我国地下水封石油洞库研究现状及发展动向.pdf

水 力 发 电 第 3 9 卷第1 1 期 2 0 1 3年 1 1月 我国地下水封石油洞库研究现状及发展动向 张金 龙 ．一 ，冯树 荣 ，胡育林 ，许 卫 1 ． 水能资源利用关键技术 湖南省重 点实验 室，湖 南 长 沙 4 1 0 0 1 4 ； 2 ． 中国水 电顾 问集 团 中南勘测设计研 究院有 限公 司 ，湖南 长 沙 4 1 0 0 1 4 摘要 从水封条件 、人工 水幕设 置 、涌水量及多相介质渗流数值模 拟技术等几个关键技术 问题 回顾 了我国地下 水 封石油洞库 的研究现状 、进 展及 近年来所取得的主要成果 ，探讨 我国 目前地下水封石油洞库建设 中存在 的问题 ，并 对地下水封洞库研究方 向进行了展望。 关键词 地下油库 ；水封准则 ；人工水幕 ；渗 流场 ；涌 水量 ；多场耦合 Re v i e w a n d Tr e n d s o n Un d e r g r o u n d Oi l S t o r a g e i n Ch i n a Z HANG J i n l o n g 一 ， F ENG S h u r o n g ， HU Yu l i n ， XU We i 。 1 ． Hu n a n P r o v i n c e Ke y L a b o r a t o r y o f Ke y T e c h n o l o g i e s f o r W a t e r P o w e r Re s o u r c e s De v e l o p me n t , C h a n g s h a 4 1 0 01 4 ， Hu n a n,C h i n a ； 2 ． Hy d r o Ch i n a Z h o n g n a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 4 ， Hu n a n ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p r e s e n t s t a t e ， d e v e l o p me n t a n d ma i n a c h i e v e me n t s o f u n d e r g r o u n d o i l s t o r a g e i n Ch i n a a r e r e v i e w e d h e r e i n f r o n ] s o me k e y t e c h n o l o g i e s s u c h a s t h e c o n d i t i o n o f w a t e r s e a l t h e a r r a n g e me n t o f a r t i fic i a l wa t e r c u r t a i n ,wa t e r i n f l o w a n d t h e n u me r i c a l mo d e l i n g o f mu h i p h a s e me d i u m s e e p a g e ． S o me p r o b l e ms i n t h e c o n s t r u c t i o n o f u n d e r g r o u n d o i l s t o r a g e i n C h i n a a t p r e s e n t a r e a l s o d i s c u s s e d ． F i n a l l y ． t h e t r e n d s o n t h e r e s e a r c h o f u n d e r g r o u n d o i l s t o r a g e i