盐穴最小压力优选方法与流程

本发明属于地下盐穴资源高效利用领域，具体涉及一种盐穴最小压力优选方法。

背景技术：

盐穴是地下盐岩矿床水溶开采形成的腔体，具有容积巨大、密封性优良等优点，被广泛应用于大规模储存石油、天然气以及化学储能电解液等。当储存介质注入和采出，盐穴压力随之起伏变化。

盐穴最小压力是与盐穴安全性和经济性有关的重要参数。安全性方面，若最小压力选取过小，盐穴周边岩石将承受过高应力，易超出强度而导致岩壁破裂垮塌，而且盐岩的蠕变性显著，处于最小压力时，盐穴向内收缩的速率最快。为避免上述岩壁破裂或盐穴快速收缩等现象发生，特别要求盐穴有足够大的最小压力。相反，在经济性方面，由于盐穴压力下降与储存介质采出同步发生，盐穴最小压力越小，则意味着采出的储存介质越多，经济效益越大。因此，应重视最小压力的选取，以达到安全性和经济性两方面的平衡。

在确定盐穴最小压力时，多数通过力学软件如flac3d等进行数值计算，优点是适应性强，如复杂的地质情况和压力变化情况均能考虑，缺点是使用者需要有较高的软件操作能力，处理问题的时间相对较长。另一种方法是理论计算，计算过程简便快速，但现有的方法尚不完善，如一般仅考虑恒定压力的情况，不能考虑压力变化。

从理论计算角度，提出盐穴最小压力的优选方法是必要的，除了解决其本身发展不足的问题，也能对数值计算的结果进行对比和检验。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种盐穴最小压力优选方法，能够快速确定盐穴最小压力，延长盐穴使用寿命。

根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法，包括以下步骤：s1、收集盐穴和其所在地质体的信息；s2、基于塑性区半径，选取盐穴最小压力的初始值；s3、逐步提高所述盐穴最小压力，得到不同的压力运行方案，并计算对应的盐穴体积收缩率；s4、所述盐穴体积收缩率等于允许值时，所述盐穴最小压力最终确定。

根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法，能够根据盐穴和盐穴所在的地质体的信息选择压力运行方案，快速确定盐穴最小压力，进一步提高了盐穴的利用率。

根据本发明一个实施例，所述步骤s1中，所述盐穴的信息包括所述盐穴的半径和深度。

根据本发明一个实施例，所述步骤s1中，所述地质体的信息包括盐岩的材料参数、地温和地应力。

根据本发明一个实施例，所述步骤s2中，所述盐穴最小压力使所述塑性区半径与所述盐穴的半径的比值不超过1.1。

根据本发明一个实施例，所述盐穴最小压力使所述塑性区半径与所述盐穴的半径的差值不超过5m。

根据本发明一个实施例，计算所述塑性区的半径的公式如下：

其中，a为盐穴半径，c为粘聚力，为内摩擦角，p∞为盐穴附近初始地应力，pin为盐穴压力，rp为塑性区半径。

根据本发明一个实施例，所述步骤s3中，所述盐穴压力运行方案包括：升压阶段，由最小压力升至最大压力；高压恒定阶段，保持最大压力；降压阶段，由最大压力降至最小压力；低压恒定阶段，保持最小压力。

根据本发明一个实施例，所述最大压力不超过所述初始地应力的80％。

根据本发明一个实施例，所述最大压力不超过地层破裂压力的80％。

根据本发明一个实施例，所述最小压力大于所述步骤s2中得到的所述初始值。

根据本发明一个实施例，所述步骤s3中，计算所述盐穴体积收缩率的公式如下：

其中，s为盐穴体积收缩率，u为腔壁位移，e为腔壁弹性位移，为恒压阶段腔壁蠕变位移的增量，为变压阶段腔壁蠕变位移的增量，m为阶段总数，e为盐岩的弹性模量，v为盐岩的泊松比，a、n为盐岩的幂率蠕变参数，q为激活能，r为通用气体常数，t为盐穴附近的地温，pt为当前盐穴内压力，pi为恒压阶段的压力，p1i为变压阶段起点压力，p2i为变压阶段终点压力，为恒压阶段的时间，为变压阶段的时间。

