武漢巖土所鹽巖變幅循環加載損傷演化規律研究獲得進展

時間:2022-04-18

  能源是人類賴以生存及支撐社會文明進步的重要物質基礎,更是一個國家經濟發展的命脈。油氣儲備是季節性調峰、應急供應和保障國家能源安全的關鍵。鹽巖由于其良好的流變性、低滲透性和損傷自恢復等特性,被廣泛用于地下能源儲備(天然氣、石油、壓縮空氣、氫氣、氦氣等)和廢棄物地質處理,地下鹽穴在長期運行過程中由于鹽巖的蠕變會發生持續性的收縮并引起地表沉降。

  中國科學院武漢巖土力學研究所油氣中心楊春和院士團隊長期致力于能源地下儲備的研究,利用巖石高溫高壓蠕變儀,開展了含應力間隔的鹽巖疲勞試驗;基于連續損傷力學理論,建立了鹽巖含恒應力間隔的循環荷載下損傷演化模型;通過聲發射監測和CT掃描分別損傷評價和裂縫分布規律研究。結果表明:在含應力間隔的循環荷載下,鹽巖的損傷演化分為初始、等速和加速三個階段;應變能密度的相對變化可用來定量表示鹽巖循環加載過程中的損傷變化;鹽巖在含應力間隔的循環荷載后的裂縫分布為幾條主裂縫和若干微小裂縫。該研究為江蘇金壇和淮安、湖北潛江和應城、山東泰安、河北寧晉等地的天然氣儲氣庫和壓縮空氣儲能電站建設提供了重要參考。

  相關研究成果發表于Rock Mechanics and Rock Engineering、Journal of Petroleum Science and Engineering、Engineering Fracture Mechanics等期刊。第一作者為博士生趙凱,通訊作者為馬洪嶺副研究員。研究工作獲得國家優秀青年科學基金(No. 52122403)、國家自然科學基金(Nos. 51874273, 51874274)、中國科學院B類先導科技專項培育項目(No. XDPB21)、中國科學院戰略性C類先導科技專項(No. XDC10020300)等的資助。

  論文鏈接1:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410521011578?via%3Dihub

  論文鏈接2:https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-020-02342-6

  論文鏈接3:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013794421005944?via%3Dihub

 

圖1 含應力間隔的變幅循環荷載下鹽巖應力-應變曲線圖

 

圖2 含應力間隔的變幅循環荷載下鹽巖損傷演化曲線圖

 

圖3 含應力間隔的變幅循環荷載下鹽巖不同截面裂縫分布圖

(文/圖 油氣中心)

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