پایداری مغار سنگی با نرم‌افزار FLAC3D، برای طراحی اولیه مخزن زیرزمینی ذخیره‌سازی گاز فشرده شهر اردبیل

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ه) قزوین

2 دانشگاه بین‌المللی امام‌خمینی (ه) قزوین

3 دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

امروزه ذخیره‌سازی گاز طبیعی در فضاهای زیرزمینی به عنوان یک راهکار اساسی جهت کنترل بازار مصرف به ویژه در ماه‌های سرد سال مورد توجه بسیار قرار گرفته است. بدین منظور روش‌های متعددی جهت ذخیره‌سازی زیرزمینی گاز استفاده می‌شود که عبارت‌اند از: ذخیره‌سازی در میدان‌های تخلیه‌شده نفت و گاز، آبخوان‌ها (سفره‌های آب زیرزمینی)، حفریات نمکی، حفریات سنگی (حفریات سنگی آستردار یا بدون آستر) و معادن متروکه که انتخاب هر کدام از این روش‌ها با توجه به ویژگی‌های ژئومکانیکی و هیدرومکانیکی منطقه از قبیل نفوذپذیری، تخلخل، تراز سفره آب زیرزمینی، مقاومت فشاری و کششی سنگ و نیز فشار داخلی گاز ذخیره‌شده صورت می‌گیرد. در این تحقیق ضمن بررسی شرایط زمین‌شناسی مهندسی، هیدروژئولوژی و ژئومکانیکی سنگ‌های محدوده موردنظر (منطقه اردبیل) بهترین روش ذخیره‌سازی گاز فشرده‌شده تعیین شد. ارزیابی‌ها و بررسی‌های اولیه نشان می­دهد که ذخیره‌سازی، در هر دو حالت حفریات سنگی بدون آستر و با آستر، امکان‌پذیر است. با به دست آوردن خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ منطقه موردمطالعه، عمق قرارگیری مغار بدون آستر حداقل 235 متر و مغار با آستر 81 متر، تخمین زده شد. در این میان ایجاد حفریات سنگی با آستر از اولویت بیشتری برخوردار است. برای تحلیل پایداری مخزن ذخیره‌سازی از روش عددی استفاده گردید و با توجه به عدم وجود ناپیوستگی، نرم‌افزار FLAC3D انتخاب شد. نتایج تحلیل نشان می‌دهد که جابجایی‌های اطراف مغار با آستر قبل و بعد از تزریق گاز کمتر از جابجایی‌های بحرانی به‌دست‌آمده از روابط ساکورایی است. در نتیجه مغار ذخیره‌سازی پایدار خواهد بود و امکان ذخیره‌سازی گاز در این مغار با فشار داخلی 2 مگاپاسکال میسر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Preliminary Design of cavern for Underground Compressed Gas Storage in Ardebil City using Flac3D Software

نویسندگان [English]

  • Hossein Imani 1
  • Mehdi Hosseini 2
  • Hossein Jalalifar 3
1 Imam Khomeini International University
2 Imam Khomeini International University
3 Shahid Bahonar University of Kerman
چکیده [English]

Today, natural gas storage in underground is received much attention. It is a fundamental technique to control consumption particularly during the cold months of the year. For this purpose, several methods are used for underground storage of gas, such as reservoirs, aquifers, salt caverns, rock caverns (lined or unlined) and abandoned mines. Each of these methods is selected according to the geo-mechanical and hydro-mechanical characteristics of the region such as permeability, porosity, aquifer level, compressive strength and tensile strength of rocks, and internal pressure of stored gas. In this research, based on the geological, hydrogeological and geo-mechanical conditions prevailing in Ardebil area, the best method was selected. Primary studies have indicated that storage in both lined and unlined rock caverns is possible. The cavern has 235 and 81m burden for unlined and lined design respectively. However, lined rock cavern has priority in this area. A numerical approach was used for analyzing the stability of storage cavern. There are not many discontinuities in the area therefore FLAC3D was selected for numerical analysis. The results of the analyses showed that the induced strains around the lined cavern before and after gas injection appeared to be less than the critical strains calculated by Sakurai’s relation. Therefore, the storage cavern should be stable and gas storage at this cavern is possible with 2 MPa internal Pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Underground storage
  • Lined and unlined rock caverns
  • compressed gas
[1] Jongpradist, P., Kongkitkul W. & Tunsakul, J., 2009, "Investigation of failure behavior of rock mass around gas storage cavern with physical model test", Rock Mechanics, Fuenkajorn & Phien-wej (eds).
]2 [دخانی، و.، فرزاد، ا.،1388،"گسترش گاز طبیعی در قرن بیستم"،نشریه فنی تخصصی شرکت ملی نفت ایران.
[3] Tek, M.R., 1996,"natural gas underground storage Inventory and Deliverability", Pennwell book university of Michigan, Vol. 456.
[5] Glamheden, R., Curtis, p., 2006,"Excavation of a cavern for high-pressure storage of natural gas", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 21, pp. 56–67.
[6] Li, Z., Wang, K., Wang, A., Liu, H., 2009,"Experimental study of water curtain performance for gas storage in anunderground cavern", Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol. 1, pp. 89–96.
[7] Cha, S., Lee, J., Lee, D., Amantini, E., Lee, K., 2006, "Engineering characterization of hydraulic properties in a pilot rock cavern for underground LNG storage", Engineering Geology, Vol. 84, pp. 229–243.
[8] Kovari, k., 1993,"Basic consideration on Storage of Compressed Natural Gas in Chambers", Rock Mech, Rock Engng, Vol. 27, pp. 1-27.
[9] Liang, J., Lindblom, U., 1994,"Critical Pressure for Gas Storage in Unlined Rock Caverns", Vol. 4, pp. 377-381.
]10 [خدابنده، الف، 1379، گزارش زمین شناسی ورقه 1:100،000 اردبیل، سازمان زمین شناسی کشور.
]11 [قاسم پور، نادر و پناه بر، بهنام، 1388،تحلیل پایداری فضاهای زیرزمینی با استفاده از نرم افزارFLAC 3D، جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر.
]12 [رحیمی، ب.، شهریار، ک. و شریف زاده، م.، 1388، "برآورد تجربی پارامترهای ژئومکانیکی و تنش های برجای توده سنگ مسیر تونل شماره یک راه آهن قزوین-رشت"، مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس تونل، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
[13] Sakurai, S., 1983,"Direct strain Evaluation Technique in construction of underground opening", In proc 22 U.S. symp, Rock Mech. Boston,pp. 278-282