层状盐岩中地下能源储备库群风险机理与预测模型研究

This project is carried out aiming at the key scientific issue in risk mechanism and risk prediction of the underground energy storage caverns in bedded salt rocks. Main research contents are as follows：firstly, basing on the underground oil/gas storage library projects at Jiangsu Jintan, Hubei Qianjiang and Yingcheng salt mine, the appearance of cavern roof breakage, oil and gas penetration, cavity body instability and ground settlement at mining area and their occurrence mechanism are studied systematically, and the risk factors are found out comprehensively, which induce the disaster of oil and gas leakage in the storage library group, surface settlement, cavity body damage and cavity body contraction; secondly, by using the methods of theory analysis, laboratory tests and numerical simulation comprehensively, the action mechanism and action rule of all risk factors are explained in detail, and sensitivity analysis is carried out about the risk factors with obvious action rules; then the risk mechanism and risk precursors of the storage library group disasters are analyzed, and the risk triggered mechanism of the disasters is studied and the key indexes of risk forecast are put forward; eventually, a scientific and effective risk-forecast model of storage library group in bedded salt rock is expected to be established, which will be tested and modified by engineering application. This research results of this project will provide theoretical basis in the risk assessment and forecast for the design of the underground oil/gas reservoir group in bedded salt rock, and also provide technical support for the implementation of underground oil/gas strategy plans of China.

本项目紧紧围绕我国层状盐岩地下能源储备库群的风险机理与预测中的关键科学问题开展研究工作。主要研究内容为：以我国江苏金坛、湖北潜江及应城盐岩地下油气储备库群为示范工程，系统研究储备库群的腔顶破坏规律、油气渗透、腔体失稳以及矿区地层沉陷等现象及产生机理，分析诱发储库群发生油气渗漏、地表沉降、腔体破坏以及腔体收缩等风险的各致灾风险因子；采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的综合分析方法，详细研究各风险因子的作用机理与作用规律，并对具有明显作用规律的风险因子进行敏感性分析；揭示储备库群灾害风险的风险机理，分析风险前兆特征，研究灾害的风险触发机制,并提出各类灾害的风险预测关键指标，最终建立能够科学、有效预测储库群灾害的风险预测模型,并通过示范工程检验并修正提出模型的准确性。研究成果将为我国层状盐岩中地下能源储备库群设计的风险评估提供理论依据，为我国安全、高效地实施油气地下储备提供技术支撑。

本项目综合采用现场工程调研、室内实验、理论分析及数值模拟相结合的方法，针对我国层状盐岩中地下能源储库群在建设和运营期间可能发生灾害事故的风险机理和预测方法进行研究，以期实现库群风险分析与灾害防治的理论突破。主要成果如下：.1、储备库群破坏形式及致灾风险因子的识别.调研分析我国多个在建和拟建盐岩地下能源储备库矿区的地质特征，给出层状盐岩中地下能源储备库中风险的定义及分类；广泛调研国内外盐岩地下能源储备库群曾发生灾害事故详情，确定我国含夹层盐矿中地下能源储备库群在建设和运营过程中可能会发生的灾害形式，系统研究储备库群的油气渗漏、地面沉陷、腔体失效、腔体失稳、腔体收缩以及库区地面沉降等现象的产生机理；开展试验研究含夹层盐岩的力学特性，找出并分析诱发各类灾害风险的致灾风险因子。.2、各致灾风险因子作用机理与作用规律的研究.借鉴国外盐岩地下能源储备库群曾发生灾害的事故原因分析，考虑我国湖相沉积层状盐岩的特殊地质环境，并结合国内外相关的研究成果，理论分析揭示各致灾风险因子的作用机理及作用规律；在选取我国有代表性的层状盐矿地层及力学参数数据的基础上，结合数值模拟方法，重点针对储备库群运营过程中常见的腔体收缩风险和库区地面沉降风险的致灾风险因子的作用规律进行研究，并对有明显作用规律的风险因子进行单因素敏感性分析，定量分析其对某一类型风险的影响程度。.3、储备库群风险机理及风险触发机制的研究.基于以上研究成果，提出把在风险发生过程中必要的风险因子（如重大风险故障树分析中的基本事件）及在风险形成及发展过程中贡献较大的风险因子（如腔体收缩风险和库区地面沉降风险单因素敏感性分析中的敏感因素）视为该类风险的触发因子，多个触发因子同时具备时即形成了该类风险的触发机制；风险触发机制的提出对我国层状盐岩中地下能源储备库群各类灾害的风险机理进行了完善与深化。.4、.储备库群风险预测模型的建立.重点针对储备库群的三种运营风险，提出了风险预测关键指标，即最能反映某类灾害风险安全程度的指标，如腔体失稳风险的关键指标是塑性区分布、腔壁位移以及围岩变形速率，腔体收缩风险的关键指标是腔体年收缩率，地面沉降风险的关键指标是上覆地层变形速率，通过关键指标的计算，确定某一储备库群针对各类灾害的安全等级，即建立了该类风险的预测模型；并结合江苏金坛储气库和湖北云应盐矿的实际监测数据，对所建立的风险预测模型进行了检验和修正