n f u t u r e a r e p r o s p e c t e d ． Ke y W o r d s u n d e r g r o u n d o i l s t o r a g e ； c r i t e r i o n o f wa t e r s e a l ； a r t i fi c i a l wa t e r c u r t a i n ；s e e p a g e fi e l d ； wa t e r i n fl o w ；mu l t i - fi e l d c o up l i n g 中图分类号 T E 9 7 2 ． 2 文献标识码 A 文章编号 0 5 5 9 9 3 4 2 2 0 1 3 l 1 0 0 8 0 0 5 地 下 水 封 储 油 洞 库 是 在 稳 定 地 下 水 位 线 以 下 人 工 在 岩体 中开 挖 一 定 容积 的洞 室 ，利 用 自然 水 幕 或 人 T 水幕 孔 注 水 使 洞 室周 嗣岩 体 裂 隙均 充 满 水 ，保 持 洞 室周 同岩 体 内的地 下 水 位 在较 高 的位 置 。防止 石 油 和 气体 泄 漏 ，达 到利 用 稳 定 地 下水 的水 封 作 用 储 存 洞室 内石 油 的 目的 。地 下水 封 油库 以其 占地少 、 安 全 、环保 等 特 点 ，在近 年 来 启 动 的 国家 战略 石 油 储 备 二 期 及 期 规 划 中 被 优 先 采 用 。 我 国 在 2 0世 纪 7 0年 代 和 9 0年 代 修 建 过 几 座 小 型地 下 水 封油 库 ， 当时对 地 下 水 封 洞库 储 油 技 术 进 行 了少 量 研 究 ，但 由于 种 种 原 因未 能 推 广 应用 。近 年来 ，我 国几个 大型 石 油储 备地 下 水 封 洞库 相 继 开 1 二．地 下 水 封 洞 库 建 设 和 运 行 安 全 面 临 重 大 技 术 挑 战 因 此 ．无 论 在 勘 测 、设 计 、施 工 还 是 学 术 界 ， 地下 水封 洞 库储 油相 关技 术 和理论 都得 到 广 泛关 注 。 地 下 水 封洞 库 水 文 地质 和工 程 地 质 ] 、洞 室 同 岩稳 定 性 l4 、渗 流 场I 1 等 相 关研 究 成 果 多 有 文 献 报 道 ， 这 些 研究 成 果 虽 然对 推 动 我 国地 下水 封 洞 库 建设 起 圆W a l e r P o w e r V o 1 ． 3 9 N o ． ， ， 到积 极 的 作用 ，但 在 地 下水 封 洞 库水 封 条 件 、人 T 水 幕设 置 和 渗 漏控 制 等 方 面仍 然 没 有研 究 透 彻 ，T 程 设 计 还 主 要 依 赖 于 以 往 地 下 T 程 的 经 验 。 同 绕 地 下 水 封 储 油 洞 库 工 程 安 全 问 题 ， 本 文 在 前 人 研 究 的 基 础 上 ， 总 结 了 我 罔 在 地 下 水 封 洞 库 储 油 技 术 的 相 关 研 究 进 展 。探 讨 r地 下 水 封 洞 库 工 程 安 全 的 关 键 技 术 问 题 ， 对 推 动 本 领 域 的 技 术 进 步 和 持 续 发 展 有 一 定 的 现 实 意 义 。 1 地下水 ,3 i H 库研究现状及若干问题 原 油 或成 品 油 以及 L P G等 的储 藏 是绝 对 小 允许 泄 漏 的 ，地 下 水 封 洞 库 的 密 封 性 问 题 是 T 程 成 败 的 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 0 9 基金项 目罔家“ 十二五” 科技支撑计 划项 日 2 0 1 2 B A K 0 3 B 0 4 ， 中 困水电丁程顾问集团科技计 划项 日 C HC K J 一 2 0 1 0 1 3 作者 简介 张金龙 1 9 7 8 一 ，男 ，湖 南岳 阳人 ，高 级工 程 师 ， 主要从 事地下 r 程 与边坡上程 的没计和研究工 作． 