某地下水封洞库工程水幕系统设计初步研究

人工水幕系统对地下水封洞库长期稳定运行十分重要。结合某地下水封洞库,采用理论分析和数值计算的方法,对水幕系统的设计进行初步研究。研究表明,施工期水幕孔注水可保证岩体中存在足够的水封压力,运行期采用注水运行方式可有效控制洞库的涌水量和维持必要的储油压力。最后分析了地质构造对水幕的影响,并对水幕巷道和水幕孔进行了布置,对排水和补水进行了设计。     

围岩灌浆深度对水封石油洞库水封效果的影响

地下水封石油洞库的水封措施直接影响洞库储油期渗流场及水封效果,围岩灌浆能显著改变地下洞库渗流场,进而影响洞库的水封效果.本文以我国首个大型地下水封石油洞库为例,研究在有无设置水幕、是否降雨的情况下围岩灌浆深度对洞库水封效果的影响.采用应力-渗流耦合理论,建立地下洞库有限元分析模型,利用大型商业软件ABAQUS设计多种计算方案进行数值模拟.通过模拟得到不同计算方案下孔隙水压力云图、洞库涌水量以及水封厚度数据.分析计算结果得出如下结论:全断面灌浆能有效防止储油期储油泄露;灌浆深度的增加能有效减少储油期洞库涌水量,提升洞库水封性能;灌浆深度为6 m时,该洞库水封厚度已足够,涌水量也较小.     

水幕参数对地下水封石油洞库的涌水量影响分析

设置人工水幕可对洞库形成水封作用,防止储油外泄.而人工水幕的设置势必影响水封洞库的涌水量,过大的涌水还会增加洞库的运营成本.依托在建的某处水封石油洞库工程,建立数值模型,研究人工水幕设计参数及地下水位变化对洞库涌水量的影响规律.结果表明,人工水幕各设计参数的变化对涌水量有不同程度的影响,地下水位的变化对洞库涌水量的影响也很显著.     

水幕参数对地下水封石油洞库的涌水量影响分析

设置人工水幕可对洞库形成水封作用,防止储油外泄.而人工水幕的设置势必影响水封洞库的涌水量,过大的涌水还会增加洞库的运营成本.依托在建的某处水封石油洞库工程,建立数值模型,研究人工水幕设计参数及地下水位变化对洞库涌水量的影响规律.结果表明,人工水幕各设计参数的变化对涌水量有不同程度的影响,地下水位的变化对洞库涌水量的影响也很显著.     

裂隙岩体渗透各向异性对地下储油洞库水封性的影响规律

为研究岩体渗透各向异性对地下储油洞库的水封性影响规律,建立油库单一洞室的二维等效连续介质模型,用不同渗透张量表征岩体渗透各向异性的不同情况,并开展数值模拟。从洞室周围水压力、渗流场和涌水量等角度对模拟结果进行分析,并评价了洞室水封性。结果表明:岩体各向渗透性较均匀时,储油洞室水封性要求相对一致,有利于水幕系统的统一设计和施工处理,容易通过设置的水幕系统保证洞室整体的水封密闭;岩体最强渗透方向在45°～90°之间时,有利于水幕系统的水压力向下传递,形成高水力梯度区包围洞室,保证洞室密封。     

地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

防烟水幕发生及收缩效应理论与实验

以水为介质的连续封闭液膜来控制烟气扩散的水幕防烟(SCWC)系统是一种新型的防烟系统,应用于建筑防排烟中可有效地实现对烟气控制。水幕是由发生装置产生的,水幕发生过程受到水气表面张力、重力和空气阻力等诸多因素的影响,为了研究防烟水幕水流体流动规律和流动特性,对运动过程中防烟水幕水流体的表面张力、重力、空气阻力、剪切力、内部水压力、空气浮力等进行受力分析,建立防烟水幕水平横向运动的微分方程,推导水幕运动轨迹方程式,探究防烟水幕的发生机制,进一步讨论水幕的收缩效应,推导防烟水幕水流体降落时横向收缩系数表达式,分析防烟水幕横向运动规律,开展防烟水幕发生与收缩效应的实验研究,对实验结果与理论结果进行比较分析。结果表明:防烟水幕运动是水气两相流在重力和表面张力作用下的俯射运动;水幕在横向运动过程中的收缩效应对水幕横向宽度的维持有破坏作用;水幕长度偏差不大于4.22%,收缩系数偏差不大于1.37%。     

大型地下水封洞库施工顺序优化

采用侧压系数法对某大型地下水封洞库地应力进行了反演分析,运用回归反演的初始地应力场对储油主洞室进行了施工开挖分层及施工顺序的优化分析.分析结果表明,储油主洞室分三层和分四层两种开挖方式对岩体位移和塑性区分布范围影响都不大;跳挖开挖方式优于平行开挖和依次开挖方式,在施工工期许可的条件下宜按照跳挖开挖方式进行,各洞室开挖掌子面间距宜控制在40m以上.     

