Напряженное состояние окрестности эксплуатируемых осесимметричных полостей-газохранилищ

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОКРЕСТНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ПОЛОСТЕЙ-ГАЗОХРАНИЛИЩ

Аршинов Г. А. - к. ф.-м. н.

Кубанский государственный аграрный университет

Исследуется распределение напряжений вблизи эксплуатируемых осесимметричных полостей-газохранилищ различной конфигурации. Рассматривается модель режима эксплуатации.

Рассмотрим одну из схем режима эксплуатации (рис. 1) осесимметричного газохранилища, заложенного в массиве каменной соли на глубине 1000 м. В начальный момент времени (ґ=0), соответствующий точке А (рис. 1),

г%

давление хранимого газа составляет Р1 = 20кг / см . Через полгода оно повышается до 105 кг / см2 и по истечении следующего полугодия снижается до исходного (точка Е на рисунке 1).

Р

С В

А

В

Е___Е

*•

Рисунок 1 - Схема изменения давления газа в хранилище

Для исследования зависимости напряженного состояния эксплуатируемых подобным образом газохранилищ необходимо знание законов деформирования каменной соли в различных циклических режимах нагружения и разгрузки. Экспериментально установлено, что циклические нагрузки не влияют на физико-механические свойства галита.

Предполагая неизменность механических свойств каменной соли в упомянутом режиме эксплуатации газохранилища и учитывая быстротечность процесса релаксации напряжений, будем считать, что при повышении давления газа в полости ползучесть окружающей толщи каменной соли определяется лишь соответствующими приращениями напряжений, а при понижении давления до исходной величины массив переходит в первоначальное состояние, т.е. напряжения, вызванные догрузкой, снимаются.

На основе этих предположений методами конечных элементов и упругих решений исследовалось напряженное состояние вблизи осесимметричных эксплуатируемых газохранилищ, заключенных в толще каменной соли (рис. 2). Уравнения, связывающие напряжения и деформации, были приняты в виде

Ееу

2— 0

с параметрами Е = 299х 103кг/см2; п =0,3; а =0,73; Б = 6х 10-6(кг/см2)~2ча-1

(объемный вес галита у = 2,16 х 10 -3 кг / см3) [1].

Результаты расчета напряжений сведены в таблицу. Как и следовало ожидать, свободная от нагрузки полость вызывает более высокую начальную (=0) концентрацию напряжений по сравнению с заполненной газом под давлением 20 кг/см2 (колонка А таблицы). В процессе релаксации (участок АВ

рисунка 1) упругие напряжения вблизи хранилищ трансформируются и к концу полугодия (точка В рисунка 1) достигают практически стабильных значений, указанных в колонке В таблицы.

N

‘,777’

1 Ось симметрии полости

г

''?/ /—. ^ у ^ у у х > 'у—

Расстояние от оси симметрии доточен массива

Рисунок 2 - Схема к расчету осесимметричного нефтегазохранилища, заключенного в массиве каменной соли

В этот момент давление газа в полости мгновенно повышается до 105

кг / см2 (точка С рисунка 1), в результате чего меняется напряженное состояние окружающего массива галита (колонка С таблицы), и в целом концентрация напряжений ослабевает. С течением времени (0,5 года) поле напряжений,

соответствующее догрузке в 85 кг / см2, порождает новый процесс ползучести вмещающей толщи каменной соли, и к концу года (точка Б рисунка 1) напряжения достигают значений, указанных в колонке Б таблицы (размерность напряжений кг / см 2).

После снижения давления до 20 кг / см2 устанавливается напряженное состояние, соответствующее точке В, остающееся неизменным в промежутке времени Е¥ (рисунок 1).

Рассмотренный цикл изменения напряженного состояния эксплуатируемого газохранилища повторяется при последующих аналогичных колебаниях внутреннего давления газа в полости.

Список литературы

1. Ержанов, Ж. С. Ползучесть соляных пород / Ж. С. Ержанов, Э. И. Бергман. - Алма-Ата : Наука, 1977.