弟3 9雹 弟ll期 张 _盂 儿 ， 导 孤 崮 r 、 水 副 勺 刈 仅 辰 z l 口 J 关键 所 在 。因此 ，地 下 水 封洞 库 工 程 安 全 问题 都 围 绕 油气 是 否 发生 泄 漏 为 核 心展 开 ，几 个 主要 关 键 技 术 问题 有 水 封 条件 、人 工 水幕 设 置 、渗 漏 控 制技 术 和多 相 介质 多场 耦合 分析 技 术 。 1 ． 1 水 封条 件 地 下 水 封洞 库 水 封 条 件 又称 为水 封 准 则 或水 封 机 制 ．水 封 准则 是 指 根 据 地 下水 封 洞 库 储 油 的工 作 原理 ．洞 室 周 围水 体 将 油 品密 封在 洞 室 空 间 内所 需 要 满 足 的数 学关 系 ，水 封 准则 即为 油 气 是 否泄 漏 的 判 定 准 则 。 瑞 典 人 Ab e r g最 早 对 水 封 准 则 进 行 了 研 究 ， Ab e r g t ” 】 研 究 了 L P G储 库 洞 室 周 围水 压 与 储 压 的 关 系 ．提 出 了垂 直 水 力 梯 度 准 则 。Ab e r g认 为 只 要 垂 直 水 力 梯 度 大 于 1就 可 以保 证 储 洞 的密 封 性 。图 1 是储 油 洞 室 内油 品 的存 储 状态 和油 品对 洞壁 的作 用 力示 意 。 图 1 油 气 对 洞 壁 的 作 用 力 如 图 1所 示 ．洞 室 底部 为周 围岩 体 向 洞 室 内人 渗 的水 垫 层 ，水 垫 层 上 部 为 液 态油 品 ，洞 室 顶部 为 油 品饱 和蒸气 。 当洞 室 周 围 的水 压 力 不满 足密 封 性 条件 时 ，洞 内油 品最 可 能 的泄 漏 方 式 为气 态油 品通 过 洞室 顶 拱 裂 隙进 入 岩 体 向外 逃 逸 。气 态 油 品要 发 生 泄漏 ，首 先要 能 够 进 入 围 岩 裂 隙 中 ，其 次是 气 泡 在 裂 隙 中能 继续 向远 离 洞 室方 向运 动 。气 态 油 品进 入饱 和裂 隙所 需 的 临界 条件 称 为气 体 进 入 条件 或 准 人 条件 ．气 泡在 裂 隙 中 向上继 续 运 移 的 临 界条 件 称 为气 体 运 移 条件 。气 态 油 品发 生泄 漏 ，合 理 确定 这 两个 临界 条件 至 关 重 要 。 由于 气 体 进入 条件 与 洞 室 几何 形 状 、裂 隙几 何 尺 寸 、裂 隙连 通情 况 、裂 隙宽 度 、裂 隙 内 毛 细 水 压 力 大 小 及 裂 隙 走 向 与 洞 室 的 关 系 等 因素 密 切相 关 ．但 要完 全 实 测 这些 参 数 困难 很 大 。Ab e r g对 气 体 运 移 条 件 进 行 研 究 ．提 出 了 垂 直 水 力 梯 度 准则 。垂 直 水 力梯 度 准 则 忽 略 了重 力 、摩 擦 阻力 以及 毛细 压 力 的影 响 ，是 一 个 条件 严 格 和 苛 刻 的气 密 性准 则 ，相对 保 守 。后来 ，Go o d a l l 14 - 1 5 ] 扩 展 了 Ab e r g的垂 直水 力 梯 度 准则 ，认 为 在 实 际 设计 中只要 保 证 沿着 远 离 洞 室方 向所 有 可 能 的渗 漏 路径 上 某段 距 离 内水压 力 不 断增 大 ，则可 以保 证 不 会 发 生 气体 泄漏 。 在潜 水 井 或 承压 水 井抽 水 试 验 中 ，井 内水 位 和 井 壁水 位 之 间都存 在 着 一个 水 位差 值 ，这种 井 内动 水 位低 于井壁 动水 位 的现象 称为“ 水 跃 ” ，其 水位 差 值 称 为水 跃 值 。