摘要：基于变质量热力学原理,建立盐穴储气库注采过程中的工程热力学分析数学模型,给出了单个注气和采气过程中温度和压力随时间变化的解析解,作为数值模拟的边界条件。根据金坛储气库的基本数据和盐岩实验研究参数,利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立单腔盐穴注采过程的温度-应力耦合模型,模拟恒定注采速率下盐腔围岩的拉伸损伤、剪切损伤和膨胀损伤分布情况,研究夹层和热应力对围岩损伤的影响。基于热应力理论,结合模拟结果分析盐穴储气库注、采气过程中围岩的热损伤机理。模拟结果表明:在热应力存在的情况下,夹层的存在促进了围岩损伤的产生,无夹层时围岩无损伤发生,有夹层时围岩存在损伤;注气过程和采气过程的损伤发生位置存在差别:注气过程损伤多发生在夹层附近的盐岩中,采气过程损伤多发生在夹层中;膨胀损伤的范围最广,且损伤范围覆盖了前2种损伤,因此实际生产过程中推荐使用膨胀损伤判据,损伤评价结果更为保守。

关键词：盐穴储气库 数值模拟 热工分析 热损伤 夹层 

单位：清华大学能源与动力工程系; 北京100084; 中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室; 北京102249; 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室; 湖北武汉430071