賈善坡，楊建平， 譚賢君，王越之(.長(zhǎng)江大學(xué) 巖土力學(xué)與工程研究中心，湖北 荊州，4402；2.中石油華北油田勘探開發(fā)研究院，河北 任丘，062552；.中國(guó)科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢，4007)

?

考慮滲流?應(yīng)力耦合作用的層狀鹽巖界面裂縫擴(kuò)展模型研究

賈善坡1,2，楊建平3， 譚賢君3，王越之1
(1.長(zhǎng)江大學(xué) 巖土力學(xué)與工程研究中心，湖北 荊州，434023；2.中石油華北油田勘探開發(fā)研究院，河北 任丘，062552；3.中國(guó)科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所，湖北 武漢，430071)

摘要：針對(duì)中國(guó)地下油氣儲(chǔ)庫(kù)建設(shè)中所出現(xiàn)的含夾層鹽巖問題，基于黏結(jié)裂縫模型，構(gòu)建一種可以考慮層狀鹽巖地層界面啟裂、裂隙擴(kuò)展和流體滲漏的黏結(jié)單元，導(dǎo)出地層界面損傷演化方程、裂隙擴(kuò)展準(zhǔn)則以及縫內(nèi)流體流動(dòng)方程，建立考慮滲流?應(yīng)力耦合作用的層狀鹽巖界面裂縫擴(kuò)展模型，通過典型算例驗(yàn)證模型的有效性。研究層狀鹽巖地層界面啟裂與裂隙擴(kuò)展過程。研究結(jié)果表明：地層的滲透性和裂縫面漏失系數(shù)對(duì)地層界面裂隙擴(kuò)展有明顯影響，地層滲透性系數(shù)越小，地層開裂程度越大；而裂縫面漏失系數(shù)越大，地層開裂程度越弱，但流體滲漏程度加大。

關(guān)鍵詞：層狀鹽巖；儲(chǔ)氣庫(kù)；裂縫擴(kuò)展；滲漏；有限元

為了克服地上油氣儲(chǔ)備的不足，許多國(guó)家利用地下鹽穴儲(chǔ)存油氣。鹽巖被公認(rèn)為是油氣儲(chǔ)存的理想介質(zhì)，用于國(guó)家戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備和商業(yè)油氣儲(chǔ)備。與國(guó)外大量存在的“鹽丘型”儲(chǔ)層條件不同，我國(guó)鹽巖地層的基本特點(diǎn)是鹽巖層多、單層厚度小，鹽巖體中一般含有眾多夾層。盡管鹽巖本身的滲透率極低，但由于鹽巖在造腔和運(yùn)營(yíng)過程中受交變載荷影響，導(dǎo)致腔體圍巖的滲透率提高，同時(shí)夾層還存在變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生層面滑動(dòng)，使得層狀鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)可能存在滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此，密封性成為儲(chǔ)氣庫(kù)安全評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)層狀鹽巖滲透性研究剛剛起步，尤其對(duì)層狀巖鹽的滲透性和含夾層的鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的滲漏研究甚少。HUNSCHE[1]提出了損傷擴(kuò)容準(zhǔn)則，認(rèn)為當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)處于壓縮?擴(kuò)容邊界之上時(shí)，鹽巖損傷程度不斷增強(qiáng)，鹽巖的滲透系數(shù)增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。P OPP等[2?3]測(cè)試了鹽巖在三軸加載過程中的滲透率演化和超聲波速變化，對(duì)加載過程中鹽巖微裂隙擴(kuò)展演化進(jìn)行了研究；李銀平等[4]基于鹽巖?硬石膏界面力學(xué)特性室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鹽巖層鉆孔高壓壓水試驗(yàn)，對(duì)云應(yīng)地區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)密閉性進(jìn)行了研究。梁衛(wèi)國(guó)等[5]認(rèn)為鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)在運(yùn)行過程中由于鹽巖和夾層間存在力學(xué)差異和變形不協(xié)調(diào)對(duì)鹽穴密封性的影響比較顯著，提出了多夾層鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)極限運(yùn)行壓力的計(jì)算方法。黃小蘭等[6]從現(xiàn)場(chǎng)氣密性測(cè)試、鹽巖及夾層掃描電鏡試驗(yàn)等多方面對(duì)潛江地區(qū)層狀鹽巖天然氣儲(chǔ)庫(kù)密閉性進(jìn)行了研究。周宏偉等[7]對(duì)湖北云應(yīng)含夾層鹽巖進(jìn)行了滲透性測(cè)試，測(cè)得的滲透率范圍為10?16～10?18m2。彭瑞東等[8]借助可以進(jìn)行原位加載下實(shí)時(shí)觀測(cè)的 SEM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)載荷作用下層狀鹽巖開裂破壞時(shí)的裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行了研究，探討了層狀鹽巖破壞的細(xì)觀機(jī)制。張耀平等[9]建立了層狀鹽巖等效邊界滲漏模型和層狀鹽巖固?氣耦合模型，但這些模型無法反映夾層界面的開裂及其對(duì)滲透性的影響。含夾層鹽巖內(nèi)建造鹽穴油氣儲(chǔ)庫(kù)是一項(xiàng)艱巨的工程，不僅要考慮夾層不協(xié)調(diào)變形所引起的層間裂隙擴(kuò)展、溶腔穩(wěn)定性問題，而且要充分考慮夾層及層面裂隙的滲透性所引起的密封性問題，因此，夾層和層間裂隙的滲漏是評(píng)價(jià)含夾層鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)密封性的重要指標(biāo)。本文作者在張耀平等[9]研究基礎(chǔ)上，采用以節(jié)點(diǎn)位移和孔隙壓力為自由度的黏結(jié)單元，建立滲流?應(yīng)力耦合作用下層狀鹽巖界面裂縫擴(kuò)展模型，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值模擬，研究層狀鹽巖裂縫擴(kuò)展過程及流體滲漏規(guī)律。