一 般 认 为 ，在 地 下水 位 较低 时洞库 开 挖会 在 洞 库上 方 和 周边 一 定 范 围 内形成 巨大 的 降 落 漏 斗 。地 下 水封 洞 库 洞壁 周 围 的地 下水 位 可 能 降 至洞库底 板 ，洞室 注油 后地 下油 库 中 的油 品将 外逸 。 随 着 地 下 水 位 的 回 升 ， 虽 然 有 部 分 油 品被 重 新 挤 压 回洞 壁 内 ，但 在洞 壁 地 下水 的渗 出 面 以上存 在 一 定 的 “ 死 油 区 ” [ 1 6 3 。基 于许 多 隧道 、矿 坑 、水 井 等工 程 施 工 中 围岩 介 质 内的 水 位 要 高 于 工 程 内部 的水 位 ， 即存在“ 水跃 ”现象 ，徐绍利【1 q 、张秀 山[1 7 1 、李利 青【 I 8 J 等 认 为 地 下 水 封 洞 库 在施 工 期 内也 存 在 水 跃 现 象 。 张秀 山 、李 利 青 等通 过 单 裂 隙平 行板 实 验得 到水 跃 值 与 裂 隙 宽 度 及 地 下 水 位 的 制 约 关 系 为 线 性 关 系 水 跃值 随 隙宽 的增 大 呈 线性 减 小 ；随水 位 高度 的增 大呈 线性 增 大 。张秀 山 、李 利 青 通 过单 裂 隙平 行 板 孔 洞 排水 实 验 模 拟储 油 洞 室上 方 水柱 厚 度 的变 化 规 律 表 明 ．洞 室 上方 水 柱 高 度 随地 下 水位 的增 高呈 直 线 增 大 ，随 隙宽 的增 大 而 减 小 。崔京 浩[ 1 9 】 、李 利 青 利 用 平行 板 实 验模 拟 不 同宽度 裂 隙 、不 同水 位 高 差 下 水油 驱替 的规律 表 明 ，当洞库 区水 源补 给充 分 时 ， 洞 顶 上方 存 在 一定 高 度 水柱 ，从 而水 封 条 件得 以保 证 ； 当 水 源 补 给 不 足 时 ，洞 室 顶 部 水 柱 消 失 ，水 位 逐 渐 降低 ，洞 壁 因发 生 强烈 的水 跃 现象 致使 水 位 不 会 降落 到 洞 室 底 板 ．水 跃 以下 裂 隙处 于 饱 和 状 态 ， 能 够 满足 水 封 条件 的要 求 ，水 跃 以上 裂 隙处 于不 饱 和 区 ，可 能 发 生漏 油 现 象 ，只要 注 油高 度不 超 过 水 跃 值就 不会 发生油 品泄漏 。 国外 对地 下 水 封 洞库 水 封条 件 的研 究 多 为从 细 观 上 进行 单 裂 隙 中油 水 运移 力 学 机制 推 导 ．由于 影 响水 封条 件 的许 多参 数 难 以获 取 ，多采 用保 守 估 计 的方 式得 到 一 种判 别 式 ，但 这 种 估计 保 守程 度 的尺 度 大 小 却无 法测 算 。 国 内对 水 封条 件 的研 究 主要 侧 重 于 对水 跃 现 象模 拟 、油水 界 面 压力 相 互转 化 、相 互 驱替 的现 象模 拟 及 现 象解 释 ．并 认 为 水跃 现 象是 水封 机制 的根 本原 因。 国内基 于室 内实 验 的水封 条件 研究是 一种半定 量结果 ，实际工 程 中洞库 上方水柱存 在与否 及其厚度 、水跃 值产生与 否及其 大小的影 响因 素等都 比实验模 拟要 复杂得多 ，如何将 室 内实验 尺度 的结果 应用 于实 际工程 尺度 ，还 要做进 一步研究 。 1 ． 2水幕 系统 设置 水封 条件 是 油 品泄 漏 与否 的关键 ，水 封 条 件依 W a t e r P o w e r V o 1 ． 3 9 N o ． 1 1 圃 水 仅电 2 01 3年1 1 t J 赖 于水 在 岩体 裂 隙 中流 动 产生 动 态 平 衡 的 渗流 场 效 应 ，而对 渗 流场 的研究 多 依赖 于数 值模 拟 。近年 来 ． 围绕 水 封 洞库 水 封 条 件 、地 下 水 位 变化 和 人工 水 幕 作用 等 ，我 国学 者 开 展 了广泛 研 究 。