废弃盐穴地下储气库稳定性研究
盐穴储气库前沿研究的最新动向
大学科普 罾
盐穴储气库
朱 卫华 （ 重庆 大 学资 环 学院 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０ ４
摘 要：
本文通过资料收集和理论 学习，对我 国地 下盐穴储 气库的开发和利用情况作 了系统 的研 究。首先 ，以金坛盐矿 已有采 卤盐腔 改建储 气库 项 目为例 ，介 绍 了声 纳检 测技 术在 盐腔 评价 中的应 用 ；其次 ，介 绍 了将ｃ ｏ在储 气库运 营阶段作 为维持储层 下限压 力 垫 底 气的优 势 ；最后 ，以金坛地下储 气库 为例，介 绍地理 信息技术、三维数字化技术 以及现代数据库技术在储 气库数字化建设 中
与评价有十分重要 的意义 。
丘 中形 成一定形状 和体积 的盐穴腔 体 。盐 穴建造完成
后 ，通过 压缩机将 天然气 注入盐穴 排 出腔体 内卤水 ， 即完成 了一个盐穴 腔体 的建 造和天然 气 的存储 。在一 定 区域 的盐盆构造 内，利用 几个或几 十个这样 的盐穴 进 行天然气存储 和注采运行 ，就形成 了一个一定规模 的
中国石 油集 团钻井 工程技术研究院对金坛盐矿具备
声纳检测 的１ 口老腔进行 了检测 。对 １ 口老腔的腔体容 ３ ３
积 、盐层剩余厚 度 、腔体 间矿柱距离 、底板情况等 因素 做 出分析 ，通过 上述各种 因素综合分 析 ，得 出老腔可利
用性评价 的结论 。声纳检测技术不但 可为腔体可利用性
的应 用 。 关键词 ：
盐 腔 ； 储 气库 ； 声 纳 ；检 测技 术 ； 数 字 化
１ ．盐 穴储气库 简介
盐穴 地下储气 库建设是利 用钻井方式 建立地 面到 地下盐层 或盐丘 的通道 ，通过地 面注水泵将 淡水注人
盐穴压缩空气储能工程技术
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水平盐岩储气库长期稳定性分析及评价
水平盐岩储气库长期稳定性分析及评价水平盐岩储气库长期稳定性分析及评价一、引言随着全球能源需求的不断增长，储气库作为一种重要的能源储存手段，发挥着不可替代的作用。
水平盐岩储气库由于具有储层稳定性好、气密性高、容积大等优势，在油气储存领域得到广泛应用。
然而，长期稳定性是任何储气库设计与应用的重要考虑因素。
本文将对水平盐岩储气库的长期稳定性进行分析和评价。
二、水平盐岩储气库的长期稳定性分析1. 盐岩的特性水平盐岩是一种由固化盐水形成的地质层，其特点是结构致密、可塑性高和渗透性低。
这些特性使得盐岩具有较好的封闭性和稳定性，适合做储气库。
2. 地层应力和岩石力学特性水平盐岩地层的应力状态是决定储气库稳定性的重要因素。
通常情况下，水平盐岩处于三向压应力状态，优势应力方向垂直于盐层倾角。
在长期作用下，地层应力会引起岩石变形和破裂，可能导致储气库的漏气或坍塌。
3. 盐岩岩石力学参数为了评估水平盐岩储气库的稳定性，需要研究盐岩的岩石力学参数。
一般包括抗压强度、剪切强度、变形模量等。
这些参数的确定可以通过室内实验和地质勘探技术得到。
4. 盐岩层结构变形长期储气过程中，由于盐岩的可塑性和强度变化，容易出现层间滑移、盐圈蠕变等结构变形。
这些变形对储气库的稳定性产生重要影响。
5. 周边地质应力影响水平盐岩储气库的长期稳定性还受到周边地质应力的影响。
周边地质应力的变化可能导致储气库的应力环境发生变化，从而影响储气库的稳定性。
三、水平盐岩储气库长期稳定性评价1. 评估指标针对水平盐岩储气库的长期稳定性，可以从以下几个方面进行评价：盐岩层的结构变形情况、岩石力学参数的变化情况、地质应力的影响等。
同时，评价指标还应包括盐岩层的气密性、容积损失、漏气风险等。
2. 评价方法可采用野外观测、地质勘探、数值模拟等方法进行水平盐岩储气库的长期稳定性评价。
通过采集现场数据和模型分析，可以得出储气库的变形情况、储气能力和安全性等评估结果。
3. 风险管理措施根据长期稳定性评价结果，应采取相应的风险管理措施，以确保水平盐岩储气库的安全稳定运营。
