于本福，閆相禎

（1.臨沂大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 臨沂 276000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580)

區(qū)間理論在斷層區(qū)儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

于本福1，閆相禎2

（1.臨沂大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 臨沂 276000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580)

考慮巖體參數(shù)不確定性對(duì)不活動(dòng)斷層破壞的影響，將斷層危險(xiǎn)系數(shù)作為分析儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力的依據(jù)，利用測(cè)井資料及區(qū)間理論得到注氣后斷層危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間，根據(jù)斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間得出儲(chǔ)氣庫(kù)斷層穩(wěn)定的最大運(yùn)行壓力。利用該方法對(duì)國(guó)內(nèi)某油田區(qū)塊改建儲(chǔ)氣庫(kù)后斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間及最大運(yùn)行壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明：隨著斷層傾角的增大，斷層危險(xiǎn)系數(shù)先增大后減小，并且當(dāng)斷層傾角θ與巖石內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系為θ=45°+φ/2時(shí)，斷層危險(xiǎn)系數(shù)最大，斷層最易破壞；考慮參數(shù)不確定性運(yùn)用區(qū)間理論計(jì)算所得到的儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力為23.6MPa，為保證儲(chǔ)氣庫(kù)安全可選取最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間的下限作為儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力。

地下儲(chǔ)氣庫(kù)；區(qū)間理論；斷層；危險(xiǎn)系數(shù)；最大運(yùn)行壓力

0 引 言

衰竭油氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)過(guò)程中，儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層孔隙壓力的增大會(huì)使不活動(dòng)斷層部位的有效應(yīng)力發(fā)生改變，可能會(huì)導(dǎo)致不活動(dòng)斷層激活而造成天然氣泄漏，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的安全運(yùn)行造成隱患。因此合理預(yù)測(cè)儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力可以有效地防止不活動(dòng)斷層發(fā)生失效破壞，是儲(chǔ)氣庫(kù)工程研究的重要內(nèi)容之一。為此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力進(jìn)行了分析，Rutqvist等[1]采用地質(zhì)力學(xué)及數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力進(jìn)行了分析，認(rèn)為儲(chǔ)層孔隙壓力是影響斷層安全性的主要因素；Rohmer等[2]用響應(yīng)面方法對(duì)深部含水層儲(chǔ)氣后斷層的破壞進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為儲(chǔ)層參數(shù)的變化對(duì)斷層安全可靠性有較大的影響；閆相禎等[3-5]運(yùn)用凸集理論及Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則對(duì)衰竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的進(jìn)行了分析，給出了儲(chǔ)氣庫(kù)在不同運(yùn)行壓力下的安全系數(shù)可靠度。上述文獻(xiàn)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的安全可靠性分析均是運(yùn)用確定性參數(shù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行定量分析，并沒(méi)有考慮參數(shù)的不確定性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。儲(chǔ)氣庫(kù)斷層的巖體參數(shù)實(shí)際是不確定的，且周期性注采也會(huì)造成巖體參數(shù)取值范圍的波動(dòng)，因此根據(jù)確定性方法計(jì)算所得到的儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力有可能偏高，對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的安全運(yùn)行造成一定的隱患，而區(qū)間理論恰恰能夠解決這一問(wèn)題。它能夠考慮參數(shù)不確定性運(yùn)用區(qū)間運(yùn)算法則得到巖體參數(shù)的置信區(qū)間，根據(jù)參數(shù)的置信區(qū)間得到斷層危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間，從而最終得到儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力的置信區(qū)間，就可以對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力進(jìn)行評(píng)估。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)成功將區(qū)間理論分析方法應(yīng)用于實(shí)際工程之中，Goh等[6]根據(jù)區(qū)間理論及非概率可靠性方法分析了地下洞室設(shè)計(jì)參數(shù)的不確定性對(duì)洞室安全系數(shù)的影響；Park等[7]考慮邊坡巖體參數(shù)的不確定性，利用區(qū)間理論對(duì)邊坡的安全可靠性進(jìn)行了分析；曹文貴等[8-10]利用區(qū)間理論及地質(zhì)信息對(duì)邊坡的安全性進(jìn)行了分析，認(rèn)為在缺乏大量現(xiàn)場(chǎng)巖體試驗(yàn)參數(shù)的情況下，區(qū)間理論可以為巖體安全性分析提供一種新的方法。