张 振 刚 、谭 忠 盛等 12 o ] 应 用 F L OW3 D渗 流分 析 软件 对 汕 头 L P G地 下 储库 进 行 了 维 渗 流 场 分 析 ，分 别 模 拟 丫不 同储 气 压力 和 不 同渗透 系 数 条 件 下洞 库 地 下 水 位 下 降和 洞 室涌 水量 ，分 析 了水 幕在 洞库 气 密性 中发 挥 的作 用 。 论 证 了水 幕 系 统 的 有 效 性 。刘 贯 群 等 运 用 Vi s u a l MODF L OW 软件 建 立 了某 地 下 水 封石 油 洞 库 无 水 幕 和有 水 幕 条 件下 j 维 地 下水 数 值 模 型 。模 拟 了地 下 水封 石 油 洞 库周 围 的渗 流场 ，对 洞 库 涌 水量 和 降落 漏 斗 扩 展 变 化 进 行 了 分 析 ，论 证 了 水 幕 系 统 在 保 证 地下 水 封 油库 的储 油 安 全 和保 护 周 同地 下水 资源 方 面起 到 的重 要作 用 。刘 青 勇 等根 据 地 下 水 动 力学 方 法 ，采 用 维 地 下 水 数 值 模 型 MODF L O W 对 山 东 某 地 下水 封 石 洞 油库 地 下 水 漏 斗 的形 成 和 发 展 进行 了 数值 模 拟 和 预测 ，分 析 了洞库 涌水 对 域 地 下水 位 的 影 响 。 巫 润 建 等 对 锦 州 某 地 下 水 封 洞 库 工 程 的 水 文地 质 条 件 、地 下 水 封 石 油 洞 库 、水 幕 系 统 进行 了 概 化 ，应 用 Vi s u a l MODF L OW 软 件 建 立 了 无 水 幕 、 有水 平 水 幕 、有水 平 水 幕 和 垂 直水 幕 3种 条 件 下 的 维地 下 水 渗 流数 值 模 型 ，模 拟 了 3种 条 件 下 的洞 库 渗 流场 ．预 测 r洞 库 周 同的 地 下水 水 位 线 扩 展 和 洞 库 上 方 地 下 水 水 位 线 变 化 情 况 ，论 证 r 『人 工 水 幕 系统 在保 证 地 下水 封洞 库 工 程 的 有效 性 和 储 油 的 安 全 性 以及 保 护 洞库 周 同地 下 水 环境 等 方 面 起 到 的重 要 作 用 。犹 香 智 等I 2 l J 对 黄 岛油 库 水 文 地 质 条 件 和 水 幕 系统 进行 概 化 ，并 采 用 F EF L OW 软件 建 立 了无 水 幕 和 有水 幕 条 件 下 的 i维 数 值模 型 ，对 2种 条 件 下 洞 库 运 营 期 间 的 涌 水 量 和 洞 库 上 方 水 位 变 化 进 行 了预 测 ，对 2种 条件 下 的 渗 流 场 进 行 了 对 比分 析 ， 结 果 表 明 ．有 水 幕 条 件 下 水 封 效 果 较 好 ．保 证 了 地 下 水 封 油 洞 库 的储 油 安 全 。时 洪斌 、刘 保 同[2 2 1 采 用 F L AC 3 D 有 限 差 分 程 序 对 黄 岛 水 封 地 下 储 油 洞 进 行 r开 挖 和 运 行 _丁 况 的 渗 流 场 数 值 模 拟 ． 评 价 了 人 工 水幕 的水 封效 果 ，并估 算 了储 油洞 室 的渗 流量 。 从 水封 条 件 的研 究结 果 来 看 ，地 下水 封 洞 库 库 地 下 水 补 给 越 充 分 ， 洞 室 埋 深 越 大 。 对 形 成 洞 顶 上方 的水 柱 或水 盖 层 越 有 利 。油 品储 存 于 洞 室 内也 就 越安 全 ．但 开挖 洞 室 的费 用也 越 高 。 出于 技 术经 济 上 的考 虑 ，一般 储 油 洞 室埋 深 不 会 很 深 ，为保 证 洞 室 开 挖 后 洞 顶 上 方 有 足 够 的 水 柱 厚 度 以 阻 止 油 气 泄 漏 ．就 需 人 为在 洞 库 上 方 开 挖 人 工 水 幕 。 