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》篇一一、引言随着社会经济的快速发展和工业化进程的加速，能源需求日益增长，储气库作为重要的能源储备设施，其建设及优化设计具有重要意义。
盐穴储气库作为一种新型的储气方式，其水溶建腔技术的研究与优化设计成为了国内外学者关注的焦点。
本文将针对盐穴储气库水溶建腔的优化设计进行深入研究，旨在提高储气库的储气能力、安全性及经济效益。
二、盐穴储气库概述盐穴储气库是利用地下盐层中天然或人工形成的洞穴，用于储存天然气、液化石油气等能源的一种地下储气设施。
水溶建腔技术是利用水溶采矿原理，通过注水溶解盐层，形成可用于储存能源的洞穴。
该技术具有储气能力强、成本低、环保等优点，因此得到了广泛应用。
三、水溶建腔技术现状及问题目前，水溶建腔技术在国内外已经得到了广泛应用，但在实际应用过程中仍存在一些问题。
如建腔过程中盐层溶解速度与溶解质量不稳定，导致洞穴形状难以控制；建腔后洞穴的稳定性问题，对储气安全造成威胁；此外，水溶建腔过程中的环境影响也需引起关注。
因此，对水溶建腔技术进行优化设计具有重要的现实意义。
四、优化设计研究内容（一）盐层溶解过程优化为提高盐层溶解速度与溶解质量，本研究将从注水工艺、溶解剂选择等方面进行优化研究。
通过合理设计注水参数，如注水速率、注水压力等，控制溶解过程中的化学反应速度；同时，针对不同类型盐层，选择合适的溶解剂，提高溶解效率。
（二）洞穴形状控制技术研究为控制洞穴形状，本研究将采用数值模拟、现场监测等方法，实时监测盐层溶解过程中的形态变化，通过调整注水策略，实现洞穴形状的精确控制。
同时，结合地质条件、地下水位等因素，对建腔过程进行综合分析，确保洞穴形状满足储气要求。
（三）洞穴稳定性增强措施研究为提高洞穴稳定性，本研究将从材料加固、结构优化等方面进行优化设计。
通过在洞穴内壁添加支撑材料、优化洞穴结构等措施，提高洞穴的稳定性及承载能力。
同时，对加固后的洞穴进行稳定性评估，确保储气安全。
中国盐岩能源地下储存可行性研究
25 梨形腔 30 40
220.0 130.0 103.0
径如表 2 所示。从腔体优化的角度看：椭球腔是最 好的，其塑性区的比较见图 5。
表2 Table 2
洞型 椭球腔(长短轴比 3/7) 梨形腔
不同洞型体塑性的范围
Plastic area in the different ellipse cavities
体积/(104 m3) 30 30 塑性区半径/m 9 19
2.3 储气库腔体合理间距 由于单个储气库的容量有限和调峰能力的不 足，通常在一个盐矿要建设 2 个或是更多的储气库 群。在建设多个储气库时，合理的储气库间距确定 是必须考虑的。
梨形腔
3
地下盐岩溶腔流变特性研究
由于盐岩系重结晶，在地质岩体中具有较强的
1
引
言
施工更加容易、经济。因此，国际上公认为盐岩体 是能源(石油、天然气)储存的最理想的介质。据统 计，世界上 90% 的能源(石油、天然气)储存库建在 盐岩介质或报废的盐矿井中。正是由于盐岩地下能 源储存具有这样巨大的工程应用背景，近 50 a，特 别是近 20 a 来，美国、加拿大及欧洲部分国家的能 源部门集中了大量的人力、物力与财力对盐岩(储存 库)的力学特性进行了专项研究。第一次盐的讨论会 (symposium)于 1962 年在美国举行，会议专门讨论 了盐岩储存库的储存技术[2
收稿日期：2005–03–10；修回日期：2005–07–08
，从此以后定期召开
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50434050，50334060)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412704) 作者简介：杨春和(1962–)，男，博士，1999 年于美国内华达大学采矿工程系地质工程专业获博士学位，现任研究员，主要从事岩石力学与工程方面 的研究工作。E-mail：chyang@。
金坛盐矿老腔储气库长期稳定性分析数值模拟_尹雪英