1層狀鹽巖界面裂縫擴(kuò)展模型

1.1地層界面本構(gòu)關(guān)系

地層界面裂縫擴(kuò)展通過黏結(jié)單元來描述，啟裂前界面應(yīng)力?應(yīng)變滿足彈性關(guān)系：

式中：t 為界面應(yīng)力矢量；tn，ts和 tt分別為法向和 2個(gè)切向承受的應(yīng)力，其中下標(biāo)n，t和s分別為單元的法向和2個(gè)切線方向單元，分別對(duì)應(yīng)于Ⅰ型斷裂、Ⅱ型和Ⅲ型斷裂；K為單元?jiǎng)偠染仃?；εn，εs和 εt分別為法向和 2個(gè)切向應(yīng)變。界面破壞起始是指地層剛度開始惡化，目前有多種判定準(zhǔn)則，例如最大應(yīng)變準(zhǔn)則、平方應(yīng)變準(zhǔn)則、最大應(yīng)力準(zhǔn)則、平方應(yīng)力準(zhǔn)則等。采用平方應(yīng)力準(zhǔn)則來描述層狀鹽巖的啟裂行為[10]，當(dāng)界面3個(gè)方向承受的應(yīng)力與其對(duì)應(yīng)臨界應(yīng)力的比值的平方和達(dá)到1時(shí)，單元開裂并擴(kuò)展，即

地層界面的本構(gòu)關(guān)系可表示為黏結(jié)力 t 與局部坐標(biāo)系下位移Δ之間的關(guān)系函數(shù)：

現(xiàn)有的一些本構(gòu)關(guān)系都是唯象的，是通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗(yàn)公式例如梯形關(guān)系、線性?拋物線關(guān)系、指數(shù)關(guān)系、雙線性關(guān)系等。ALFANO[11]對(duì)它們進(jìn)行比較計(jì)算，認(rèn)為雙線性模型能夠兼顧計(jì)算精度和計(jì)算效率的要求。本文選用雙線性本構(gòu)關(guān)系(見圖1)：

圖1　黏結(jié)單元雙線性本構(gòu)關(guān)系Fig.1　BilinearConstitutive equation forCohesive element

式中：D 為損傷變量；K 為罰剛度；n?，s?和t?分別為地層界面的法向和2個(gè)切向位移。

1.2地層界面損傷演化準(zhǔn)則

在混合加載模式下，地層界面的損傷演化準(zhǔn)則定義為以位移變化的形式：

其中：?0為地層界面啟裂位移；?f為界面失效位移；Dt為損傷變量隨時(shí)間的變化量，0≤Dt≤1，當(dāng) λ ＞ ?0時(shí)，發(fā)生啟裂；當(dāng)λ ≥ ?f時(shí)，Dt= 1，材料完全斷裂；黏結(jié)力 tn=ts=tt=0。黏結(jié)裂縫模型示意圖見圖2。