地下储油岩库围岩力学参数的正交设计

在相同岩性的现场库区内,岩体的物理力学参数随取样位置(深度)的变化具有不同的变化水平,即使在稳定岩层区不同深度岩性参数也有一定的差异。为了在储油岩库设计方案的数值模拟试验中充分体现这些实际特点,根据大量的岩石室内试验结果,采用正交设计试验方法,以岩石的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角共5个参数作为主要影响因素,选取储油洞库围岩塑性区面积(包括拉破坏区面积)和洞周最大位移值作为试验指标进行了正交试验,通过对正交试验结果进行直观分析,研究了地下储油岩库围岩力学参数的确定方法,给出了参数的最优组合,为解决同类问题建立了计算方法和分析思路。     

地下储油岩库围岩力学参数的正交设计

在相同岩性的现场库区内,岩体的物理力学参数随取样位置(深度)的变化具有不同的变化水平,即使在稳定岩层区不同深度岩性参数也有一定的差异.为了在储油岩库设计方案的数值模拟试验中充分体现这些实际特点,根据大量的岩石室内试验结果,采用正交设计试验方法,以岩石的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角共5个参数作为主要影响因素,选取储油洞库围岩塑性区面积(包括拉破坏区面积)和洞周最大位移值作为试验指标进行了正交试验,通过对正交试验结果进行直观分析,研究了地下储油岩库围岩力学参数的确定方法,给出了参数的最优组合,为解决同类问题建立了计算方法和分析思路.     

缝洞单元注水开发物理模拟

结合现场资料,根据相似理论确定物理模拟模型参数及试验条件,制作缝洞单元井网模型;通过对该模型进行单相流动试验,研究模型各口生产井对应通道的阻力;通过对该模型进行的水驱油试验,研究不同注入流速下模型的采收率、含水率、注水压力及水驱后的剩余油分布。结果表明:注入流速越大,模型采收率越高,剩余油越少;井打在洞上部时,水驱过后,剩余油存在于溶洞上部的周边位置;渗流通道经过溶洞时,水驱过后,溶洞内几乎不存在剩余油。     

基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式研究

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。     

利用PIV技术对柴油机高压喷雾流场的可视化研究

研究不同喷雾时刻及介质状态变化对柴油喷雾流场的影响.采用PIV(particle image velocimetry)激光测试技术对高压柴油喷雾流场进行速度场测量实验.实验时利用前次喷雾的液滴作为示踪粒子对当次喷雾进行速度场计算.分别进行了单次喷雾时刻、喷油压力、介质密度不同时的喷雾实验.喷雾过程中在雾注前锋周围会形成卷吸涡,且其强度随喷雾的发展及喷油压力的提高而增加;当介质密度增加后,雾注前锋贯穿速度降低,相对速度增加.柴油喷雾过程中形成的卷吸涡有利于柴油向周围空气的扩散,提高喷油压力可以有效地强化这种效果;介质密度增加使液滴密集度增加,对油气扩散混合有不利影响.     

不同油藏区块注水系统能耗指标体系的构建

针对目前油田注水系统缺少地下系统能耗评价指标,且地上系统能耗指标不完善的问题,从不同油藏类型、区块注水效果角度提出了注水地下系统的能耗评价指标。研究了主要的储层参数——渗透率、孔隙度、饱和压力、地层水矿化度等与地面注水系统重要参数标准单耗的关系,综合了地面注水和油藏注水与采收效果评价体系,以注水能耗替代注水量,实现油田开采效益最大化;新增了站效、管网能量利用率为注水地上系统的能耗标杆指标。从而建立了完整的地上地下注水系统的评价指标体系,综合评价了整个注水系统的能耗现状。为衡量注水系统能耗状态提供了具体完整的标杆指标。     

富水深基坑降水引起的地表沉降预测

随着城市轨道交通的发展,富水地区地铁深基坑降水引发的工程问题时有发生,引起广泛关注。传统算法计算地基沉降只考虑降水前后土体自重应力的变化。在此基础上进一步考虑渗流动水压力引起的有效应力变化和止水帷幕对土体沉降的约束影响,提出一种简化的计算降水引起基坑外地表沉降的方法。并结合实际工程对该方法进行验证。结果表明:考虑地下水渗透力的影响使降水后土体有效应力较不考虑渗流时增加5%左右,地下水渗流对土体有效应力的影响不可忽略。止水帷幕对土体沉降的约束影响在距支护结构1倍降水深度范围内,计算该范围内土体沉降需将止水帷幕影响考虑在内。同时考虑降水前后自重应力变化、渗透力影响、止水帷幕约束这三者的共同作用,得出的理论计算结果与实测值误差在12%以内,验证了计算方法的有效性。     

落底式止水帷幕对地下径流的阻碍影响分析

截止到2012年,海绵城市的提出已有九年时间,然而我国城市内涝的问题依然严重,海绵城市的建设并未取得理想成绩。目前,海绵城市建设措施的研究方向多集中于解决地表问题,而对地下水的排渗与地下径流却鲜有关注。本文通过有限元COMSOL软件对落底式止水帷幕及其周边区域进行数值模拟计算,以选取面积内的瞬时总流量为指标,研究分析落底式止水帷幕对地下径流的阻碍作用,并在此基础上研究不同倒角对阻碍作用的影响,以找到降低阻碍作用的方法。研究表明,边长200 m的止水帷幕会对周围20 000*4 500 m范围内的地下水流动产生影响,在1 000 m的范围内会对地下水产生较大的流量削减,造成局部地下水水位上升,使附近的海绵城市设施工作效率降低,不利于海绵城市的建设。对止水帷幕的四个角进行倒角可以降低其阻碍作用,其中对止水帷幕进行45°角的切角施工较简单,优化效果较好,是一种行之有效的低影响开发手段,可以促进海绵城市的建设。