黄岛油库渗流数值模拟

黄岛油库渗流数值模拟1/17目录黄岛油库的工程背景黄岛油库的基本工作原理黄岛油库的数学建模渗流量的计算及相关结果分析数值模拟的目的和意义2/17黄岛油库的工程背景金属罐储油地下水封油库储油露在地面埋于地下缺点：金属罐容易腐蚀，导致原油泄漏。优点：对地质条件的要求不高。埋于地下，用水封住原油缺点：对地质条件要求高。优点：存储安全方便，节省大量的钢材。国内外使用水封油库的现状：（1）国外情况①水封油库最早出现在瑞典等欧美国家。②在韩国、日本、中东等地也建有很多地下水封岩洞油库。韩国建有四个地下洞库，总库容1830万m3。日本建有3座地下洞库，总库容500万m3。（2）国内情况①山东黄岛地下水封油库，1976年建成，库容积15万m3。②浙江象山地下水封油库，1976年建成，库容积4万m3。③汕头地下水封LPG库④宁波地下水封LPG库由于黄岛地质条件较好，故而选择了地下水封油库3/17黄岛油库的基本工作原理地下水封油库应具备两个条件：一是密封；二是具有一定的强度，以保证油品不渗不漏，不易挥发。工作原理：当储油洞库开挖形成后，周围岩石中的裂隙水就向被挖空的洞室流动，并充满洞室。在洞室中注入油品后，油品周围会存在一定的压力差，因而在任一油面上，水压力都大于油压力，使油品不能从裂隙中漏走。同时利用油比水轻以及油水不能混合的性质，流入洞内的水则沿洞壁汇集到洞底部形成水床，并由水泵抽出。这就是水封油库的原理。4/17图2黄岛油库的基本工作原理5/17数值模拟的目的和意义一、计算渗流量以便于决定排水能力，选择水泵的类型。二、计算出水位的动态变化过程数值模拟可以较好地模拟水封油库岩体渗流场的变化和洞库区地下水位变化过程，为水封石油洞库工程中水幕系统的合理决策提供参考依据。6/17黄岛油库的数学建模内容提要：一、实际工程中油洞的尺寸二、模型选取的尺寸三、模型控制方程的选取和边界条件的设定一、实际工程中油洞的尺寸储油洞室长度：根据可用岩体范围，储油库规模，储油洞室的组数等来确定，一般情况500～1000m。储油洞室的断面形状:如图3所示地下水位距离库顶的距离可取：20m～25m储油洞室净间距：综合考虑埋深、地应力大小、围岩条件、断面形状等因素，确保洞室之间岩体有足够宽度的非破坏区，一般取洞室跨度的1.5～2.0倍。图37/17黄岛油库的数学建模二、模型尺寸的选取储油洞室长度：取500m。储油洞室的断面形状:如图4所示。地下水位距离库顶的距离：取25m。储油洞室净间距：30m选取洞室和洞室周围的岩体作为研究对象，分析渗流量。模型选取了单洞和双洞两种情况来分析，尺寸见图5和图6O1O2O320m30m80°图48/17黄岛油库的数学建模图6双洞尺寸单位：m图5单洞尺寸单位：m9/17黄岛油库的数学建模三、模型控制方程的选取和边界条件的设定模型控制方程的选取：由于油库周围岩体的渗流是从非饱和到饱和的过程，因此，选用的控制方程是理查德方程。边界条件的设定：洞库库壁处设为定压边界0.1MPa。模型上边界设为大气边界即压强为0。模型左右边界设为随深度变化的定压边界即54.64-y。模型下边界设为不流动边界10/17渗流量的计算及相关结果分析图711/17渗流量的计算及相关结果分析图812/17渗流量的计算及相关结果分析图913/17渗流量的计算及相关结果分析图1014/17渗流量的计算及相关结果分析渗透量的计算：时间(a)单洞渗流量(m^3/d)双洞渗流量(m^3/d)11088113155074981036636515308305202732652524624030228224020040060080010001200151015202530单洞渗流量(m^3/d)双洞渗流量(m^3/d)渗流量随时间变化渗流量（m^3/d）时间（年）表1图10表1中只计算了30年内的流量变化值，事实上，渗流量随着时间的增长一直在减小，直到1000年之后才稳定在59m^3/s,这个值附近。15/17渗流量的计算及相关结果分析结果可靠性分析中国地质大学的犹香智等人在2010年也做了青岛黄岛油库的渗流量模拟其模拟结果见图11。[3]将图10和图11做对比可知：①本文模拟的渗流量在稳定之后（即15年之后）基本与犹香智的结果吻合。②本文模拟的渗流量前期（0-15年）较犹香智偏大。图11020040060080010001200151015202530单洞渗流量(m^3/d)双洞渗流量(m^3/d)渗流量随时间变化渗流量（m^3/d）时间（年）图10参考文献：[3]犹香智陈刚胡成黄岛地下储油库渗流场模拟地下水2010,32（2）16/17式中符号的意义同上，计算出渗流量为45.62m^3/s。其中，k为渗透系数去10-8m/s,L为洞室长度取500m，H设计地下水位至洞库底板的距离取55m，r0为洞室半径取10m，d为洞室直径取20m，m为转换系数一般取0.86。由此计算得到渗流量为47.8m^3/s.渗流量的计算及相关结果分析结果可靠性分析一、在天然状态下，采用大岛洋志等[4]人推荐的估算方法，洞室渗流量或涌水量可按式（1）计算：（1）参考文献：[4]许建聪地下水封油库围岩地下水渗流量计算岩土力学2010,31（4）002()(4()/)kLmHrQInHrd二、《铁路工程水文地质勘测规范》（TB10049-96）[4]，计算式为（2）式：（2）002km(r)/(2/1)QLHInhr本文模拟得到稳定后的结果为59m^3/s，比上述两种算法略微偏大。17/17