目前 ， 我 国在 建 或 拟 建 的地 下 水 封 洞 库 规 模 趋 于 大 型 化 ， 其 库 容 均 在 3 0 0万 i n 以 上 。从 现 行 的 洞 库 埋 深 来 看 ，如 此大 规 模 的地下 洞 库开 挖 ，必 然 导致 在 洞 库 上 方 形成 巨 大 的降 水 漏 斗 ，油 气 泄 漏 的 风 险成 倍 增 长 。 GB 5 0 4 5 5 -- 2 0 0 8 地 下 水 封 石 洞 油 库 设 计 规 范 指 出 洞 灌 上 方 宜 设 置水 平 水 幕 ，必要 时 在 相 邻 洞 灌 之 间 或洞 灌 外 侧 应设 置 垂 直 水 幕 系统 ．且 水 幕 系 统 布 置 应 满 足 洞 库 设 计 稳 定 地 下 水 位 的 要 求 规范 对 人工 水 幕 系 统设 置 只有 大 致 的 描述 ，设 置 参 数 表 述 不 够 具 体 。 我 国 学 者 对 地 下 水 封 洞 库 水 封 条 件 的 研 究 也 侧 重 于 对 渗 流 场 的 简 单 模 拟 ，对 有 无 水 幕 系 统 渗 流 场 特 性 的 比 较 以 及 对 水 幕 系 统 布 置 的 必 要 性 的论证 等 ，而 对人 工水 幕 系 统 设 计参 数 缺 乏 必 要 的探 讨 和 系统 研 究 。人 工 水 幕 系统 参 数 【 玎 l主 要 包 括水 幕孔 的 覆 盖 范 同 、水 幕 孔 与 储 油 洞 室 的 距 离 、 水 幕 孔 间距 、水 幕 孔 注 水压 力 等 。人 水 幕 系 统 设 计 参 数 研 究 需 要 评 价 不 同水 文 地 质 条 件 下 不 同地 下 水补 给类 型 、不 同岩 体渗 透 特性 条 件 下人 T水 幕 设 计 参数 对 洞 室水 封 条 件 的 影 响 ．从 而 形 成 对人 1 水 幕设 置参 数 的指 导性 原则 。 1 ． 3涌水 量预 测 与渗 漏控 制 地 下 水 封 洞 库 一 方 面 必 须 借 助 地 下 水 压 形 成 对 储 油 的 封 闭 ， 以 防 止 油 品 外 渗 另 一 方 面 是 同 岩 的 渗透 性 又 不 能 太大 ，岩 体 渗 透性 太 大 将 导致 洞 内 涌 水 量 过 高 ， 在 安 全 的 前 提 下 、应 尽 量 减 少 洞 室 涌 水 量 。 GB 5 0 4 5 5 -- 2 0 0 8规 范 中 指 处 理 后 的 日涌 水 量每 1 0 0万 IT I 库容 不 宜大 于 1 0 0 I l l 。对地 下 水封 洞 库 施 工 期 及 运 行 期 涌 水 量 预 测 需 结 合 小 同 人 丁 水 幕 设 置参数 及 洞库 同岩 的渗 透特 性 开展 。 挪 威 [ 2 4 1 多 年 的 非 衬 砌 洞 室 储 气 经 验 表 明 ，保 证 储 气 洞 库 密 封 性 的 主 要 措 施 是 控 制 地 下 水 水 和 控 制 岩体 的渗 透 性 。控 制 水 可加 大洞 室 埋 深 或设 置 人 工水 幕 ．而 为 防止 在 施 工 期 和运 行 期 地 下水 过 多 地 流 人 洞 室 ， 可 采 用 磨 细 水 泥 进 行 高 压 预 注 浆 控 制 岩 体 的渗透 性 。 由于我 国地 下水 封洞 库 建设 起 步晚 ， 积 累 的 T 程 经 验 较 少 ．关 于 涌 水 量 和 洞 库 渗 漏 控 制 技 术 的 相 关 报 道 比 较 少 见 。 崔 京 浩 对 单 个 洞 库 、 2 个 平 行洞 库 、多个 平行 洞 库 及 四周 有 高压 水 幕 洞 库 采 用 半 无 限含 水 体 假设 ，推 导 丫洞库 涌水 量 的近 似 解 析 式 。 时洪 斌 、刘保 国对 储 油 洞 率 渗 流量 采 用 近 似 解 析 解 与 F L AC 3 D数 值 解 进 行 的 比较 研 究 结 果 表 明 ，两者 涌 水 量 预 测 趋 于 一 致 。