• 水幕廠家成立于2013年,是一家專業從事水幕的研發,銷售的高新技術企業,主要業務為水幕墻,包括水幕墻設計,水幕系統制作等,若您有水幕相關需求歡迎咨詢我們。
  • 聯系電話:

    400-6688-1196

  • 郵箱:

    Support@bjxlmq.com.cn

地下水封石洞油庫密封性準則研究綜述

胡謀鵬1 王北川2

1.中國石油管道局工程有限公司設計分公司;

2. 西氣東輸管道公司管道工程建設項目部

摘?要:?參考國內外水封洞庫的有關文獻,總結了各位學者所發表的地下水封石油洞庫密封性理論。在水幕系統密封性準則的發展過程中,起先由國外學者發表為主,隨著我國地下水封石洞油庫的大規模興建,國內學者開始發表了自己的密封性準則,比如我國學者馮樹榮的準則,以及借鑒日本建設規范的國標水封準則。

關鍵詞:?地下水封石洞油庫;密封性準則;?A. Houpeurt的理論;?GEOSTOCK公司的理論

隨著我國能源儲備的發展,近年來陸續建設了一批地下水封石油儲備庫。其設計最為關鍵的是地質結構穩定性和水封密閉性問題。前一個問題,可以借鑒水利電力行業洞庫的成功經驗,但是對于水封密閉性的理論問題,國內則少有文獻報道。

1?水封原理的發展歷程

為了將燃油安全無泄漏的儲存于地下巖洞中,瑞典巖石力學和石油儲備之父Hageman提出了著名的“瑞典法”?[1],即將石油儲備在地下水位線以下的非襯砌巖洞中,并于1938年申請了專利。瑞典的Ingvar Janelid教授提出了人工水幕方法[2]—先于儲油洞室開挖,在洞室上部圍巖中布設水幕系統(水幕巷道和水幕鉆孔)來保持地下水位穩定,保證洞室開挖過程中的水封條件。地下水封石油洞庫原理見圖?1。

圖?1??地下水封洞庫原理圖

20世紀70年代,挪威專家Svee和Rathe等提出了水電站氣墊式調壓室的概念。為了保證氣墊式調壓室的氣密性,防止由于高壓空氣泄漏而失壓,在存在裂隙的調壓室圍巖周圍設置了水幕系統。眾多學者[3-14]關于水封系統的實驗室試驗和數值模擬試驗為以后水封技術的發展奠定了基礎。

2?水封密閉性理論的發展歷程

2.1 B.Aberg的理論

關于水封洞庫封存的判斷準則,?B.Aberg在1980年的論文中講到:流向主洞室頂的水力梯度必須能有效阻止任何產品進入到巖體內,或者更極端的情況就是阻止產品的遷移(D.C.Goodall & B.Aberg,1986)。Aberg通過研究LPG儲庫洞室周圍水壓與儲壓的關系,提出了垂直水力梯度準則,?Aberg?認為,只要垂直水力梯度大于1就可以保證儲洞的密封性。但該準則忽略了重力、摩擦阻力以及毛細壓力的影響,且水力梯度的精確計算較為困難,該準則在工程應用上并不方便。?B.Aberg的公式用數學表達式表示為:

圖 2中H w和H cav分別是水幕巷道中拱頂和主洞室邊界上某點的總水頭; P w、 P cav表示水幕孔和洞室邊界上的壓力水頭; Z w、 Z cav分別表示水幕孔和主洞室邊界上的某點的位置水頭; h 是從水幕孔到主洞室的滲流路徑。當洞室邊界上的一點為洞頂最高點時,圖 2中的水力梯度公式即是B.Aberg理論的極限情況,因為按B.Aberg的理論,如果不考慮水頭損失,洞頂最高點的水力梯度最大,圖 2中公式才能成立。

圖?2??B.Aberg水封原理圖

2.2 D.C.Godall的理論

后來,?D.C.Godall等在1986年的文章中講到?:在所有遠離洞室的可能滲漏路徑上,水壓力沿著這個路徑一直是增加的(圖?3)。

圖?3??D.C.Godall水封原理圖

D.C.Goodall等理論的簡單描述就是沿著從洞室滲漏的氣體的滲漏路徑,水壓力一直是增大的就不會有氣體溢出。這就相當于在垂直滲漏路徑上的最小水力梯度為1。這個準則的優點是不依賴節理裂隙巖體的地質特征,但是沒有考慮洞室的幾何形狀,因為洞室的幾何形狀對滲漏路徑有影響,從而影響水封厚度。

2.3 A. Houpeurt的理論

圖?4??A.?Houpeurt的理論

式中,?H?為水柱的厚度(m),當取等號時,?H?為臨界水封厚度(m)。?Z A和Z B分別為上、下端面處的位置水頭(m)。

圖?5??鉛直裂隙水受力示意圖

圖?6??傾斜裂隙水受力示意圖

2.5?國標的理論

我國《地下水封石洞油庫設計規范》?GB 50455—2008,借鑒了日本地下水封洞庫的工程實踐經驗,要求“洞庫拱頂距設計穩定地下水位垂直距離應按下式計算且不宜小于20 m”:

圖?7??水封條件示意圖??