因此本文利用區(qū)間理論，根據(jù)測(cè)井資料和巖體破壞準(zhǔn)則得到了斷層巖體參數(shù)的置信區(qū)間，給出了斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間的計(jì)算公式，并根據(jù)危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間得到儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力的置信區(qū)間。利用該方法對(duì)國(guó)內(nèi)某油田區(qū)塊改建儲(chǔ)氣庫(kù)后斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終得到了考慮不活動(dòng)斷層穩(wěn)定性的儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力，為評(píng)價(jià)衰竭油氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力提供了一種新的思路和方法。

1 不活動(dòng)斷層破壞及儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力分析

1.1 區(qū)間理論及運(yùn)算法則

區(qū)間理論是一種非線性條件下的不確定性分析理論，其相關(guān)變量通過(guò)區(qū)間數(shù)來(lái)表示。區(qū)間數(shù)與常規(guī)意義上的普通數(shù)有很大的差異，區(qū)間數(shù)對(duì)應(yīng)的區(qū)間運(yùn)算法則是一種非線性運(yùn)算法則，與傳統(tǒng)的運(yùn)算法則也相差很大[11]。若巖體參數(shù)g的取值在某個(gè)區(qū)間內(nèi)變化，其取值的上下界分別為gu、gl，記參數(shù)g的置信區(qū)間為[]，[]=[gl，gu]，那么參數(shù) g 的算數(shù)平均值 gc及其離散程度gr可以表示為

從上式可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于區(qū)間變量來(lái)講，其運(yùn)算法則是非線性的，區(qū)間變量與它自身相減并不等于0，與自身相除也不等于1。

1.2 儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力分析

由于儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，庫(kù)區(qū)往往會(huì)存在一些不活動(dòng)斷層，在注采氣過(guò)程中，不活動(dòng)斷層位置處的有效應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變。當(dāng)不活動(dòng)斷層的最大剪應(yīng)力大于斷層面能夠承受的最大剪應(yīng)力時(shí)，斷層就會(huì)產(chǎn)生滑移，用主應(yīng)力表示滑動(dòng)面剪應(yīng)力 、法向應(yīng)力σn得到：

式中：σ1——斷層最大主應(yīng)力，MPa；

σ3——最小主應(yīng)力，MPa；

θ——斷層方向與最小主應(yīng)力σ3方向的夾角，（°)。

根據(jù)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則及區(qū)間理論，忽略斷層巖石粘聚力的影響，得到斷層所能承受的剪應(yīng)力[]的區(qū)間為

式中：pp——斷層位置處的孔隙壓力，MPa；

斷層部位巖體的內(nèi)摩擦角及泊松比置信區(qū)間可以采用經(jīng)驗(yàn)公式[12]得到：

差和縱波時(shí)差置信區(qū)間的選取可以通過(guò)多次

測(cè)井資料結(jié)果或者儀器的結(jié)果誤差范圍得到。

為了判斷不活動(dòng)斷層發(fā)生滑動(dòng)的可能性，定義斷層產(chǎn)生滑動(dòng)的危險(xiǎn)系數(shù)Rs為

再將式（8)～式（10)帶入可得到：

隨著儲(chǔ)氣庫(kù)注氣時(shí)間的增長(zhǎng)，儲(chǔ)層壓力升高，所對(duì)應(yīng)的斷層位置孔隙壓力pp也隨之增加，導(dǎo)致儲(chǔ)氣庫(kù)斷層位置的地應(yīng)力發(fā)生改變，而斷層水平方向的地應(yīng)力最小值與斷層位置的孔隙壓力pp有關(guān)，具體表現(xiàn)[13]為

圖1 注氣前后莫爾圓的變化

從式（16)可以看出，儲(chǔ)氣庫(kù)注采氣過(guò)程不僅僅對(duì)斷層位置的孔隙壓力產(chǎn)生影響，而且對(duì)斷層水平方向的地應(yīng)力也產(chǎn)生了相應(yīng)的影響，體現(xiàn)在莫爾圓與破壞包絡(luò)線上的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出當(dāng)σH為最小主應(yīng)力時(shí)，由于注氣后水平向地應(yīng)力σH變大，因此注氣后的有效應(yīng)力相對(duì)而言變大，其對(duì)應(yīng)的莫爾圓要遠(yuǎn)離破壞包絡(luò)線一些。

