鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)溶控建造流體運(yùn)移實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)是處于地下鹽丘或鹽層中儲(chǔ)存能源的設(shè)施，它安全、方便和儲(chǔ)存量大的特點(diǎn)使它成為國(guó)家戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備和市場(chǎng)能源價(jià)格調(diào)控的重要部分，由于我國(guó)鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)建造起步較晚，建造技術(shù)尚有不足，并且在運(yùn)行數(shù)量和總儲(chǔ)能量上不能滿足國(guó)家安全和發(fā)展的需求，因此鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)的建造及技術(shù)研究必然會(huì)持續(xù)開(kāi)展。鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)水溶造腔是其建造的關(guān)鍵過(guò)程，通過(guò)調(diào)節(jié)注水流量、管柱位置以及油墊層位置等來(lái)控制注入的淡水及腔內(nèi)流體主要運(yùn)移區(qū)域溶鹽，以期形成一定容積和形狀的腔體，因此

2、研究注入的淡水及腔內(nèi)流體的運(yùn)移規(guī)律、主要運(yùn)移（影響）范圍及受到注水流量、管柱位置以及腔內(nèi)鹽水濃度變化的影響情況有利于腔體容積和形狀順利達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)并提高水溶造腔建造效率。
　　本文主要研究鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)水溶建造中淡水注入腔內(nèi)，流體運(yùn)移情況（運(yùn)移規(guī)律、影響范圍和運(yùn)移速度）與注水流量、管柱位置和腔內(nèi)鹽水濃度之間的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)建立與工程中鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)相似的三維腔體模型以及搭建與工程主要造腔工藝相似的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3、。本文首先運(yùn)用以相似理論為基礎(chǔ)的模化方法建立相似準(zhǔn)則，根據(jù)相似準(zhǔn)則與幾何相似比確定模型實(shí)驗(yàn)中采用的流量大小，管柱材料等，建造了有機(jī)玻璃材質(zhì)的模型腔體，方便觀測(cè)，模擬中注水與排鹵方式與實(shí)際工程中的工藝相同，完成實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作。
　　(2)流體運(yùn)移染色法實(shí)驗(yàn)。以不同造腔循環(huán)方式將染色淡水注入模型腔體內(nèi)，觀察染色淡水在不同注水流量、腔內(nèi)鹽水濃度以及不同管間距條件下運(yùn)移情況，分析總結(jié)出，正、反循環(huán)流體運(yùn)移規(guī)律；變化注水流量、管間距及鹽水

4、濃度對(duì)流體運(yùn)移規(guī)律、徑向運(yùn)移速度及最大影響范圍的影響；正、反循環(huán)時(shí)，不同注水流量、管間距及腔內(nèi)鹽水濃度條件下，得出流體運(yùn)移最大影響范圍數(shù)值，依據(jù)相似比將其換算成工程實(shí)際中對(duì)應(yīng)數(shù)值，得出正循環(huán)時(shí)，注水流量30m3/h、45m3/h和60m3/h，腔內(nèi)鹽水濃度25g/L、50g/L和75g/L，管間距14m，相互組合條件下腔內(nèi)流體運(yùn)移最大影響范圍；反循環(huán)時(shí)，注水流量60m3/h、80m3/h和100m3/h，腔內(nèi)鹽水濃度25g/L、50g/

5、L和75g/L，管間距28m，42m，56m，70m，84m，98m，相互組合條件下腔內(nèi)流體運(yùn)移最大影響范圍；為工程中水溶造腔腔體體積和形狀控制以及提高建腔效率提供參考建議。
　　(3)流體運(yùn)移PIV測(cè)試實(shí)驗(yàn)。PIV測(cè)試實(shí)驗(yàn)得出觀測(cè)區(qū)內(nèi)流場(chǎng)矢量圖，從中可以直觀的觀察到管柱附近流體以上浮運(yùn)動(dòng)為主，稱(chēng)為浮力羽流區(qū)，浮力羽流區(qū)以外的，流體運(yùn)移比較混亂，為自由擴(kuò)散區(qū)；在正循環(huán)兩組實(shí)驗(yàn)中，浮力羽流區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度平均值0.0369m/s和0.

6、031m/s分別大于對(duì)應(yīng)自由擴(kuò)散區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度平均值0.0152m/s和0.0162m/s，因此正循環(huán)時(shí)流體運(yùn)動(dòng)以上浮運(yùn)動(dòng)為主，浮力羽流區(qū)溶鹽較快，在反循環(huán)兩組實(shí)驗(yàn)中，自由擴(kuò)散區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度平均值0.024m/s和0.0193m/s分別大于對(duì)應(yīng)浮力羽流區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度平均值0.021m/s和0.017m/s，因此反循環(huán)時(shí)流體運(yùn)動(dòng)以自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主，自由擴(kuò)散區(qū)溶鹽較快；改變注水流量與腔內(nèi)鹽水濃度，研究觀測(cè)區(qū)內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)速度變化情況。
　　

7、(4)濃度場(chǎng)及流場(chǎng)數(shù)值模擬。使用FLUENT軟件模擬實(shí)際尺寸腔體中的濃度場(chǎng)和流場(chǎng)，得出正循環(huán)時(shí)，隨注水流量增大，側(cè)壁面鹽巖溶解區(qū)段逐漸向腔體頂部方向增大，腔體底部側(cè)壁面區(qū)域鹽水濃度降低，溶鹽速度增大，加快腔體徑向擴(kuò)容。反循環(huán)時(shí)，隨注水流量增大，腔體底部側(cè)壁面區(qū)域鹽水濃度逐漸降低，溶鹽速度增大，而且其鹽巖溶解區(qū)段也隨流量增大逐漸向腔體底部方向擴(kuò)大。在正、反循環(huán)條件下，浮力羽流區(qū)軸向長(zhǎng)度都為20m左右，并且隨注水流量及循環(huán)方式變化，浮力羽流