Таблица - Влияние режима эксплуатации на напряженное состояние газохранилищ

Влияние режима эксплуатации на напряженное состояние газохранилища

Ф, градус ґ=0

°Р ° г ^ гр аР ° г °е ^ гр аР ° г °е ^ гр аР ° г °е ^ гр

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Шаровая полость

0 -343 - 63 -343 29 -200 - 71 -200 36 -158 -150 -158 9 -232 -152 -232 16

18 -286 - 90 -307 69 -165 -81 -186 45 -136 -136 -148 14 -179 -142 -188 22

36 -224 -154 -297 104 -141 -127 -190 54 -138 -152 -156 9 -165 -164 -190 24

54 -154 -526 -295 100 -130 -150 -194 52 -157 -144 -161 8 -167 -170 -193 23

72 - 92 -228 -301 63 -89 -174 -186 42 -142 -143 -161 14 -146 -180 -187 22

90 - 62 -318 -314 0 - 67 -200 -187 0 -143 -155 -147 0 -142 -196 -189 0

108 - 93 -285 -305 -64 - 91 -176 -189 -42 -145 -146 -153 -15 -148 -182 -190 22

126 -157 -230 -302 -102 -133 -153 -198 -52 -160 -148 -164 - 9 -170 -173 -196 -23

154 -232 -159 -308 -107 -154 -131 -1% -55 -141 -157 -161 -10 -169 -168 -195 -25

172 -298 - 93 -319 - 71 -171 - 83 -192 -46 -141 -138 -152 -15 -184 -144 -193 -23

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Эллипсоидальная полость

0 -424 - 83 -424 62 -195 - 64 -195 40 -116 -153 -116 3 -226 -151 -226 13

11 -208 -169 -348 116 -121 - 90 -173 63 -122 -107 -113 12 -157 -135 -172 30

22 -104 -208 -328 81 - 68 -126 -169 46 -116 -126 -120 10 -129 -154 -172 22

36 - 76 -220 -330 39 - 73 -144 -192 22 -133 -139 -143 5 -137 -166 -190 10

59 - 58 -225 -335 18 - 53 -142 -185 15 -122 -136 -135 7 -124 -164 -186 9

90 - 47 -223 -345 - 2 - 41 -138 -182 0 -114 -130 -129 0 -113 -163 -184 0

121 - 59 -241 -337 -19 - 56 -144 -189 -14 -124 -134 -140 - 6 -127 -166 -189 - 8

144 - 77 -237 -335 -40 - 76 -148 -199 -22 -136 -141 -152 - 5 -140 -169 -197 -10

158 -108 -219 -341 -85 - 70 -128 -177 -48 -118 -129 -128 -13 -131 -157 -179 -24

171 -220 -177 -368 -122 -130 - 91 -184 -67 -132 -109 -123 -17 -165 -137 -182 -34

180 -450 - 87 -450 - 66 -208 - 67 -208 -42 -127 -156 -127 - 2 -238 -153 -238 -16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Цилиндрическая с шаровыми торцами полость

0 -357 - 54 -357 37 -190 - 46 -190 33 -230 -131 -230 14 -229 -130 -229 14

11 -266 -120 -324 106 -149 - 87 -185 58 -171 -142 -187 27 -171 -142 -186 27

22 -145 -230 -310 91 -111 -160 -201 47 -154 -175 -195 21 -154 -175 -194 21

33 - 66 -224 -329 31 - 74 -162 -198 22 -139 -177 -196 12 -139 -177 -195 12

52 - 50 -217 -344 13 - 42 -133 - 182 10 -118 -161 -184 6 -118 -161 -183 6

90 - 43 -226 -358 0 - 36 -130 -184 0 -114 -158 -186 0 -114 -158 -185 0

128 - 50 -220 -353 -13 - 44 -135 -186 - 9 -120 -163 -188 - 5 -120 -163 -187 5

147 - 69 -252 -346 -32 - 79 -168 -209 -22 -144 -184 -206 -12 -144 -183 -205 -12

158 -155 -242 -332 -97 -119 -167 -215 -49 -162 -183 -207 -23 -162 -183 -206 -23

169 -288 -128 -352 -114 -162 - 92 -200 -63 -182 -147 -199 -32 -182 -147 -199 -32

180 -390 - 56 -390 -40 -204 - 49 -204 -36 -242 -134 -242 -17 -240 -131 -240 -17

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Цилиндрическая полость с шаровой потолочиной и плоским основанием

0 -360 - 58 -360 39 -182 - 55 -183 35 -134 -138 -134 3 -221 -139 -221 15

12 -226 -119 -322 104 -144 - 87 -176 56 -121 -128 -129 9 -165 -142 -178 26

24 -148 -232 -309 92 -112 -172 -198 46 -141 -162 -157 5 -154 -186 -192 20

34 - 67 -251 -330 28 - 85 -174 -208 25 -149 -156 -159 12 -149 -186 -205 15

54 -51 -215 -351 7 - 45 -125 -191 10 -117 -125 -135 7 -120 -154 -192 7

90 - 43 -207 -371 5 - 36 -113 -193 1 -116 -116 -129 1 -114 -147 -193 0

126 - 49 -210 -363 3 - 42 -126 -192 0 -115 -129 -132 - 2 -118 -158 -193 - 1

146 - 55 -229 -341 - 3 - 64 -163 -202 - 8 -135 -159 -152 - 7 -136 -185 -202 6

156 -295 -312 -346 -109 -240 -252 -264 -55 -220 -225 -212 - 9 -238 -239 -227 -26

168 -222 - 31 -200 - 18 -161 - 41 -151 -26 -155 -122 -152 -13 -179 -122 -171 -12

180 -148 - 34 -148 - 8 -135 - 36 -135 -11 -172 -141 -172 - 5 -197 -140 -197 0