若注氣后豎向地應(yīng)力σH＜σV，則σV為斷層位置的最大主應(yīng)力σ1，水平方向的地應(yīng)力最小值σH為最小主應(yīng)力σ3，那么注氣后斷層的危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間可由式（15)、式（16)聯(lián)立得到：

式中：

若認(rèn)為注氣后豎向地應(yīng)力σH＞σV，則σH為斷層位置的最大主應(yīng)力σ1，水平方向的地應(yīng)力最小值σV為最小主應(yīng)力σ3，那么注氣后斷層的危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間為

式中：

2 工程實(shí)例分析

2.1 巖體參數(shù)不確定性分析

以國(guó)內(nèi)某油田區(qū)塊測(cè)井資料為基礎(chǔ)，采用區(qū)間理論分析該區(qū)塊改建儲(chǔ)氣庫(kù)之后不活動(dòng)斷層的危險(xiǎn)系數(shù)及最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間。根據(jù)地質(zhì)資料及儲(chǔ)氣庫(kù)資料信息得到該儲(chǔ)氣庫(kù)區(qū)不活動(dòng)斷層方向與最小主應(yīng)力方向的夾角θ為61.32°，其初始孔隙壓力pp為15.1MPa，注氣后孔隙壓力為20.32MPa，該區(qū)塊儲(chǔ)氣量?jī)?chǔ)層示意圖如圖2所示。根據(jù)多次測(cè)井資料結(jié)果得到橫波時(shí)差及縱波時(shí)差的置信區(qū)間，取具有代表性的位置點(diǎn)如圖3所示，斷層部位的地應(yīng)力情況如圖4所示，其中Sv表示豎向地應(yīng)力，Sh表示水平向地應(yīng)力。

圖2 儲(chǔ)氣庫(kù)示意圖

根據(jù)橫波時(shí)差和縱波時(shí)差的置信區(qū)間，利用式（11)、式（12)及區(qū)間運(yùn)算法則[14-17]得到巖體的內(nèi)摩擦角和泊松比的置信區(qū)間，如圖5所示。從圖中可以看出，內(nèi)摩擦角置信區(qū)間的取值范圍比泊松比置信區(qū)間的取值范圍明顯要小。例如內(nèi)摩擦角置信區(qū)間取值范圍波動(dòng)最大的位置出現(xiàn)在1784.3m處，內(nèi)摩擦角的置信區(qū)間為[28.25°，29.48°]，最大值與最小值相差4.2%；而泊松比取值范圍波動(dòng)最大的位置出現(xiàn)在1730.2m處，泊松比的置信區(qū)間為[0.18，0.28]，最大值與最小值相差35.7%，這一現(xiàn)象說(shuō)明初始參數(shù)的不確定性對(duì)泊松比的影響要大。

圖3 橫波時(shí)差和縱波時(shí)差置信區(qū)間

圖4 地應(yīng)力分布情況

2.2 最大運(yùn)行壓力的確定

根據(jù)測(cè)井資料得到不活動(dòng)斷層位置的地應(yīng)力及巖體參數(shù)的置信區(qū)間，就可以采用式（18)得到注氣后斷層危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間，如圖6所示。

圖5 內(nèi)摩擦角和泊松比的置信區(qū)間

圖6 危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間

圖7 最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間

從圖中可以看出，由于考慮了參數(shù)的不確定性，采用區(qū)間理論得到的斷層危險(xiǎn)系數(shù)波動(dòng)范圍較大，危險(xiǎn)系數(shù)最大的位置出現(xiàn)在1 784.3 m處，此位置的危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間為[0.62，0.70]，說(shuō)明在當(dāng)前參數(shù)不確定性條件下，斷層危險(xiǎn)系數(shù)的下限和上限值分別為0.62和0.70，在此區(qū)間的危險(xiǎn)系數(shù)值都是可能存在的。因此筆者將該位置看作不活動(dòng)斷層的最危險(xiǎn)位置，利用其分析儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間，如圖7所示。