根据本发明一个实施例，所述步骤s4中，所述盐穴体积收缩率的允许值为：

s0＝x*y*1％；

其中，s0为盐穴体积收缩率的允许值，s0不超过100％，x的取值范围为0＜x≤1，y为运行年数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一实施例的盐穴最小压力优选方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图具体描述根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法100。

根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法100，包括以下步骤：s1、收集盐穴和其所在地质体的信息；s2、基于塑性区半径，选取盐穴最小压力的初始值；s3、逐步提高所述盐穴最小压力，得到不同的压力运行方案，并计算对应的盐穴体积收缩率；s4、所述盐穴体积收缩率等于允许值时，所述盐穴最小压力最终确定。

由此，根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法100能够根据盐穴和盐穴所在的地质体的信息选择压力运行方案，快速确定盐穴最小压力，进一步提高了盐穴的利用率

根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中，所述盐穴的信息包括所述盐穴的半径和深度。

在本发明的一些具体实施方式中，所述步骤s1中，所述地质体的信息包括盐岩的材料参数、地温和地应力。

根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，所述盐穴最小压力使所述塑性区半径与所述盐穴的半径的比值不超过1.1。

进一步地，所述盐穴最小压力使所述塑性区半径与所述盐穴的半径的差值不超过5m。

可选地，计算所述塑性区的半径的公式如下：

其中，a为盐穴半径，c为粘聚力，为内摩擦角，p∞为盐穴附近初始地应力，pin为盐穴压力，rp为塑性区半径。

根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，所述盐穴压力运行方案包括：升压阶段，由最小压力升至最大压力；高压恒定阶段，保持最大压力；降压阶段，由最大压力降至最小压力；低压恒定阶段，保持最小压力。

可选地，所述最大压力不超过所述初始地应力的80％。

进一步地，所述最大压力不超过地层破裂压力的80％。

优选地，所述最小压力大于所述步骤s2中得到的所述初始值。

在本发明的一些具体实施方式中，所述步骤s3中，计算所述盐穴体积收缩率的公式如下：

其中，s为盐穴体积收缩率，u为腔壁位移，e为腔壁弹性位移，为恒压阶段腔壁蠕变位移的增量，为变压阶段腔壁蠕变位移的增量，m为阶段总数，e为盐岩的弹性模量，v为盐岩的泊松比，a、n为盐岩的幂率蠕变参数，q为激活能，r为通用气体常数，t为盐穴附近的地温，pt为当前盐穴内压力，pi为恒压阶段的压力，p1i为变压阶段起点压力，p2i为变压阶段终点压力，为恒压阶段的时间，为变压阶段的时间。

根据本发明的一个实施例，所述步骤s4中，所述盐穴体积收缩率的允许值为：

s0＝x*y*1％；

其中，s0为盐穴体积收缩率的允许值，s0不超过100％，x的取值范围为0＜x≤1，y为运行年数。

下面通过具体实施方式进一步描述根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法100。

步骤一，收集盐穴和其所在地质体的信息如下。

球形盐穴半径a为35m，盐穴深度1000m，盐穴附近的初始地应力p∞为22.67mpa，盐岩的粘聚力c为1mpa，盐岩的内摩擦角为30°，盐穴附近地温t为313.15k，通用气体常数r为8.314j·mol^-1·k^-1，激活能q为4.157×10⁴j·mol^-1，盐岩的幂率蠕变参数a为51.575mpa^-3.5·yr^-1、n为3.5，盐岩的弹性模量e为18000mpa，泊松比v为0.3。

步骤二，当盐穴压力pin为5.4mpa时，计算塑性区半径rp为38.5m，是盐穴半径35m的1.1倍，并且两者差值3.5m＜5m，因此将5.4mpa作为盐穴最小压力的初始值。

步骤三，按照初始地应力的75％(＜80％)确定盐穴最大压力为17mpa，盐穴最小压力自5.4mpa逐渐增大，得到不同压力运行方案，其中各阶段时间均为0.25年，运行30年，计算对应的盐穴体积收缩率见表1。

表1不同盐穴最小压力对应的盐穴体积收缩率

步骤四，系数x取0.35，运行年数y为30，则盐穴体积收缩率的允许值为10.5％。最终确定盐穴最小压力为6.2mpa。

总而言之，根据本发明实施例的盐穴最小压力优选方法100能够确定盐穴最小压力，准确性高，延长盐穴使用寿命，便于盐穴后续操作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。