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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