從圖中可以看出，隨著斷層最危險(xiǎn)位置孔隙壓力的升高，其危險(xiǎn)系數(shù)也隨之升高，當(dāng)危險(xiǎn)系數(shù)RJs=1時(shí)，此時(shí)斷層處于臨界破壞狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的孔隙壓力可認(rèn)為是儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力。根據(jù)圖7得到能保證儲(chǔ)氣庫(kù)斷層不發(fā)生破壞的最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間為[23.6MPa，25.1MPa]，而采用單一參數(shù)均值計(jì)算得到的最大運(yùn)行壓力為24.3 MPa，位于最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間之內(nèi)。但由于單一參數(shù)均值計(jì)算時(shí)未考慮巖體參數(shù)的不確定性，因此其計(jì)算所得到的最大運(yùn)行壓力比考慮參數(shù)不確定性計(jì)算所得到的最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間下限值要大，這可能會(huì)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)不活動(dòng)斷層的安全產(chǎn)生一定的影響。因此為保證儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行，可選取最大運(yùn)行壓力置信區(qū)間的下限作為儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力，即取23.6MPa作為儲(chǔ)氣庫(kù)的最大運(yùn)行壓力，注氣過(guò)程中不活動(dòng)斷層位置處的孔隙壓力不應(yīng)超過(guò)該值。

2.3 斷層穩(wěn)定性影響因素分析

2.3.1 斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間影響因素分析

以1720.6m處巖體參數(shù)置信區(qū)間及地應(yīng)力信息為例，筆者分析了斷層傾角、內(nèi)摩擦角以及參數(shù)B對(duì)斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間的影響，如圖8所示。從圖中可以看出隨著斷層傾角的增大，斷層危險(xiǎn)系數(shù)先增大后減小，當(dāng)斷層傾角θ與巖石內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系為θ=45°+φ/2時(shí)，斷層危險(xiǎn)系數(shù)最大，斷層最易破壞；危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間隨著內(nèi)摩擦角的增大而降低，例如當(dāng)斷層傾角為50°，內(nèi)摩擦角φ的置信區(qū)間從[21.43°，23.12°]增大到[32.36°，33.58°]時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間從[0.77，0.92]降低到[0.46，0.57]，危險(xiǎn)系數(shù)的區(qū)間上限值降低了38%；危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間隨著參數(shù)B的增大而減小，例如當(dāng)斷層傾角為50°，參數(shù)B 從[0.47，0.64]增大到[0.71，0.85]時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間從[0.57，0.66]降低到[0.46，0.57]，危險(xiǎn)系數(shù)的區(qū)間上限值降低了14%。從上述分析可以看出斷層傾角以及斷層巖體的內(nèi)摩擦角對(duì)斷層的安全性影響很大，并且在儲(chǔ)氣庫(kù)選址及建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)避免選址在θ=45°+φ/2的位置，因?yàn)榇瞬课幌鄬?duì)而言最容易發(fā)生破壞。

圖8 斷層傾角對(duì)危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間的影響

2.3.2 斷層穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證及分析斷層穩(wěn)定性的影響，筆者采用FLAC3D建立了相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)氣庫(kù)安全分析模型，其尺寸為300m×100m×200m，如圖9所示。模型的邊界條件：模型底部為位移約束條件，認(rèn)為底部的垂向和水平向相對(duì)位移變化為0，沿垂向兩側(cè)設(shè)置水平向位移約束，上部施加等效地應(yīng)力，不同巖層的厚度及計(jì)算參數(shù)如表1所示。為分析參數(shù)不確定性對(duì)斷層穩(wěn)定性的影響，斷層附近的內(nèi)摩擦角和泊松比的取值用區(qū)間代替，在模擬分析過(guò)程中，分別取這兩者的組合共16組進(jìn)行分析，計(jì)算過(guò)程中靠近儲(chǔ)層位置的斷層施加的孔隙壓力為21.2 MPa，地應(yīng)力數(shù)值按圖4的數(shù)值及梯度選取。