赵 喜斌 1 介 绍 _ r汕 头 L P G集 散 中心 工程 海 底储 气 洞 库施 中注浆 止水 控 渗 的做 法 和认识 。 控 制 地 下 水 封 洞 库 同岩 渗 漏 的途 径 主要 为 控 制 岩体 结 构 面 渗水 或 岩 体 裂 隙 渗水 。实 践 表 明 ，地 下 水封 洞 库 裂 隙 渗漏 控 制 需 采取“ 分 彤 辩证 ，分 而 治 之 ” 的策 略 才 能取 得 较 好 的堵 水 效 果 。洞库 渗漏 控 帚 39奄 勇暑1l期 5 茯l盂 死 ， 哥 孤 崮 础r 、 水 到 a 厍 U I 口 J 制 应 对 洞 库 库 区典 型 裂 隙形 态及 围 岩地 下 水 渗 出方 式 和形 态 进 行充 分调 查 ，针 对 地 下 水封 洞 库 典 型 的 渗 水 裂 隙 ，对 不 同工 况 下 注 浆 材 料 和参 数 的预 注 浆 和后 注 浆 效果 进 行 试 验 研 究 和对 比分 析 ，总 结 不 同 注浆 方 式 和参 数 对 不 同岩 体 裂 隙 的适 应 性 ，以较 小 的代价 取 得合 理 的洞 库涌 水量 。 1 ． 4 多相介质多场耦合精细化数值模拟 地 下 水 封 洞 库 位 于 地 下 水 水 位 以下 ，油 、水 、 气 多 相 介 质 相 互 作 用 ，应 力 场 和 渗 流 场 相 互 耦 合 ， 人 工 水 幕 系统 与岩 体 裂 隙 天 然 流 场相 互 作 用 ，施 工 爆 破 引 起 围 岩应 力 场 重 分 布 、岩 体 裂 隙 网络 的 重建 进 而影 响 渗 流 场 ，多 种 因素 相 互 影 响 、相 互 耦 合 ， 其 物 理 力 学作 用 机 制 十 分 复 杂 。对 洞 库 水 封 安 全性 的准 确 评 价 在 于对 多 相 介 质 多 场耦 合 条 件 下 渗 流 场 的 精 细 化 模 拟 。 国 内对地 下 水封 洞库 多 场耦合 的研究 偶 有 报道 。 杨 明举 [2 6 】 对 地 下 储 气 洞 库 水 封 机 理 进行 了分 析 ，基 于变 分 原 理建 立 了地 下 水 封储 气 洞 耦 合 模 型 ，推导 了不 同介 质 耦 合 的有 限元 方 程 式 。张 彬 _2 7 l 以 黄 岛 地 下 水 封 油 库 为例 ．基 于 流 固耦 合 理 论 应 用 多 物 理场 直 接耦 合 的高级 仿 真 模 拟软 件 COMS OL Mu h i p h y s i c s 对 地 下 水 封 油 库 的 1组 洞 罐 的应 力场 和渗 流 场 进 行 稳 态 模 拟 ，分析 在 地 下 洞 室 开挖 前 后 及 有 无 人 工水 幕 的情 况 下地 下 水 水 位 、孔 隙水 压 力 及 围岩 应力 场 的变 化 ，并 提 出相 关 建 议 。赵 乐 之 建 立 了黄 岛地 下 水 封 洞 库 工 程 数 值 模 型 ，基 于流 固耦 合 分 析 理 论 ， 采 用 有 限 差 分 软 件 F L AC 3 D 分 析 了 饱 和 水 状 态 下 渗 流场 对 洞 库周 围 围岩 应 力 、位移 变 形 和 孔 隙 水 压 力 的影 响 ，并 确定 合 理 的水 封 方 案 和最 优 的水 封 巷 道 高 度 。李 术 才 [ 1 基 于流 固耦 合 理 论 ，采用 离 散 单 元 法 ．在 室 内试 验 和 现 场 监 测 的基 础 上 ，并结 合参 数 反 分 析 理论 。对 大 型 地 下 水 封油 库 节 理 、裂 隙 岩体 应 力一 渗 流耦 合性 质 进行 了分 析 ，获 得 了大 型地 下水 封 油库 水 封性 和 稳定性 特 征 。 同 内 对地 下 水 封 洞库 多 相 介 质 多 场耦 合 的研 究 主要 集 中 于 流 固耦 合 ． 即渗 流场 和应 力 场耦 合作 用 下 的 围 岩 稳 定 性 。 