圖2黏結(jié)裂縫模型示意圖Fig.2Diagram ofCohesive model for hydraulic fracture

式(6)中0?是起始破壞時(shí)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的張開量，是由起始破壞準(zhǔn)則決定的。采用平方應(yīng)力準(zhǔn)則時(shí)單元起始破壞對(duì)應(yīng)的張開量為

其中：β3為混合模式率，

1.3裂縫界面流體運(yùn)動(dòng)模型

應(yīng)力對(duì)裂隙滲流場(chǎng)的影響主要是改變了裂縫的寬度，從而使裂縫的滲透性發(fā)生變化。以往在研究裂縫滲流時(shí)僅考慮流體沿著裂縫切向流動(dòng)[12]，本文定義流體除了可以沿著裂縫切向流動(dòng)外，還可以橫穿裂縫面滲流。

流體在裂縫內(nèi)的切向流動(dòng)采用牛頓流公式進(jìn)行描述。流體流動(dòng)依賴于隨時(shí)間 t 變化的裂縫張開度 w，用方程表示為[13]

式中：qs為流體沿裂縫切向的流量；w=?n為界面裂縫張開度；μf為流體的黏性系數(shù)；pf為流體壓力。

流體沿裂縫面法向的流量qn，包括流體流進(jìn)單元上下表面的流量之和，即

式中：q1和q2分別為流體進(jìn)入單元上、 下表面的流量；c1和c2分別為單元上、下表面濾失系數(shù)；p1和p2為單元上、下表面孔隙壓力。

1.4地層不連續(xù)界面的模擬

使用無厚度黏結(jié)單元模擬地層界面開裂問題的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒘押土严稊U(kuò)展2個(gè)過程統(tǒng)一在1個(gè)模型中進(jìn)行計(jì)算；另外，黏結(jié)單元可以方便地嵌入到地層單元之間，計(jì)算效率高。下面以平面6節(jié)點(diǎn)滲流?應(yīng)力耦合黏結(jié)單元(見圖3)為例進(jìn)行說明。圖3中，節(jié)點(diǎn)1，4和 5位置重合，節(jié)點(diǎn) 2，3和6 位置重合；節(jié)點(diǎn)1～4用于描述裂隙的變形和裂縫面滲漏，其自由度為位移和孔隙壓力；節(jié)點(diǎn)5 和6 用于描述裂隙內(nèi)流體流動(dòng)，其自由度僅為流體壓力。

圖3　考慮流?固耦合效應(yīng)的零厚度裂縫單元Fig.3　Zero-thicknessCrack element with hydro-mechanicalCoupling

考慮地層孔隙壓力和變形非線性特點(diǎn)，并與界面模型相配合，在裂隙可能發(fā)展區(qū)域(四邊形等參單元之間)預(yù)先布置黏結(jié)單元，見圖4。通過黏結(jié)單元的位移模擬裂紋的張開與閉合，黏結(jié)單元外部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1～4)與地層單元連接，并且與臨近的地層單元公用節(jié)點(diǎn)[14]。

圖4裂縫單元與周圍地層單元連接示意圖Fig.4Diagram ofConnectingCohesive elements to neighboring elements

2　計(jì)算模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模型的有效性，以典型的裂隙擴(kuò)展算例進(jìn)行對(duì)比分析[15]。巖石為非滲透介質(zhì)，x 軸為裂隙擴(kuò)展方向(圖5)，模型周邊法向位移約束，具體計(jì)算參數(shù)見表1。注入流體流量為Q0=0.001m3/s，計(jì)算結(jié)果如圖6～8所示。對(duì)于張開位移和裂縫長(zhǎng)度，其數(shù)值解與理論解較吻合；對(duì)于注入壓力，在巖石開裂之后其數(shù)值解與理論解大致吻合。開裂前存在一定的差別，這主要是數(shù)值計(jì)算的初始條件引起，注入點(diǎn)初始水壓為0 MPa，流體注入預(yù)設(shè)的黏結(jié)單元后，壓力迅速增加導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展；隨著裂隙逐漸向深部延伸，壓力逐漸降低并趨于穩(wěn)定。該算例表明：采用本文方法處理地層界面開裂問題是可行的，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多場(chǎng)耦合計(jì)算。

