
3.4.1 数值模拟计算模型 48
3.4.2 注采气时间同步时矿柱受力分析 50
3.4.3 注采气时间异步时矿柱受力分析 54
3.4.4 不同注采气条件下矿柱蠕变位移 59
3.4.5 盐穴围岩塑性损伤区 60
3.4.6 盐穴围岩等效应变 60
3.4.7 剪胀安全系数 62
3.5 本章小结 63
第4章 矿柱和顶板稳定性评价的尖点位移突变模型 65
4.1 突变理论概述 66
4.2 尖点位移突变模型建立 68
4.2.1 有限差分强度折减法 68
4.2.2 尖点位移突变模型建立 68
4.2.3 矿柱和顶板稳定评价步骤 70
4.3 矿柱稳定性影响因素分析 70
4.4 Y-1和Y-2盐穴间矿柱稳定性评价 74
4.4.1 模型建立 74
4.4.2 计算结果分析 76
4.5 盐穴储气库顶板稳定性评价 78
4.6 本章小结 84
第5章 盐穴储气库地表动态沉降量预测 85
5.1 地表沉降量预测数学模型建立 86
5.2 软件开发及计算结果验证 88
5.3 云应盐穴储气库地表沉降量分析 89
5.3.1 计算参数选取 90
5.3.2 云应盐穴储气库地表沉降量预测 90
5.4 云应盐穴储气库地表沉降量影响因素分析 96
5.4.1 盐穴直径 96
5.4.2 盐穴高度 99
5.4.3 内压 101
5.4.4 采气速率 103
5.4.5 注采气频率 105
5.5 云应盐穴储气库群地表沉降量预测 108
5.6 本章小结 113
第6章 地震载荷作用下盐穴储气库非线性动态响应分析 114
6.1 盐穴储气库数值模型及边界选取 114
6.2 地震波选择与校正 116
6.3 岩体材料参数 120
6.4 盐穴储气库动力计算结果及分析 120
6.4.1 不同地震入射角下盐穴的响应分析 120
6.4.2 不同地震强度下盐穴的响应分析 125
6.4.3 不同地震时刻盐穴围岩松动扩展过程分析 129
6.4.4 不同地震波作用下盐穴的响应分析 130
6.4.5 不同内压下盐穴的响应分析 132
6.4.6 不同径高比下盐穴的响应分析 135
6.4.7 不同矿柱宽度下盐穴的响应分析 136
6.5 本章小结 140
第7章 多夹层盐穴储气库密封性研究 141
7.1 等效渗透率模型建立 142
7.1.1 天然气运移速度 142
7.1.2 天然气运移等效渗透率模型 143
7.2 多夹层盐穴储气库密封性分析 144
7.2.1 计算结果对比 144
7.2.2 影响因素分析 148
7.3 相邻多夹层盐穴储气库渗流规律 150
7.3.1 运行时间对气体渗透压力的影响 151
7.3.2 泥岩夹层中气体渗透压力分析 154
7.3.3 不同矿柱宽度对气体渗透压力的影响 155
7.3.4 注采气异步对气体渗透压力的影响 156
7.3.5 不同夹层渗透率对气体渗透压力的影响 157
7.3.6 不同运行压力对渗透压力的影响 159
7.4 本章小结 160
第8章 基于优化及可靠性方法的储气库管柱力学分析 162
8.1 Gauss-Newton-Marquardt算法 163
8.2 蠕变地层套管外挤载荷反分析改进算法 164
8.3 改进G-N-M算法在求解套管蠕变载荷中的应用 165
8.3.1 计算精度验证 165
8.3.2 蠕变地层中套管受到的外挤载荷求解 166
8.4 储气库完井套管柱受力分析 166
8.4.1 有限元计算模型及边界条件 167
8.4.2 套管蠕变外挤载荷 168
8.4.3 夹层参数对套管受力和变形的影响 171
8.5 储气库套管柱可靠性评价及设计 175
8.5.1 管柱失效形式与概率计算 175
8.5.2 套管的可靠度模型与计算分析 179
8.5.3 套管的可靠性设计 181
8.6 本章小结 183
第9章 衰竭油气藏型储气库中天然气运移规律研究 186
9.1 天然气运移模型建立 186
9.1.1 应力场控制方程 186
9.1.2 渗流控制方程 187
9.1.3 定解条件 190
9.2 算例分析及结果讨论 191
9.2.1 计算结果分析 191
9.2.2 影响因素分析 193
9.3 惰性气体作为垫层气的多元气耦合模型 197
9.3.1 应力场控制方程 197
9.3.2 多元气耦合扩散渗流控制方程 199
9.3.3 辅助方程与定解条件 200
9.4 算例分析及结果讨论 200
9.4.1 计算结果对比 201
9.4.2 影响因素分析 204
9.5 本章小结 206
第10章 基于多井约束优化方法的地下储气库库存量动态预测 207
10.1 衰竭气藏型地下储气库天然气运移模型 207
10.2 多井约束优化反分析模型建立 208
10.3 多井约束优化反分析算法 208
10.3.1 Levenberg-Marquardt算法 208
10.3.2 遗传算法 209
10.3.3 混合遗传算法 213
10.3.4 混合遗传算法有效性验证 215
10.4 地下储气库储存量动态预测实例分析 218
10.5 本章小结 220
第11章 地下储气库围岩力学分析软件开发及应用 221
11.1 地下盐穴储气库形状优化设计软件 221
11.2 地下盐穴储气库地表动态沉降量预测软件 224
11.3 地下盐穴储气库管柱安全可靠性评价软件 226
11.4 衰竭油气藏型储气库库存量动态预测软件 233
附录 238
附录一 倒鸭梨形盐穴储气库FLAC3D建模命令流 239
附录二 地震载荷作用下盐穴储气库动态响应分析FLAC3D命令流 256
附录三 多夹层盐穴储气库渗流场分析FLAC3D命令流 266
附录四 蠕变载荷作用下盐岩地层中套管柱受力分析ANSYS命令流 274
附录五 多夹层盐岩地层中套管柱受力分析ANSYS命令流 280
参考文献 285