为了对西气东输天然气使用不均衡性进行调 节，提高供气的可靠性，通过金坛盐矿现有采空盐 穴中挑选出比较好的腔体建设储气库，在现场对其 进行了腔体边界测试，本文选取了位于金坛盐矿某 区 1 号，2 号井为研究对象进行模拟，两井间距 104.43 m，根据声纳测井资料，1 号、2 号两井的腔 体模型参数如下：
4 计算方案及计算结果分析
4.1 稳定性计算 采用 FLAC 中的摩尔—库仑弹塑性模型,其材
料特性常数如表 1 所示：
图4 腔周塑性区分布示意图 Fig.4 Plastic zone after excavation
表 1 稳定性计算参数 Table 1 Counting parameters for stability
图 2 2 号井模型示意图 Fig.2 Model of salt caverns ＃2
2.3 计算模型的选择 根据需要，在进行岩盐溶腔稳定性的数值分析
之前，对所建立的数值计算结构模型进行了必要且 合理的简化处理：①将各复合岩层均近似地视为各 向同性均质连续体；②假设各复合岩层之间是牢固 粘结的，即各复合岩层之间的位移是连续的[4]。
摘 要：盐穴储气库作为油气储气库的主要类型之一，已经在发达国家普遍采用。随着“西气东输”工程的进行以及天然气
工业的不断发展，我国将会有更多的盐穴地下储气库建成并投入运行，因此怎样科学合理地分析盐穴储气库的稳定性已显得
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》篇一一、引言随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，储气库的建设和优化已成为能源领域的重要研究课题。
盐穴储气库作为一种新型的地下储气方式，其建设过程中的水溶建腔技术对于储气库的稳定性和经济性具有重要意义。
本文旨在研究盐穴储气库水溶建腔的优化设计，以提高储气库的性能和效率。
二、盐穴储气库水溶建腔技术概述盐穴储气库是通过水溶技术将地下盐岩溶解，形成一定形状和大小的地下储气空间。
水溶建腔技术是盐穴储气库建设的关键技术之一，其过程包括钻孔、注水、溶解、控制等步骤。
水溶建腔技术的优化设计对于储气库的稳定性、安全性、经济性等方面具有重要影响。
三、水溶建腔优化设计的必要性盐穴储气库的建设需要考虑地质条件、水文环境、工程要求等多方面因素。
水溶建腔的优化设计可以更好地适应这些因素，提高储气库的稳定性和安全性。
同时，优化设计还可以降低建设成本，提高储气库的经济性。
因此，对水溶建腔进行优化设计具有重要意义。
四、水溶建腔优化设计的思路与方法4.1 优化设计思路水溶建腔的优化设计需要综合考虑地质条件、水文环境、工程要求等因素，以实现储气库的稳定性和安全性为目标。
具体思路包括：分析地质条件，确定合适的建腔位置和深度；评估水文环境，确保建腔过程不会对地下水造成污染；考虑工程要求，确定合理的建腔形状和大小。
4.2 优化设计方法（1）建立数学模型：通过建立数学模型，对水溶建腔过程进行模拟和分析，以确定最佳的建腔方案。
（2）参数优化：根据数学模型的分析结果，对建腔过程中的关键参数进行优化，如注水速度、溶解速率等。
（3）方案比较：对不同的建腔方案进行比较和分析，综合考虑稳定性、安全性、经济性等因素，选择最优方案。
五、水溶建腔优化设计的实践应用以某盐穴储气库为例，通过水溶建腔的优化设计，实现了储气库的稳定性和安全性。
具体实践包括：在地质条件分析的基础上，确定了合适的建腔位置和深度；根据水文环境评估结果，采取了有效的措施确保建腔过程不会对地下水造成污染；通过参数优化和方案比较，确定了最佳的建腔方案。
盐穴 空气储能
盐穴空气储能简介盐穴空气储能是一种创新的能源储存技术，利用盐穴和空气压缩技术来储存和释放能源。
这种技术在能源储存领域具有巨大的潜力，可以解决可再生能源波动性的问题，提高能源利用效率，降低能源成本，减少对传统能源的依赖。
盐穴储能原理盐穴储能利用盐穴的地下空腔作为储能容器。
盐穴是地质构造中形成的一种空腔，通常由盐层溶解而成。
这些空腔可以储存大量的空气或其他气体。
在储能过程中，空气被压缩注入盐穴，形成高压储气库。
在能源需求高峰时，可以利用储存在盐穴中的压缩空气通过逆过程释放能量。