表1　計(jì)算參數(shù)Table1　Main parameters forCalculation

圖5　數(shù)值驗(yàn)證模型Fig.5　Testing model

圖6　裂縫張開度的理論解與數(shù)值解比較曲線Fig.6　Comparison ofCrack opening between numerical and analytical solution

圖7　裂縫長(zhǎng)度的理論解與數(shù)值解比較Fig.7　Comparison ofCrack length between numerical and analytical solution

圖8　注入壓力的理論解與數(shù)值解比較曲線Fig.8　Comparison of injection pressure between numerical and analytical solution

3 工程應(yīng)用

3.1計(jì)算模型及參數(shù)

儲(chǔ)氣庫(kù)投入運(yùn)行前要經(jīng)過密封性試驗(yàn)，重點(diǎn)針對(duì)地質(zhì)因素的密封性進(jìn)行檢測(cè)。密封性測(cè)試方法是向腔體注水憋壓，通過觀測(cè)壓力變化和液體漏失情況判斷是否存在腔體漏失(圖9)。計(jì)算模型長(zhǎng)度為1.0 m，寬度為0.4 m；右邊界和底邊界法向位移約束，上邊界施加地應(yīng)力10 MPa，左邊界施加內(nèi)壓10 MPa；在節(jié)點(diǎn)A處施加流量邊界。計(jì)算參數(shù)如表2所示。

圖9　計(jì)算模型示意圖Fig.9　Sketch of physical model

表2層狀鹽巖計(jì)算參數(shù)Table1　Main parameters forCalculation of salt rock with interlayer

3.2地層非滲透條件下計(jì)算結(jié)果

將層狀鹽巖看作非滲透介質(zhì)，流體僅沿著裂縫單元切向流動(dòng)，計(jì)算結(jié)果如圖10～11所示。

當(dāng)?shù)貙咏缑鎽?yīng)力達(dá)到啟裂條件后，流體迅速進(jìn)入裂縫中，流體僅沿著裂隙開裂方向滲漏。圖10所示為地層裂縫張開度隨隨時(shí)間的變化曲線。從圖10可見：在0～5 s內(nèi)，注入流量逐步增加到5.0×10?6m3/s，地層界面啟裂，裂隙張開速率隨時(shí)間逐漸增大；在5～10 s 內(nèi)，注入流量保持恒定，裂隙張開度隨時(shí)間呈線性增大趨勢(shì)；在10～15 s內(nèi)，注入流量逐步減小到0 m3/s，裂隙張開速率隨時(shí)間逐漸減?。辉?5～20 s 內(nèi)，注入流體流量為0 m3/s，裂隙停止擴(kuò)展。

圖11所示為注入壓力隨時(shí)間的變化曲線。從圖11可見：儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)壓隨著流體的注入而逐漸增大，當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到10.5 MPa時(shí)，地層界面啟裂；此后，注入壓力趨于穩(wěn)定值10.3 MPa，裂隙逐漸向深部擴(kuò)展。通過分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)裂隙失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)，儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)壓并不下降，裂隙內(nèi)流體壓力基本是全水頭(儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)壓一致)，因而裂隙一旦失穩(wěn)，就會(huì)很快擴(kuò)展。

圖10　裂隙張開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.10　Relationship amongCrack opening displacement,rate of flow and time

圖11　注入壓力隨時(shí)間的變化曲線Fig.11　Variation of injection pressure with time

3.3地層滲透條件下計(jì)算結(jié)果

將層狀鹽巖看作滲透介質(zhì)，泥巖滲透系數(shù)為1.0×10?9m/s，孔隙度為 0.06；鹽巖滲透系數(shù)為8.418×10?10m/s，孔隙度為0.01?？紤]流體沿著裂隙面法向滲漏，漏失系數(shù)為5.87×10?13m3/(Pas)，初始孔隙壓力為5.0 MPa。

