一种地下水封洞库水幕系统评估方法及优化方法与流程

1.本发明涉及地下水封洞库水幕系统技术领域，具体涉及一种地下水封洞库水幕系统评估方法及优化方法。


背景技术：

2.地下水封洞库是指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，利用自然水幕或人工水幕孔注水使洞室周围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。地下水封洞库的工作原理是：由岩体和岩体裂隙中的地下水共同组成一个动态的密闭空间，并在地下水静压大于洞库内介质压力的状况下，实现将介质密封在洞库内。
3.根据国内sht3195-2017《地下水封石洞油库水文地质试验规程》的规定，国内目前主要通过水幕有效性试验来评价洞室与水幕系统之间岩体、水幕孔之间岩体的水压力传递效果，为确定需要进行人工补孔的位置并优化水幕系统提供定量数据。其中水幕有效性试验又分为单孔注水-回落试验和多孔有效性试验，单孔注水-回落试验通过对钻孔进行封堵注水,待流量稳定后停止注水并观察水位回落过程的压力和流量变化,根据压力和流量关系求解水幕钻孔岩体的渗透系数。多孔有效性试验通过对水幕钻孔联合起来进行多阶段的注水、检测工作，按照预先设定的标准,划分出高效率水幕孔以及低效率水幕孔，结合其他补孔条件，指导水幕系统补孔工作；补孔结束后，对增补水幕钻孔进行类似检验，从而逐步优化水幕系统。通过单孔注水-回落试验和多孔有效性试验获得各水幕孔的数据后，可采用水幕孔压力曲线形态分析、各阶段及综合波动指数计算、各阶段异常孔综合分析三种方法进行数据分析，从而判别各水幕孔是高效率水幕孔还是低效率水幕孔。
4.以上三种现有分析方法的缺点在于：压力曲线形态分析法通过与高效率水幕孔标准曲线进行对比判断，没有明确的量化标准。波动指数法通过多个指数是否满足要求进行判断，存在满足其中几个指数但其他指数不满足条件的不确定情况。因此不论是压力曲线形态分析法还是波动指数法均没有量化标准来进行判别，而各阶段异常孔综合分析法还需根据现场具体情况进行分析，存在很大不确定性。为了解决这种判别标准效率低，量化存在困难的问题，亟待提出一种新的地下水封洞库水幕系统评估方法。