4?總結

B.Aberg的理論、?D.C.Godall的理論和A. Houpeurt的理論都是在地下水封洞庫的發展過程中慢慢建立起來的理論,都有他們的局限性,是以后其他水封理論的基礎。馮樹榮的理論是在近幾年國家大力建設水封洞庫的環境下,通過參考相關資料所提出的一種水封理論,在目前國內的幾個地下水封洞庫工程中還未見應用。而國標理論是直接借用的日本水封洞庫的建設規范,這幾種理論都只考慮儲存介質在豎直方向上的密封性,即只能保證儲存介質不沿著滲流路徑逃逸至地面,但是不能限制水平方向的擴散。

法國GEOSTOCK公司提出的理論,既能保證儲存介質不逃逸至地面,也能保證儲存介質不能從儲油洞庫的任何邊界向四周擴散,從而避免環境污染。目前國內已建和在建的幾個水封洞庫有的是按國標理論確定主洞室的埋深,有的是按法國GEOSTOCK公司考慮形狀系數后確定的洞室埋深。至于兩個理論,哪種更為科學、更為合理,還未見有學者進行詳細討論。

參考文獻:

[1]MORFELDT C O. Storage of petroleum products in man-made caverns in Sweden[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 1983, 28(1): 17-30.

[2]高翔,谷兆棋.人工水幕在不襯砌地下貯氣洞室工程中的應用[J].巖石力學與工程學報,1997, 16(2): 178-187.

[3]ABERG B.Prevention of gas leakage from unlined reservoirs in rock[C]//Proceedings of the ?First International Symposium ?on ?Storage in Excavated Rock Caverns.Stockholm: Pergamon Press, 1977: 399-413.

[4]ABERG B.Model tests on oil storage in unlined rock caverns[C]//Proceedings of the First International Symposium on Storage in Excavated ?Rock Caverns.Stockholm, 1977: 517-530.

[5]GOODALL D C, ABERG B, BREKKE T L. Fundamentals of gas containment in unlined rock caverns[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 1988, 21(4): 235-258.

[6]CHUNG Hyung-sik, SUN Yong. Model study on the water tightness around the underground oil storage cavern[C]//Large Rock Caverns: Proceedings of the International Symposium. Helsinki: Pergamon Press, 1986: 653-660.

[7]SUH Jung-kyu, CHUNG Hyung-sik, KIM Chi-whan. A study on the condition of preventing gas leakage from the unlined rock cavern[C]// Large Rock Caverns: Proceedings of the International Symposium. Helsinki: Pergamon Press, 1986:725-73 6.

[8]OHKAWA T,SAKAKIHARA N, MOMOTA H,et al.Numerical simulation for hydraulic behavior in the bedrock of the zone surrounding the cavern[C]//Large Rock Caverns:Proceedings of the International Symposium. Helsinki:Pergamon Press, 1986: 1361-1372.

[9]LINDBLOM U.The performance of water curtains surrounding rock caverns used for gas storage[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Science&GeomechanicsAbstracts, 1989, 26(1): 85-97.

[10]CARL-OLOF Soder Vbb.Water curtains in gas storage an experimental study[C]//Proceeding of 8th International Congress on Rock Mechanics, ISRM95. Tokyo: Balkema,1995: 773-778.

[11]KIM Jitae,CHO Woncheol,CHUNG Il-moon,etal.On the stochastic simulation procedure of estimating critical hydraulic gradient for gas storage in unlined rock caverns[J].Geosciences Journal,2007,11(3): 249-258.

[12]崔京浩.地下工程與城市防災[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[13]KJRHOLT E,BROCH H.The water curtain-a successful means of preventing gas leakage from high-pressure, unlined rock caverns[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1992, 7(2): 127-132.

[14]王者超,李術才,喬麗蘋等,大型地下石油洞庫自然水封性應力-滲流耦合分析[J]巖土工程學報,2013, 35(8):1535-1544.

[15]馮樹榮,蔣中明,張金龍等,地下水封石油洞庫水封準則研究[J]巖土工程學報,2014, 36(5):886-891.

[16]Suh J K, Chung H S,Kim C W. A study on the condition of preventing gas leakage from the unlined rock cavern[C]//K. H. O. Saari.,eds.Large rock caverns; proceedings of the international symposium. Helsinki,Finland:Pergamon Press, 1986:725-736.

[17]Chung I M,CHO W, HEO J H. Stochastic hydraulic safety factor for gas containment in underground storage caverns[J].Journal of Hydrology, 2003,284(1-4):77-91.

作者:胡謀鵬,工程師,?1977年生,?2007年畢業于武漢理工大學土木工程專業,碩士研究生,現主要從事地下水封儲油庫的設計工作。

來源:《管道保護》2018年第6期(總第43期)

看見這個“好看”了嘛,點一下唄~

標簽:
日本色网站导航