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伴随着世界经济的高速发展,不可再生能源问题日趋严重,各国对于国家能源储备体系的建立越来越来重视,既保障了国家社会经济的安全,又是对突发事件的应对的必要手段,更可以有效抑制油价上涨,使供求关系稳定。
我国作为一个发展中国家,能源需求十分庞大,石油消耗与日俱增,而我国现如今地下石油资源开采出现瓶颈,同时国民经济的持续快速发展,使我国对石油的依赖程度也急速提高,导致我国从国外大量进口石油,中国的石油需求增长占世界石油需求增长的三分之一,成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。由此建立必要的国家能源战略储备是非常必要的。
我国能源储备能力明显落后于工业发达国家,对我国经济长期稳定的快速发展产生了严重的资源制约作用。由此我国在未来需要大量的石油能源储备,石油储备的方式主要分为地上油罐和地下洞库储备,地下洞库储备与地上油罐储备相比,具有占地少、投资少、损耗少、污染小、运营管理费用低、安全性能高、装卸速度快等优点,更有利于储备。由此越来越多国家采用这种储油方式,美国、日本、德国、芬兰、瑞典、法国等国都己建成并投入运营。原油储备计划在我国也得也实施,计划在沿海地区建立大型地下油库储备。
地下储油洞库的建设的关键技术难点在于对库区工程地质条件和水文地质条件的调查,尤其是水文地质条件中地下水渗流场的了解,对洞库施工,和后期运营以及其水封效果,启到至关重要的作用。
地下水封储油洞库技术特点就是利用储油洞室周围形成的地下水压比洞室内油压大。在进行水封式地下岩洞设计时,保持储洞的液密、和正确预测涌水量是两个重要的课题,也是水封理论的基本问题。
通过单纯的水文实验的手段无法清楚的了解地下水流场,只有结合数值模拟这方法才能更好的了解库区水文地质条件,数值模型对这些特征有相对合理的表征,是对真实地下水系统的仿真和模拟。对更好得了解库区地下水渗流场是一个很好的方法。
本论文在对国家石油储备黄岛地下水封洞库工程项目的水文地质专题研究的基础上完成的。国家石油储备黄岛地下水封洞库工程项目是目前国内首例正在实施的地下原油储备库建设项目,因此对于该项目的水文地质专题研究显得尤其重要。
本文首先介绍了国内外地下水封石油洞库发展现状,和国内外对地下水封石油洞库的研究进展,同时也阐述了国内外在地下水数值模拟方面的研究进展,之后详细的分析了研究区的水文气象条件、地质条件、水文地质特征,介绍了该地下水封石油洞库的工程概况。
为预测黄岛地下水封油库洞库运营期间洞库涌水量和研究设置水幕的必要性,本文在对研究区的水文地质调查和相关地质资料的详细分析的基础上,确定研究区水文地质特征,对研究区水文地质条件和地下水封石油洞库、水幕系统进行概化,确定研究区的水文地质概念模型以及研究区地下水渗流场数学模型。
本文利用FEFLOW软件,对洞库研究区分别建立无水幕和有水幕条件下的三维地下水数值模型,模拟地下水封石油洞库区的渗流场,利用所建模型预测两种条件下,洞库在各施工阶段和运营期5年、10年、15年、20年、25年、30年时典型剖面水头分布情况,同时计算了两种条件下各时段涌入地下水封石油洞库的涌水量、区域地下水降落漏斗扩展情况及洞库上方水位变化情况等。通过对两种条件下洞库施工期和运营期的涌水量、漏斗扩展、洞库上方水位变化情况对比分析,分析了水幕系统在保证储油安全及保护地下水资源方面的重要作用,说明了设置水幕系统在地下水封石油洞库中的必要性。
另外用特殊情况下,就是研究区连续多年没有降水补给的情况下,两种条件下洞库运营期洞库上方水位变化情况,更进一步说明了设置水幕系统在地下水封石油洞库中的必要性。对比结果显示出,相对于无水幕条件,有水幕条件下有力保证洞库的水封条件,水封效果较好,有力的保证了地下水封石油洞库的储油安全。