盐穴储能系统盐穴储能系统由以下几个关键组件组成：1.压缩机：用于将空气压缩注入盐穴，提高储气库中的压力。
2.储气库：由盐穴中的空腔构成，用于储存压缩空气。
3.膨胀机：用于释放储存在盐穴中的压缩空气，将其转化为可利用的能源。
4.发电机组：将释放的压缩空气驱动发电机，产生电能。
5.控制系统：用于监测和控制储能系统的运行，确保其安全可靠。
盐穴储能的优势盐穴储能技术具有以下几个优势：1.高效储能：盐穴具有巨大的储存容量，可以储存大量的压缩空气。
这种储能方式比传统的电池储能更高效，可以储存更多的能量。
2.长期储存：盐穴储能可以长期储存能源，而不会像电池储能一样存在容量衰减的问题。
这使得盐穴储能在季节性能源需求波动较大的地区具有重要意义。
3.可再生能源利用：盐穴储能可以与可再生能源相结合，解决可再生能源波动性的问题。
在可再生能源供应充足时，可以利用多余的能源进行空气压缩储存，以备高峰期使用。
4.环保可持续：盐穴储能不产生温室气体和污染物，对环境友好。
同时，盐穴是地质构造中自然形成的，不需要额外的土地和资源投入。
5.经济可行：盐穴储能技术相对成本较低，且具有较长的使用寿命。
与传统的能源储存技术相比，盐穴储能可以降低能源成本，提高能源利用效率。
盐穴储能的应用前景盐穴储能技术在能源领域具有广阔的应用前景。
以下是一些可能的应用领域：1.储能电站：盐穴储能可以用于建设大规模的储能电站，用于平衡电网负荷和应对能源需求高峰。
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》
《盐穴储气库水溶建腔优化设计研究》篇一一、引言随着经济的快速发展和人口的增长，能源需求日益增加，天然气作为清洁、高效的能源，其需求量更是大幅上升。
盐穴储气库作为一种重要的天然气储存设施，其建设与优化设计对于保障国家能源安全、促进经济持续发展具有重要意义。
本文针对盐穴储气库水溶建腔过程进行优化设计研究，以期提高储气库的建设效率和经济效益。
二、盐穴储气库水溶建腔基本原理盐穴储气库的建腔过程主要通过水溶法实现。
水溶法利用天然岩盐层中盐岩的溶解性，通过注入淡水溶解盐岩，形成适合储存天然气的空间。
其基本原理是利用盐岩在水中的可溶性，通过控制溶解过程，逐步形成符合设计要求的储气库腔体。
三、水溶建腔优化设计方法针对盐穴储气库水溶建腔过程，本文提出以下优化设计方法：1. 地质条件分析。
在选址阶段，对地质条件进行详细分析，包括盐岩层的厚度、纯度、稳定性等因素，为后续的建腔设计提供依据。
2. 优化注入方案。
通过模拟实验，研究不同注入方式（如注入速度、注入量等）对建腔过程的影响，以确定最优的注入方案。
3. 建腔过程控制。
在建腔过程中，通过实时监测盐岩溶解情况，调整注入参数，确保建腔过程的顺利进行。
4. 数值模拟分析。
利用数值模拟软件，对建腔过程进行模拟分析，预测建腔结果，并根据模拟结果调整设计参数，以达到最优的建腔效果。
四、优化设计实施步骤1. 收集相关资料，包括地质资料、气象资料等，对选址地点进行初步评估。
2. 开展现场勘查，了解当地的地质条件、地下水情况等。
3. 建立数学模型，通过数值模拟软件对建腔过程进行模拟分析。
4. 根据模拟结果，确定最优的注入方案和建腔过程控制策略。
5. 实施建腔工程，并进行实时监测和调整。
6. 建腔完成后，进行质量评估和安全性能评估。
五、结论通过对盐穴储气库水溶建腔过程的优化设计研究，可以提高储气库的建设效率和经济效益。
优化设计包括地质条件分析、注入方案优化、建腔过程控制和数值模拟分析等方面。
基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究
