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原文传递地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析系统及方法

专利名称：	地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析系统及方法
摘要：	本公开提供了一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析系统及方法，本公开为地下水封储油库水幕系统设计施工运营三个阶段提供方法依据，结合地质勘查资料和已有相关研究案例，并在室内试验中获取方案所需的相关参数数据。通过有限元分析方法快速精准地缩小水幕系统具体参数选区范围，确定最终设计施工方案准确省时，可行性强，漏油率低。
专利类型：	发明专利
申请人：	山东大学
发明人：	薛翊国;宁泽旭;刘轶民;李广坤;孔凡猛;公惠民
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010006401.3
公开号：	CN111157346A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	李琳
分类号：	G01N3/12;G01N3/24;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12;G01N3/24
申请人地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17923号
主权项：	1.一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：包括以下步骤： (1)对库址区岩石试样进行采样，进行三轴压缩试验和结构面剪切渗流耦合试验，获得岩石力学参数和结构面相关参数； (2)根据水文地质和工程地质勘察报告，及试验和计算所得的岩石力学参数，采取工程类比法参考国内外已建成项目参考案例，对水幕系统进行初设计，给定大致参数范围，内容包括水幕孔布孔方式，水幕孔长度、间距、数量，水幕孔与储油洞室高度差以及水幕压力； (3)进行有限元分析，基于已得到的参数数据和地质资料，及库址区所处的压力渗流场情况，建立多个多物理场耦合仿真模型，对提出的多种水幕系统设计参数进行模拟计算； (4)基于有效性判断依据-垂直水力梯度准则，判断所计算的水幕参数的可行性，若某项参数范围全部不可行，说明选取的参数范围与真实需要有较大偏差，先前案例不宜参考，返回(2)重新选取范围，直至确定最终施工方案； (5)竣工后继续对储油库周围的渗水压力进行一段时间的监测，收集时序监测值以对运营期的油库状态进行检测； (6)对收集的时间序列数据进行线性预测，采用指数平滑法建立合理的估算公式，对未来渗水压力变化趋势进行预测，预测结果与后期测得真实值进行比较，验证预测结果； (7)结合施工期和运营期的水文监测数据以及未来运营期预测数据，对水幕系统参数做出实时调整。 2.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(1)中，选取的岩石力学参数包括硬度、密度、表面粗糙度、弹性模量、泊松比、节理剪切刚度和水力开度，力学参数通过对爆破法开挖出的随机形状岩块试验测试获得，其中硬度采用施密特回弹仪快速测得；密度根据岩块质量和体积快速计算获得；表面粗糙度通过粗糙度仪对岩石试样制得的圆柱体试样测定获得；弹性模量、泊松比采用RLW–500型岩石三轴仪开展的岩石室内三轴试验获得；节理剪切刚度、水力开度通过室内结构面剪切渗流耦合试验计算获得。 3.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(1)中，三轴压缩试验和各岩石力学参数试验根据国家标准GB/T 50266-2013进行；或，所述步骤(4)中，地下水封储油库的施工程序根据国家标准GB 50455-2008进行。 4.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(3)中，有限元分析需考虑边界条件和初始条件，并最终通过求解微分方程，从而确定水头的分布；渗流场的模拟计算参考达西公式：k代表介质渗透系数；γ代表水的重度；p代表孔隙水压力；vi代表地下水渗流流速；z代表垂直坐标；xi代表沿x方向距离。 5.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(3)中，建立多物理场耦合仿真模型尺寸均以施工设计为准，介质参数和物理场施加按照勘察报告进行设定；库址区围岩视为多孔介质，渗流场基本方程为：Sa代表介质储藏系数；Qs代表体积源项；Φ代表岩体介质的孔隙率；t代表时间；μ代表地下水流速矢量；岩体介质渗透系数为非线性，且孔隙率和渗透系数之间满足关系式为：k0代表介质初始渗透系数张量；模型初始静水压力分布为P0＝ρgh，运营期根据主洞室充油时的油压分布为P＝ρgh。 6.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(4)中，密封有效性判据采用垂直水力梯度准则，只要垂直水力梯度(I0)大于1，即孔隙水压力大于岩石自重应力，便可以确保存储室密封。 7.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(5)中，对渗水压力进行长期监测，具体方法为竣工运行前在测压孔内分高程各安装埋设多支渗压计，即分层分段埋设渗压计。 8.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(6)中，指数平滑法基本公式为：其中St是时间t的平滑值，a是平滑因子，0＜a＜1，反映了不同时间道的数据在指数圆滑过程中所占的比重，其确定公式为：其中ω表示前期数据所占权重的百分比；n表示移动步长；Yt是时间t的观测值，St-1是时间t-1的平滑值；根据不同指数n取1，2，3，分别对应一次指数加权平滑、二次指数加权平滑以及三次指数加权平滑。 9.如权利要求1所述的一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析方法，其特征是：所述步骤(7)中，通过监测数据和预测数据可以找到地下储油库所述渗流场的分布规律，一旦出现监测异常或预测数据异常，改变水幕压力或工作状态水幕孔的数量。 10.一种地下水封储油库水幕系统设计及修正的分析系统，其特征是：包括：参数获取模块，被配置为根据水文地质和工程地质勘察报告，及试验和计算所得的岩石力学参数，采取工程类比法参考国内外已建成项目参考案例，对水幕系统进行初设计，给定大致参数范围，内容包括水幕孔布孔方式，水幕孔长度、间距、数量，水幕孔与储油洞室高度差以及水幕压力；有限元分析模块，被配置为进行有限元分析，基于已得到的参数数据和地质资料，及库址区所处的压力渗流场情况，建立多个多物理场耦合仿真模型，对提出的多种水幕系统设计参数进行模拟计算；判定模块，被配置为基于有效性判断依据-垂直水力梯度准则，判断所计算的水幕参数的可行性，若某项参数范围全部不可行，说明选取的参数范围与真实需要有较大偏差，先前案例不宜参考，重新选取范围，直至确定最终施工方案；监测模块，被配置为对储油库周围的渗水压力进行一段时间的监测，收集时序监测值以对运营期的油库状态进行检测；预测模块，被配置为对收集的时间序列数据进行线性预测，采用指数平滑法建立合理的估算公式，对未来渗水压力变化趋势进行预测，预测结果与后期测得真实值进行比较，验证预测结果；调整模块，被配置为结合施工期和运营期的水文监测数据以及未来运营期预测数据，对水幕系统参数做出实时调整。
所属类别：	发明专利