圖12所示為考慮地層滲透條件下裂隙張開度沿裂縫長(zhǎng)度的變化曲線。從圖12可見：5 s后裂隙張開度為0.011mm，10 s后裂隙張開度為0.052 mm，15 s后裂隙最大張開度為0.034 mm。由于考慮了地層的滲透性，在0～10 s內(nèi)，裂隙是逐步擴(kuò)展的，而在10～20 s內(nèi)，注入流量減小導(dǎo)致裂縫逐漸閉合。

圖13所示為考慮地層滲透條件下裂隙張開度隨時(shí)間的變化曲線。從圖13可見：考慮地層為滲透介質(zhì)時(shí)，隨著流體的注入，地層界面在4s 時(shí)啟裂，12 s時(shí)裂隙張開度達(dá)到最大值，此后，由于流體注入量減少致使裂隙逐步趨于閉合。通過比較地層是否滲透可以發(fā)現(xiàn)：考慮地層滲透時(shí)裂隙擴(kuò)展情況明顯與非滲透時(shí)不同，裂隙的長(zhǎng)度和張開度均明顯小于非滲透性條件的計(jì)算結(jié)果。由此可見：在研究?jī)?chǔ)庫(kù)流體滲漏機(jī)理時(shí)，地層及其界面的滲透性不可忽視。

圖12裂隙張開度沿裂縫長(zhǎng)度的變化曲線Fig.12Variation ofCrack opening displacement across fracture length

圖13　不同地層條件下裂隙張開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.13　Relationship betweenCrack opening displacement and time under different formationConditions

圖14 所示為考慮地層滲透條件下注入壓力隨時(shí)間的變化曲線。從圖14 可見：當(dāng)注入壓力達(dá)到10.34 MPa時(shí)，地層界面啟裂；此后，裂隙逐步擴(kuò)展，注入壓力趨于穩(wěn)定值10.29 MPa。另外，注入流量減小致使注入壓力明顯下降，流體進(jìn)入裂隙的阻力增大，裂隙逐漸閉合。

圖14地層滲透條件下注入壓力隨時(shí)間的變化曲線Fig.14Variation of injection pressure of permeable formation with time

圖15所示為流體滲漏量隨時(shí)間的變化曲線。從圖15可見：在0～5 s內(nèi)，滲漏速率隨時(shí)間的增大逐漸增大；在5～17.4 s內(nèi)，流體滲漏量基本上隨時(shí)間呈線性增大趨勢(shì)；在17.4 s后，由于裂隙完全閉合，流體不再滲漏。

圖15　流體滲漏量隨時(shí)間的變化曲線Fig.15　Relationship between amount of leakage and time

3.4裂縫法向滲漏對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響

計(jì)算條件與 3.3 節(jié)中的相同，僅改變裂縫的法向漏失系數(shù)，分 別取漏失系數(shù)為5.87×10?12，5 .87×10?13和 5.87×10?14 m3/(Pa·s)進(jìn)行研究，計(jì)算結(jié)果如圖16和圖17所示。

圖16所示為不同漏失系數(shù)下注入壓力隨時(shí)間的變化曲線。從 圖16可見：漏 失系數(shù)對(duì)裂縫內(nèi)的流體壓力有明顯影響；當(dāng)漏失系數(shù)較低時(shí)，隨著注入流體的增加，流體沿法向漏失量較小，縫內(nèi)流體壓力迅速增加，裂縫逐漸擴(kuò)展；若漏失系數(shù)較大，則沿法向滲漏，流體壓力下降明顯，達(dá)不到界面啟裂條件。

圖17所示為不同漏失系數(shù)下裂隙張開度隨時(shí)間的變化曲線。從圖17可見：當(dāng) 漏失系數(shù)為5.87×10?12m3/(Pa·s)時(shí)，無裂隙產(chǎn)生；當(dāng)漏失系數(shù)為 5.87×10?13 m3/(Pa·s)時(shí)，在0～12 s內(nèi)，裂隙張開度逐漸增大，最大值為0.056 mm；此后，由于注入流量的減小，裂隙逐漸閉合；當(dāng)漏失系數(shù)為5.87×10?14m3/(Pa)時(shí)，在0～14 s內(nèi)，裂 隙張開度逐漸增大，最 大值為0.112 mm；此后，盡管注入流量為0 m3/s，裂隙一直處于張開狀態(tài)。因此，裂縫法向漏失系數(shù)對(duì)地層界面裂隙擴(kuò)展的影響不可忽視。