基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究目录一、内容综述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、盐穴压缩空气储能基本原理 (6)2.1 盐穴概述 (8)2.2 压缩空气储能技术原理 (8)2.3 盐穴在压缩空气储能中的应用优势 (9)三、仿真模型建立 (10)3.1 仿真模型构建原则 (11)3.2 建模所需主要参数及来源 (13)3.3 仿真模型的数学描述 (14)四、仿真结果分析 (15)4.1 不同工况下的仿真结果 (16)4.2 结果分析 (17)4.3 敏感性分析 (18)五、结论与展望 (19)5.1 研究成果总结 (20)5.2 存在问题与不足 (21)5.3 后续研究方向展望 (22)一、内容综述随着可再生能源的大规模接入和电网调峰需求的日益增长，压缩空气储能（CAES）作为一种高效、环保的储能技术受到了广泛关注。
特别是盐穴作为储气库的潜力日益凸显，基于盐穴的压缩空气储能充放气过程仿真研究成为了能源领域的研究热点。
在压缩空气储能系统中，空气压缩、储气与释放是一个涉及空气动力学、热力学和材料科学的复杂过程。
盐穴作为储气库，其独特的地质特性对系统的充放气过程有着重要影响。
通过对盐穴的深入研究和合理利用，可以显著提高压缩空气储能系统的效率和安全性。
针对基于盐穴的压缩空气储能充放气过程的研究已经取得了一定的成果。
由于盐穴的复杂性和多变性，以及实际运行中诸多不确定因素的存在，使得仿真研究仍面临诸多挑战。
如何准确模拟盐穴的地质结构和力学特性，如何考虑空气压缩过程中的温度变化和压力波动，如何评估系统在不同工况下的性能和稳定性等。
本文旨在通过深入的理论分析和仿真实验，探讨基于盐穴的压缩空气储能充放气过程的基本原理和关键技术。
将详细阐述压缩空气储能的基本原理和盐穴作为储气库的优势；其次，将通过建立数学模型和仿真模型，系统分析空气压缩、储气与释放过程中的热力学和力学特性；将结合实际运行数据，对仿真结果进行验证和分析，为优化设计基于盐穴的压缩空气储能系统提供理论支持和技术指导。
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第25卷 第4期 岩石力学与工程学报 Vol.25 No.4
2006年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2006
收稿日期：2005–04–30；修回日期：2005–06–23 基金项目：国家自然科学基金重点项目(50434050)；国家自然科学基金资助项目(50379052)；中国科学院重大方向性项目(150501) 作者简介：陈卫忠(1968–)，男，博士，1990年毕业于山东矿业学院采矿工程系，现任研究员、博士生导师，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail：wzchen@whrsm.ac.cn
废弃盐穴地下储气库稳定性研究 陈卫忠，伍国军，戴永浩，杨春和 (中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)
摘要：国际上公认盐岩体是地下能源(石油、天然气)储存最理想的介质，作为储气库的盐岩溶腔，一般都是根据设计要求通过水溶开采形成。目前，国内外鲜见利用地下废弃盐岩溶腔作为天然气储气库的先例。通过对ABAQUS有限元的二次开发，对某废弃盐岩溶腔的储气库围岩和岩柱的蠕变变形规律及腔顶蠕变损伤区的范围进行数值模拟，并对废弃溶腔作为储气库时的工作压力和储库套管鞋高度设计作了有益的探讨，这对指导工程实践具有一定的指导意义。 关键词：岩石力学；盐岩；废弃盐穴；储气库；蠕变；套管鞋 中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)04–0848–07
STABILITY ANALYSIS OF ABANDONED SALT CAVERNS USED FOR UNDERGROUND GAS STORAGE
CHEN Weizhong，WU Guojun，DAI Yonghao，YANG Chunhe (Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071，China)