实 际 上 ，地 下 水 封 洞 库 一 般 建 造 在 岩 体 完 整 性 相 对 较 好 的 花 岗 岩 或 片 麻 岩 地 区 ，洞 室 一 般 不存 在 整 体 稳 定 性 问题 ，施 工 期 围岩 多为 局 部 稳 定性 问题 。 因此 ．多 场耦 合 问题研 究关 注 的焦 点 应 放 在对 水 封 效 果 的研 究 上 ，即渗 流 场 的水 封 效 果 。对 地 下水 封 洞 库 水 封 效果 的正 确 评估 关 键 在 于 对 地 下 水 封洞 库 区域 渗 流场 的精 细 化 模 拟 ，一 个 好 的渗流 数值 模 型应 该解 决 考虑 以下 几个 问题 1 储 油 洞 室 内部 边 界 是 一 个 下 部 为水 垫 层 、 中间 为 油 品 、上 部 为 油蒸 气 的多 相 介 质界 面 ，应 考 虑 油 、气 和水 多相 介 质 的耦 合 过程 ，是 一个 复 杂渗 流 边 界 。 2施 工 期 由于洞 室 的 开挖 ，上方 水 体 向洞 内 逐渐 排 出 ．岩体 裂 隙水 从 洞 室 边墙 向远离 洞 壁 的方 向缓 慢 疏 干 ，属 非 饱 和渗 流 过程 ，而 洞 室边 墙 为 一 自由 渗 出 面 。 3 进 行恒 定流 和非 恒定 流 的模 拟 。 4考虑 洞室施 工 开挖及 排水 过程 。 目前 ．国 内外 渗流 模 拟商 业 程 序 或许 对 以上 某 个 或 2个 方 面能 解 决得 很 好 ，但 能 同时解 决 上 述 问 题 的商 业 软件 比较 少见 ，通 常 在模 拟 时 有针 对 性 的 简 化某 些 过程 进 行 分 析 。 由于 洞 室上 方 水柱 厚 度 对 洞 室边 界 条件 较 为 敏感 ．对 以上某 方 面 进行 简 化 处 理 可 能 会 给 结 果 带 来 较 大 的误 差 。因 此 ，开 发 油 、 水 、气 三 相 介质 压 力 转化 规 律 动 态仿 真 分 析软 件 能 极 大提 高 地下 水 封 洞 库水 封 效 果评 估 的准确 性 。是 今 后 研 究 的 重 要 方 向 。 2 结论 我 国大 型 石 油储 备 地 下水 封 洞 库建 设 对 地 下水 封 洞库 储 油技 术 的研 究 既是 机 遇也 是 挑 战 。通 过 对 我 国 目前 地下 水封 洞库 技术 和理 论研究 现 状 的分析 ， 得 到 以下 几 点 认 识 1 我 国 目前 对 地 下 水封 洞 库 水封 条 件 的 认识 还 不够 深入 ，基 本 上是 采 用 国外 的水 封 准则 ，水封 机 制 从 实 验 研 究 到 应 用 于 实 际 工 程 还 需 进 一 步 深 入 的 研 究 。 2我 国现行 地 下 水 封洞 库 规 范对 人 工 水 幕 设 置 的规 定 还不 够 具 体详 细 ，应 加强 不 同水 文地 质 条 件 下 、不 同岩 体 渗 透特 性 条 件 下人 工 水 幕设 计 参数 对 洞 室 水封 条 件 的影 响评 价 ，形 成 对 人工 水 幕 设置 参 数 设 计 的 指 导 性 原 则 。 3 地 下 水封 洞 库 裂 隙岩 体 渗漏 控 制 无 实 际经 验可 循 ，应 加 强对 注浆 材料 和参数 的现 场试 验研 究 ． 以提 高注浆 堵水 效率 ，为工程 提供 渗漏 控制标 准 。 4 地 下 水封 洞 库 水封 效 果 的 准确 评 价依 赖 于 精 细化 的渗 流数 值模 拟程 序 。 参 考文献 [ 1 ] 郭书太 ，高剑锋 ，陈雪 见 ，等． 锦州某 地下水封洞 库工程地质 条件适宜性分析 [ C] ／ ／ 第 二 屑 全 国 岩 土 与 工 程 学 术 大会 论 文 集 ．武汉 科学 出版社 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