小井間距雙井水溶造腔流場運移規(guī)律及三維數值模擬研究.pdf

1、能源是人類賴以生存的物質基礎，是國民經濟發(fā)展的客觀前提，如何保障能源安全成為各個國家的戰(zhàn)略目標。國務院辦公廳在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》提到“完善能源替代和儲備應急體系，著力增強能源供應能力，到2020年，基本形成比較完善的能源安全保障體系，基本建成能源儲備應急體系?！币獙崿F我國能源的可持續(xù)發(fā)展，需要提高石油、天然氣儲備能力，加快天然氣儲氣庫建設，提高儲氣規(guī)模和應急調峰能力。目前儲庫類型主要為：地面儲庫、海上儲庫、

2、地下儲庫。地下儲庫相對于其他兩種類型儲庫，具有安全、經濟、使用的特點，更具戰(zhàn)略意義，全球地下戰(zhàn)略儲備能源達60％。鹽巖滲透性低，有穩(wěn)定的力學特性及損傷自愈合能力，被國際社會公認為地下儲庫的理想介質。目前常規(guī)儲氣庫建造水溶開采方法為單井油墊法，適用于地質條件好、夾層少的巖體環(huán)境。我國鹽巖地質條件多夾層，單井油墊法在造腔體積、建腔周期等方面難以滿足日益增長的儲庫需求，儲庫建造效率較低。1997年，Botho提出以小井間距雙井水溶造腔技術建造

3、鹽穴地下儲庫溶腔，縮短造腔周期，提高造腔效率。為此關于小井間距水溶造腔的相關理論研究不斷開展。本文以淮安鹽穴儲氣庫項目為工程背景，對比開展國內、外鹽巖常規(guī)溶解特性研究，在獲取溶解參數基礎上，針對小井間距雙井水溶造腔進行室內模型實驗，結合計算流體力學（CFD），用數值模擬手段探究小井間距流場運移特征。
　　本研究主要內容包括：①進行國內外鹽巖微觀SEM實驗、EDS能譜分析和XRD實驗，對比兩者微觀相似性與差異性。分析了鹽巖溶解作用機

4、理，針對國內外鹽巖開展多因素影響溶解實驗，探究環(huán)境溫度、環(huán)境濃度、溶解傾角對國內外鹽巖溶解速率的影響，發(fā)現國內鹽巖與國外鹽巖在不同因素下存在共性與個性。②進行小井間距水溶溶腔流場運移規(guī)律研究。利用染色法，根據流動特征，把小井間距溶腔分為四個主體區(qū)域。分別為：邊界溶蝕區(qū)、浮羽流區(qū)、對流擴散區(qū)、底部飽和區(qū)，各個區(qū)域相互影響。浮羽流區(qū)驅動整個溶腔流體流動，根據流體力學建立羽流微分數學模型。以羽流極限高度為界，把對流擴散區(qū)區(qū)域化，分別探究其流動

5、特性。邊界溶蝕區(qū)區(qū)域可分為普通邊界區(qū)和紊動壁面浮射流區(qū)，紊動壁面浮射流區(qū)影響溶腔直徑。底部飽和區(qū)濃度在鹵水注入初期呈線性，穩(wěn)定后趨于飽和。溶腔濃度分層分布，以管鞋平面為界面呈現不同濃度特征。流場的運移規(guī)律及其濃度分布特征對控制溶腔溶解及其溶腔的形狀控制有參考價值。③開展多因素下小井間距水溶溶腔流場特征室內實驗。分別從注水流量、提管高度、夾層賦存三個方面探究不同因素變化下，小井間距溶腔流場特征。研究表明，加大注水流量，浮羽流極限高度越高，

6、鹽巖溶解速率加快，但溶腔內濃度變化速率會變小。提管高度的改變實際上是改變羽流的作用范圍，影響區(qū)域隨之改變。夾層的賦存會阻礙局部流場區(qū)域的作用范圍，但不會改變溶腔濃度分層分布。④小井間距水溶溶腔流場數值模擬研究。在上述取得相關參數基礎上，利用ICEM建模，FLUENT數值計算驗證流場運移規(guī)律及濃度分布特征。研究發(fā)現，數值模擬與室內模型實驗宏觀流場效果吻合，但在局部區(qū)域，數值計算表現出不同旋度的復雜特征，也解釋了在“染色法”物理實驗中存在的