盐穴石油储库应力-化学作用下围岩层理非协调变形及损伤渗透性

At present, there is no construction precedent for oil stored in salt caverns in China, inducing the gap of relevant theory and practical experience. Regarding the opportunity of low oil price, the China’s salt caverns are in a dilemma that cannot store the oil immediately. For the geological condition that the Chinese salt formations are thin and inter-bedded with multiple interlayers, this project aims at the damage-seepage characteristics of inter-bedded salt rock bedding during oil storage in domestic typical intersected salt cavern. By adopting theoretical model and numerical simulation, and also using self-developed visual experimental apparatus as well as relevant set-ups, the microstructure, components, occurrence and structural features of the bedding are to be systematically investigated, and atlas of typical bedding of inter-bedded salt rock is to be developed. Then, this project studies the multi-scale deformation characteristics of inter-bedded salt rock bedding and characterizes the nonconsistent deformation mechanism of inter-bedded salt rock bedding under different stress regime. Subsequently, the evolution of bedding under the coupling of stress-chemistry is to be analyzed to reveal the relation between the damage evolution and permeability of inter-bedded rock salt interfaces. Finally, using the Lattice Boltzmann method, this project is to propose a systemically method to analyze the damage zone seepage of inter-bedded salt rock bedding during oil storage in multiply inter-bedded salt cavern. The results of this project can provide essential theoretical and technical support for oil storage construction in China’s salt cavern.

在当前国际油价持续走低、国内战略储备严重不足的形势下实施石油储备是难得的机遇，但国内没有建设盐穴储油库的先例，缺少理论基础与实践经验，而无法实施。项目针对国内盐层薄且多，常与夹层互层出现的地质特征，以国内典型多夹层盐岩溶腔储存石油过程中互层盐岩层理损伤渗流特性为对象，基于理论建模与数值分析方法，利用自行研发的应力-化学耦合可视化试验装置及相关设备，系统研究国内多夹层盐岩层理微结构、产状及构造特征，建立典型盐矿区互层盐岩层理“图谱”。研究不同产状层理多尺度变形特性，探明层理在不同应力状态下的非协调变形作用机制。模拟深部盐穴石油注采过程，分析层理在高油压及石油腐蚀作用下的应力-化学耦合效应，探明层理区损伤演化与渗透性之间的关系。基于格子Boltzmann方法，提出一套适用于多夹层岩溶腔石油储存过程中围岩层理损伤区渗透性分析方法。项目研究成果可为我国盐穴石油储库项目实施提供必要的理论和技术支持。

利用国内丰富的盐穴资源进行石油储备，是应对我国能源战略储备不足的重要规划之一，同时利用油价波动还能产生巨大的经济效益。因此，项目围绕我国层状盐岩拟建设地下盐穴储油的地质安全性开展研究。聚焦解决盐穴石油储库建设中尚未探明的互层盐岩层理微结构特征与差异性变形、盐穴石油储存过程围岩层理的应力-化学耦合作用、盐穴石油储库长期密闭性三大关键科学问题。项目以国内典型多夹层盐岩溶腔储存石油过程中互层盐岩层理损伤渗流特性为对象，利用XRD、EDS、SEM等测试技术系统研究了国内多夹层盐岩层理微结构、矿物成分、产状与构造特征，并建立了典型盐矿区互层盐岩层理“图谱”；利用DIC测试技术研究了互层盐岩层理多尺度变形特性，探明了互层盐岩层理在不同应力状态下的微结构非协调变形作用机制；利用自行研发的应力-化学耦合作用试验平台进行压力-化学侵蚀试验，分析了石油对储库围岩产生劣化的化学机理，研究了试件在应力-化学侵蚀作用下的内部孔隙结构的分布与损伤特征、围岩层理的损伤演化规律与破坏方式，探明了围岩层理在应力-化学作用下的损伤劣化规律与侵蚀弱化机理；通过建立盐穴石油储库地层模型，计算了围岩层理中的长期渗流，基于渗流损伤理论建立了储库围岩损伤分区的地层模型，在渗流模拟结果基础上分析了围岩层理中的渗漏特征，最后提出了盐穴储油的合理运营建议。项目研究成果可为我国盐穴石油储库项目实施提供必要的理论和技术支撑。