Abstract：Salt rock is considered as a perfect medium for underground oil and gas storage. Normally，underground salt caverns for gas storage are formed by aqueous fusion method according to specific design. Presently，there is no underground natural gas storages operation in abandoned salt caverns in the world. Based on numerical results with finite element method(FEM) code ABAQUS，the creep behaviors of caverns and rock pillars and the range of creep damage of the cavern roof are approached. Furthermore，the working pressure for gas storage in abandoned salt caverns and location of casing shoes are discussed. The conclusions drawn from the study can provide useful reference to the practical engineering. Key words：rock mechanics；salt rock；abandoned salt cavern；gas storage；creep；casing shoe
1 引 言 能源是一个国家的经济命脉，一旦能源发生危机，将引起社会动荡，破坏经济的发展。在世界GDP前几位的国家中，中国目前是惟一没有建立国家战略储备和民间商业储备的国家。地下能源储存一般放置在盐岩、非渗透性岩层及多孔隙岩层中。目前世界上已有的地下储气库类型主要包括枯竭油气藏、含水构造地下储气库、盐岩地下储气库、废弃矿井和水密封岩石洞室，而盐岩具有非常低的渗透特性(渗透率＜10－20 m2)与良好的蠕变行为，能够适应储存压力的变化，且其力学性能较为稳定(损伤与损伤自我恢复)能够保证储存硐库的密闭性(J. E. Quintanilha)。因此，国际上公认盐岩体是能源(石油、天然气)储存的最理想的介质。目前全世界各地大约第25卷 第4期 陈卫忠等. 废弃盐穴地下储气库稳定性研究 • 849 • 有五百多座地下储气库，其中有44座是利用含盐岩层[1～5]。 就盐岩地下储库而言，目前都是根据储量和服务年限的要求，通过水溶开采形成一定规模的溶腔群。但在某一地区形成(40～50)×104 m3规模的溶腔
群一般需要5～10 a的周期，而且还需要与之配套的卤水处理化工厂，否则生产的卤水将对环境产生很大的污染。目前，国内外利用盐矿开采形成的废弃溶腔作为调峰储气库鲜见报导。利用废弃盐岩溶腔作为储气库具有建库时间短、成本低等优点，但须对废弃盐穴的长期变形、储库封孔的套管鞋高度等关键技术参数进行评估[6]。
本文应用大型有限元软件ABAQUS卓越的非线性功能，通过对ABAQUS软件的二次开发，将实验室蠕变试验所得的盐岩本构模型和ABAQUS相接，对某废弃溶腔群储库的蠕变变形和工作性态开展数值仿真，本文的研究方法及成果对国内应用废弃溶腔作为储气库时的工作压力及储库压力设计可提供一定借鉴作用。
2 盐岩和含盐泥岩蠕变本构模型 国内外众多学者的实验室试验结果表明：盐岩在偏应力作用下易产生蠕变，且与时间呈高度非线性关系。盐岩的长期蠕变特性比较复杂，一般认为盐岩的蠕变速率与偏应力和温度呈现高阶非线性函数[7～9]。因此，盐岩在三轴压力状态下，一般经历
瞬态蠕变、稳定蠕变和加速蠕变3个阶段。由于盐岩的瞬态蠕变时间很短，因此在储气库的稳定性和长期变形时，主要研究盐岩的稳态蠕变特性。N. L. Carter(1993)[10]和K. S. Chan(1997)[11]提出稳态蠕变
率的统一表达式，即
)()()(313ccrTHDfσσσε−= (1)