技术实现要素：

5.为解决背景技术中现有地下水封洞库水幕系统评估方法判别标准效率低，量化困难的问题，本发明提供了一种地下水封洞库水幕系统评估方法，具体技术方案如下。
6.一种地下水封洞库水幕系统评估方法，包括如下步骤：
7.将水幕孔在多孔有效性试验中作为观测孔时的孔内稳定压力值与压力阈值比较：若孔内稳定压力值小于压力阈值，判定该水幕孔为低效率水幕孔，否则判定该水幕孔为高效率水幕孔。
8.优选地，所述压力阈值为洞室内储气压力的0.4-0.6倍。
9.基于相同的发明构思，本发明还提供一种地下水封洞库水幕系统优化方法，包括如下步骤：
10.s1、获取水幕孔在多孔有效性试验中作为观测孔时的孔内稳定压力值；
11.s2、将水幕孔的孔内稳定压力值与压力阈值比较：当孔内稳定压力值小于压力阈值时，判定该水幕孔为低效率水幕孔，否则为高效率水幕孔；
12.s3、对所述低效率水幕孔进行周边补孔；
13.s4、针对补孔执行步骤s1－s3，直至该地下水封洞库水幕系统中所有水幕孔的孔内稳定压力值均大于压力阈值。
14.优选地，所述压力阈值为洞室内储气压力的0.4-0.6倍。
15.由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明以明确的压力阈值作为判别标准对水幕孔运行效率进行判断，提高判别效率，可操作性强，并对水幕系统中的低效率水幕孔提出有效的补孔措施。
附图说明
16.图1为水幕孔水头损失情况示意图；
17.图2为多孔有效性试验第二、三阶段各异常孔稳定压力分布图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
19.实施例1
20.一种地下水封洞库水幕系统评估方法，包括如下步骤：
21.将水幕孔在多孔有效性试验中作为观测孔时的孔内稳定压力值与压力阈值比较：若孔内稳定压力值小于压力阈值，判定该水幕孔为低效率水幕孔，否则判定该水幕孔为高效率水幕孔；所述压力阈值为洞室内储气压力的0.4-0.6倍。
22.水幕孔可视为平面点源、空间线源，而水幕巷道则相当于定水头边界。在压力作用下，水幕孔内水流沿周围岩体节理裂隙进行水力传输时，在水力传输路径、周围岩体粗糙度等因素的影响存在不同程度的水头损失，使得水幕孔内水流向周围岩体传输时的效率降低，水头损失越大，压力消散越快，则水幕孔传递效率越低，地下洞室的水封性能越无法保障，反之亦然。在均匀介质、理想条件下，水幕孔水头损失情况如图1所示，从图中可以看出两个供水孔周围岩体的压力曲线大体呈椭圆形，水幕孔传递效率自水幕孔位置沿地下洞室方向逐渐降低，两水幕孔中点处水头损失最大。按照注水孔—观测孔—注水孔的水幕孔布置进行水幕孔传递效率评估，其中观测孔的压力变化可用于评估地下水流在两个相邻注水孔间的水头损失。理想条件下均匀介质中注水孔中的水流至相邻观测孔的水头损失是逐步下降的，根据最不利原则，若观测孔处的压力水头满足水封性要求，即观测孔内的压力值大于设定的压力阈值，则对应的注水孔可被认为是高效率水幕孔，反之可被认为是低效率水幕孔。
23.多孔有效性试验中观测孔(第二、三阶段的关闭孔)测得的压力值若大于压力阈值，储油产生的气体将被封住在水幕孔高程以下，该水幕孔视为高效率孔；若小于压力阈值，该水幕孔视为低效率孔。后续可通过补孔的方式增加其连通后的压力值，直至达到压力
阈值。
24.目前国内暂无明确的压力阈值获取方法，本项目依托实际工程已有研究成果，采用反推法进行压力阈值的分析计算，从国内已建气库采用的波动指数与压力阈值增减系数取值反推压力阈值。国内已建气库参数推导见下表1：
25.表1国内已建气库参数汇总表
[0026][0027]
从表推导中可以看出：气库水幕试验时压力阈值标准相当于洞室内储气压力的0.5倍左右。考虑到国内地下水封石油洞库水幕系统研究较少，结合不同洞库水文地质的差异，压力阈值标准按保守值取0.6。
[0028]
地下水封洞库库址内地下水位稳定，洞库区具有覆盖整个库区的地下水为地下水封洞库水封性良好的一个判别标准。但是大库容的洞库，规模较大，施工周期长，开挖储油洞室时，易形成地下水降落漏斗。洞顶在降落漏斗以内形成的油气会从地下水疏干的岩体裂隙跑向地面，造成油气泄漏。当储油时，已形成的大面积的降水漏斗，只靠大气降水补给，需很长时间，在遇到干旱地面无降水情况，洞库库顶形成的漏斗很难恢复地下水位，会造成长期油气泄漏。但通过水幕系统在施工期以及运行期对地下水进行补给，抑制库区地下水进一步下降，可以避免降落漏斗的形成。因此高效率的水幕系统也是地下水封洞库水封性良好的一个判别标准。
[0029]
以下为在建的湛江国家石油储备地下水封洞库的部分试验分析实例(压力阈值为0.08mpa)：
[0030]
(1)根据各孔作为观测孔时的稳定压力值，得到试验第二、三阶段各异常孔稳定压力分布图(图2)。可以看出在试验第二、三阶段水幕孔d120、f224、f228、b245、b247、b249、d125孔内稳定压力均低于压力阈值，这些水幕孔均可判定为低效率孔。
[0031]
(2)针对孔内稳定压力略微大于等于压力阈值的水幕孔a167、f225、f226、f227、f229，结合单孔注水—回落试验的水幕孔压力回落曲线和渗透系数的判别结果进行综合分析，分析情况如表2所示。
[0032][0033]
从单孔注水—回落试验分析结果可以看出，水幕孔f225、f226、f227渗透等级均为弱透水，周围岩体渗透性较好。从多孔有效性试验分析结果可以看出，根据多孔有效性试验压力曲线形态分析结果，除a167为正常孔，其余孔均为潜在低效率孔，但整体压力变化曲线
仍符合标准曲线；根据各阶段波动指数计算结果，除a167为潜在低效率孔，其余孔均为低效率孔，存在影响孔内压力消散、汇集的可能性；而f226、f227作为观测孔时的稳定压力均等于压力阈值0.08mpa，水力传输过程中，存在不满足水封性的可能性。综合以上分析，水幕孔a167、f225、f229可认定为正常孔，f226、f227可认定为低效率孔，可依据两侧水幕孔判别情况考虑是否增补水幕孔。
[0034]
目前，sht 3195-2017《地下水封石洞油库水文地质试验规程》中对于单孔-注水回落试验以及多孔有效性试验的成果综合分析中，记录了单孔注水-回落试验的压力回落曲线、以及多孔有效性试验的压力标准曲线以及波动数值。对于渗透系数以及压力阈值的取值并未有定量规定标准作为低效率水幕孔的判别标准，本技术方案参考水电工程规范以及总结实际工程经验，提出了明确的压力阈值取值作为低效率水幕孔的判别标准，结合sht 3195-2017《地下水封石洞油库水文地质试验规程》规定对单孔-注水回落试验以及多孔有效性试验的成果进行综合分析，明显提高了判别效率。
[0035]
实施例2
[0036]
一种地下水封洞库水幕系统优化方法，包括如下步骤：
[0037]
s1、获取水幕孔在多孔有效性试验中作为观测孔时的孔内稳定压力值；
[0038]
s2、将水幕孔的孔内稳定压力值与压力阈值比较：当孔内稳定压力值小于压力阈值时，判定该水幕孔为低效率水幕孔，否则为高效率水幕孔；所述压力阈值为洞室内储气压力的0.4-0.6倍；
[0039]
s3、对所述低效率水幕孔进行周边补孔；
[0040]
s4、针对补孔执行步骤s1－s3，直至该地下水封洞库水幕系统中所有水幕孔的孔内稳定压力值均大于压力阈值。
[0041]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。