圖16　不同漏失系數(shù)下注入壓力隨時(shí)間的變化曲線Fig.16　Variation of injection pressure with different leakageCoefficient

圖17　不同漏失系數(shù)下裂隙張開度隨時(shí)間的變化曲線Fig.17　Variation ofCrack opening with different leakageCoefficient

4 結(jié)論

1)基于黏結(jié)裂縫模型，構(gòu)建了以節(jié)點(diǎn)位移和孔隙壓力為自由度的無厚度地層界面單元，利用單元?jiǎng)偠韧嘶瘉砟M裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展。通過得到剛度損傷變量D即可以得到相應(yīng)狀態(tài)下單元的剛度，進(jìn)而得到單元的應(yīng)力、整個(gè)破壞過程的裂隙張開度與長(zhǎng)度。

2)基于損傷力學(xué)、斷裂力學(xué)和滲流力學(xué)理論，導(dǎo)出了地層界面損傷演化方程以及裂縫內(nèi)流體流動(dòng)方程，提出了考慮滲流?應(yīng)力耦合作用的層狀鹽巖界面裂縫擴(kuò)展模型。該模型可以考慮地層界面啟裂、裂縫擴(kuò)展和流體滲漏，并通過算例進(jìn)行了考證，驗(yàn)證了模型的有效性。

3)層狀鹽巖裂縫內(nèi)流體的法向漏失對(duì)裂縫內(nèi)的流體壓力有明顯影響。當(dāng)漏失系數(shù)較低時(shí)，流體主要沿裂縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)擴(kuò)散，裂縫內(nèi)流體壓力迅速增加，裂縫擴(kuò)展；當(dāng)漏失系數(shù)較大時(shí)，縫內(nèi)流體壓力因?yàn)榱黧w法向滲漏而逐漸下降，裂縫擴(kuò)展速度和程度均明顯降低。

4)本文提出的模型可用于煤層氣開采、 油氣開采領(lǐng)域的儲(chǔ)層水致裂分析以及地下儲(chǔ)氣(油)庫(kù)、CO2地質(zhì)封存等巖石力學(xué)工程領(lǐng)域的蓋層完整性評(píng)價(jià)方面。

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(編輯 陳燦華)

Analytic model for interfaceCrack propagation of salt rock with interlayer underCoupled mechanical-hydrological environment

JIA Shanpo1,2, YANG Jianping3, TAN Xianjun3, WANG Yuezhi1
(1.ResearchCenter of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Yangtze University,Jingzhou 434023,China? 2.Exploration and Development Research Institute of Huabei Oilfield,China National PetroleumCorporation,Renqiu 062552,China? 3.Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071,China)

Abstract:According to the reality of bedded rock salt andClay interlayer for oil or gas storage inChina,theCohesive element built in bedded salt rock was used to simulate the initiation,propagation and fluid seepage resulted from hydraulic loading by theCohesive zone model.The damage evolution equation,crack propagationCriterion and fluid flow equation of interlayer were established.Based on the fluid-solidCoupling theory of rock,theCoupled interfaceCrack propagation model of salt rock with interlayer was put forward and a typical example of application was presented to verify the validity of the model.Then,theCrack propagation process of saltCavern was studied and the influence law of pore pressure,injection pressure andCrack propagation was discussed in differentConditions.The results show that the permeability of rock and leakageCoefficient ofCrack has significant effects on theCondition ofCrack propagation.TheCondition ofCrack aggravates with low permeability of rock and reduces with high leakageCoefficient.

Key words:bedded rock salt? storageCavern?Crack propagation? seepage? finite element

中圖分類號(hào)：TE822

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672?7207(2016)01?0254?08

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2016.01.035

收稿日期：2015?01?10；修回日期：2015?03?08

基金項(xiàng)目(Foundation item)：湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015CFB194)；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M551055)；巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(Z013007)(Project(2015CFB194)supported by the Natural Science Foundation of Hubei Province? Project(2014M551055)supported byChina Postdoctoral Science Fund? Project(Z013007)supported by the Open Research Fund of State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering)

通信作者：賈善坡，博士(后)，副教授，從事巖石力學(xué)與工程的教學(xué)與研究工作；E-mail: jiashanporsm@163.com