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周期性荷载及温度作用下盐穴氢气储库围岩损伤与渗透演化机制研究

批准号:
52074046
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘伟
依托单位:
学科分类:
矿山开采工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
盐穴大规模储氢是实现可再生能源调峰的重要手段。利用我国层状盐岩储氢时,盐穴围岩受到复杂的周期性应力、温度及高压氢气渗透的共同作用,而氢气比天然气分子更小,更易渗透和扩散,储库的风险更大,认清围岩的损伤与渗透演化规律是实施安全储氢的前提和关键。对此,本项目紧密围绕层状盐岩盐穴氢气储库围岩的损伤与渗透演化机制这一关键科学问题开展系统研究。首先,进行层状盐岩化学稳定性及封闭指标分析,揭示地层对氢气的可储性及围岩封闭性。其次,实施周期性应力-温度作用下的层状盐岩损伤演化的宏细观研究,建立其力学耦合模型与破坏判据。然后,开展不同周期性氢气压气作用下的层状盐岩渗透试验,提出渗透演化的理论模型与渗漏致灾标准。最后,结合模型的二次开发及不同调峰工况的盐穴储氢模拟,探明各工况下围岩的长期稳定性与密闭性,形成储氢的运行方案优化与围岩安全调控理论。成果将为我国盐穴大规模储氢的选址、设计及运营等提供指导。
英文摘要
Large-scale hydrogen storage in the salt caverns is an important way to achieve peak adjustment of renewable energy. In the case of hydrogen storage in the cavern of bedded salt rock in China, the wall rock is affected by complex periodic stress, temperature and high-pressure hydrogen permeation. But hydrogen has smaller molecules than natural gas, and is easier to seepage and diffuse, so the salt cavern face much greater risk and difficult for hydrogen storage. The investigation of the damage and permeation evolution characteristics of cavern wall rock is the prerequisite and key issue to ensure the safety for hydrogen storage in salt cavern. For this reason, this project focuses on the key scientific problem of damage mechanism and permeation evolution of cavern wall rock of hydrogen storage in bedded salt rocks. Firstly, the mineral chemical stability and sealing index of the bedded salt rock will be analyzed to reveal the hydrogen storability of the formation and the sealing property of cavern wall rock. Secondly, the macroscopic and microscopic study of the damage evolution of bedded salt rocks under the action of periodic stress-temperature will be carried out, and the coupled mechanical model and failure criteria would be established. Thirdly, the permeation test of the bedded salt rock under different periodic hydrogen pressures will be carried out, and the theoretical model of permeation evolution and the criteria of leakage would be put forward. Finally, combined with the secondary development of the models and the simulation of hydrogen storage under different peak adjustment conditions, the long-term stability and tightness of the wall rock of hydrogen storage cavern under different working conditions will be verified, and the optimization method of the operation scheme of hydrogen storage and the safety control theory of wall rock would be formed. The results will provide theoretical guidance for the site selection, operation and safety evaluation of large-scale hydrogen storage in the salt cavern in China.
盐穴大规模储氢是实现可再生能源调峰的重要手段,其具有极高的能量密度是压气蓄能的25倍,且具有大规模储存、安全性高和成本低等优势,对推动可再生能源发展、实现能源转型、提升能源安全和推动氢能经济具有重要意义,是未来清洁能源体系的重要组成部分。考虑到我国大部分盐矿为层状盐岩,本项目紧密围绕层状盐岩盐穴氢气储库围岩的损伤与渗透演化机制这一关键科学问题开展系统研究。综合采用现场地质调查、室内试验、理论分析、数值模拟及优化评价等方法,对某盐矿矿区地质构造和微观结构进行了研究,明确拟建盐穴储氢库矿区地质构造简单、圈闭性良好,并初步选取建库目标层位。为保证项目的顺利进行,自主研制配套安全保障设施的氢气专用岩芯孔渗测试仪,开展氢气在层状盐岩典型岩性试样中的渗透性测试。研究了注采周期和注采速率对围岩热应力的影响,得出注采过程中围岩热应力变化规律,揭示周期性应力与温度共同作用下的层状盐岩损伤演化机制。针对我国层状盐岩氢气储库,研究了氢气在层状盐岩中的渗漏特征,提出建设层状盐穴储氢库须满足的围岩渗透特性,建议当单个盐穴用于储存H2时,夹层渗透率应小于1×10-17m2,当H2储存在两个或多个盐穴中时,应小于1×10-18m2。针对复杂地质条件下盐穴储氢库运行的长期稳定性,提出了一种用于定量评估SCHS在不同工作条件下的稳定性的评估系统,建立了适用于层状盐岩储氢的运行方案优化与围岩安全调控的理论。研究成果将为我国盐穴大规模储氢的选址、设计及运营等提供指导。
盐岩气垫法采卤造腔的溶腔扩展规律与控制机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘伟
  • 依托单位:
盐穴储气库薄互层岩体顶板封闭性机制研究
  • 批准号:
    51604044
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘伟
  • 依托单位:
基于结构性购置补贴的中国BOP群体新产品采纳行为分析与产品创新决策研究
  • 批准号:
    71372139
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘伟
  • 依托单位:
面向在线大规模定制客户需求表达和满足方法研究
  • 批准号:
    70872122
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    刘伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金