式中：)(3cσf为围压影响函数，)(31σσ−D为偏差应力影响函数，)(TH为温度函数。 杨春和等[12]通过对某矿区盐岩及泥岩试样开展常温下的三轴蠕变试验研究，提出了盐岩和含盐泥岩的稳态蠕变率与偏应力和围压密切相关。盐岩的典型蠕变曲线如图1所示，Norton指数函数形式
的蠕变方程为
nijA)(31crσσε−=
(2)
图1 盐岩的三轴蠕变试验曲线 Fig.1 Creep behavior of rock salt under triaxial test
式中：crijε为蠕变应变率；A，n均为盐岩的材料特性参数。
3 废弃盐穴作为储气库的长期稳定性评价
为科学合理地评价废弃溶腔作为储气库的可行性，必须对废弃溶腔已有的蠕变变形进行合理的预测，并对储库储气后的盐岩蠕变变形及废弃溶腔群矿柱的稳定性进行数值模拟。储气库计算和一般洞室群的区别在于：储库无论在溶腔或储气阶段都有内压作用，且在抽放和注气过程中其内压是变化的，而这一过程中的应变速率较大，最易引起破坏。本文通过数值模拟重点研究储库在过去10 a中所发生
的蠕变变形及未来10 a的储气服务期内因工作状态变化而产生的蠕变变形和破坏范围。 3.1 工程概况 我国某盐岩矿区的盐岩开采已具有20～30 a的时间，在当地已形成一定规模的地下溶腔群。该矿区地层平缓，构造简单，盐层分布范围大，达60.5 km2，且分布稳定，厚度大，一般为100 m以上，
盐层的含盐率高，夹层少且厚度较小，直接顶底板均为含钙芒硝含膏泥岩或致密泥岩，抗压强度大，封闭性好，但该矿区水洗形成的溶腔大多数体积太小而无大的利用价值。根据现场的声纳探测结果，溶腔基本呈梨状分布，其中的废弃溶腔群依次按1#，
2#，3#和4#溶腔命名，埋深在900～1 000 m，腔体
体积均为1.5×105 m3左右，符合天然气储存的基本要求，但储库的间距较小，一般在20 m左右。储库区域的溶腔形态及岩层分布如图2所示。 3.2 数值计算模型 根据储库的分布特征和埋深，数值分析模型取距离地表525 m，深900 m的岩体进行分析。根据
岩层分布特征和溶腔形态所建立的有限元计算模型的水平切面和垂直剖面如图3所示。
0.000.020.040.060.080.100102030 40 5060时间/h
蠕变/% • 850 • 岩石力学与工程学报 2006年
1—泥岩层；2—盐岩层；3—泥质夹层 图2 废弃溶腔岩层分布 Fig.2 Rock formations distribution of abandoned salt cavern
(a) 1#，2#溶腔的垂直纵剖面 (b) 3#，4#溶腔的垂直纵剖面 (c) 4个溶腔的水平切面 图3 有限元分析网格 Fig.3 Meshes for finite element analysis
3.3 计算原理和方法 ABAQUS是大型通用有限元计算分析软件之
一，具有较好的非线性分析能力和广泛的模拟性能，有大量不同种类的单元类型、材料本构模型和载荷形式。在本文计算中，盐岩体和含盐泥岩均采用Drucker-Prager模型，盐岩的稳态蠕变应采用式(2)，
并将式(2)建立的盐岩和泥质盐岩的本构模型以FORTRAN语言编写出子程序并和ABAQUS软件
连接。 3.4 初始地应力、岩体基本力学参数和溶腔工作压力 数值分析计算范围内的岩体以泥岩、泥质夹层及盐岩层为主，根据实验室试验结果，本次计算所采用的岩体材料基本力学特性如表1所示。
表1 废弃盐矿岩体基本力学参数 Table 1 Mechanical properties of abandoned rock salt cavern
岩层 弹性模量E/GPa 泊松比µ 黏聚力 c/MPa 摩擦角 ϕ/(°) 抗拉强度 /MPa
泥岩 10 0.27 1.0 35 1.0 盐岩 18 0.30 1.0 30 1.0 泥质夹层4 0.30 0.5 30 0.5
废弃溶腔的埋深在1 000 m左右，计算中假定盐岩初始条件下处于静水压力状态。数值模拟盐矿在初始水溶法开采时，溶腔内壁的工作压力为饱和盐水作用下的静水压力，取值12.0 MPa。在模拟储气阶段时，首先考虑内腔压力在3个月内由12.0 MPa升至14.0 MPa，然后在3个月内降至7.0 MPa，