圖9 儲(chǔ)氣庫(kù)斷層安全性分析數(shù)值模型

根據(jù)不同斷層參數(shù)組合得到斷層附近危險(xiǎn)系數(shù)的結(jié)果如圖10所示，從圖中可以看出巖體參數(shù)的不確定性對(duì)斷層位置的危險(xiǎn)系數(shù)影響較大，圖10（a)、圖10（b)中危險(xiǎn)系數(shù)的最大值分別為0.69、0.57，對(duì)應(yīng)的參數(shù)組合（φ，ν)分別為（28.5°，0.32)、（33.0°，0.32)，并且危險(xiǎn)系數(shù)較大的位置均處于儲(chǔ)層和蓋層交接的斷層位置，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是此位置孔隙壓力改變較大，不活動(dòng)斷層逐漸發(fā)生激活。

表1 儲(chǔ)氣庫(kù)巖體參數(shù)

圖10 參數(shù)不確定條件下斷層危險(xiǎn)系數(shù)

圖11給出了斷層部位在不同孔隙壓力下的危險(xiǎn)系數(shù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果，從圖中可以看出孔隙壓力的變化對(duì)斷層的危險(xiǎn)系數(shù)影響很大，當(dāng)孔隙壓力從17.6 MPa增大到23.6MPa時(shí)，斷層部位危險(xiǎn)系數(shù)的數(shù)值和影響區(qū)域均增大。例如當(dāng)孔隙壓力為17.6MPa時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)的影響區(qū)域集中在儲(chǔ)層和蓋層交接的斷層部位，危險(xiǎn)系數(shù)最大值為0.42，而當(dāng)孔隙壓力增大到23.6 MPa時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)的影響區(qū)域沿?cái)鄬酉蛏舷聝蓚€(gè)方向延伸，危險(xiǎn)系數(shù)的最大值為0.95，此時(shí)斷層處于接近激活的狀態(tài)。

圖11 不同孔隙壓力下斷層危險(xiǎn)系數(shù)結(jié)果

采用FLAC3D模擬得到的不同部位危險(xiǎn)系數(shù)結(jié)果如圖12所示，從圖12（a)可以看出，危險(xiǎn)系數(shù)隨著泊松比的增大而增大，隨著內(nèi)摩擦角的增大而減小。例如當(dāng)泊松比為0.26，內(nèi)摩擦角從28.5°增大到33.0°時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)最大值從0.69下降到0.57，這是因?yàn)殡S著內(nèi)摩擦角的增大，巖體抗剪強(qiáng)度提高，從而在相同條件下危險(xiǎn)系數(shù)降低；當(dāng)內(nèi)摩擦角為33.0°，泊松比從0.26增大到0.32時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)最大值從0.57增大到0.61，這是由于隨著泊松比的增大，導(dǎo)致參數(shù)B減小，從而使得危險(xiǎn)系數(shù)增大。

從圖12（b)的結(jié)果看出，危險(xiǎn)系數(shù)隨著孔隙壓力的增大而增大，當(dāng)孔隙壓力從17.6MPa增大到23.6MPa時(shí)，危險(xiǎn)系數(shù)的最大值從0.42增大到0.95。說(shuō)明當(dāng)斷層部位的孔隙壓力為23.6MPa時(shí)，此時(shí)的斷層已經(jīng)接近于激活狀態(tài)，若以不活動(dòng)斷層的安全穩(wěn)定性為儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)行的前提，那么此時(shí)對(duì)應(yīng)的孔隙壓力可認(rèn)為是接近儲(chǔ)層的最大運(yùn)行壓力，這一點(diǎn)與2.2節(jié)中所計(jì)算的儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力相吻合，進(jìn)一步說(shuō)明了本文計(jì)算方法的可行性。

圖12 斷層危險(xiǎn)系數(shù)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

本文考慮巖體參數(shù)不確定性對(duì)不活動(dòng)斷層破壞的影響，利用測(cè)井資料及區(qū)間理論得到注氣后斷層危險(xiǎn)系數(shù)的置信區(qū)間，根據(jù)斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間得出儲(chǔ)氣庫(kù)斷層穩(wěn)定的最大運(yùn)行壓力，并利用本文方法對(duì)國(guó)內(nèi)某油田區(qū)塊改建儲(chǔ)氣庫(kù)后斷層危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間及最大運(yùn)行壓力進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明隨著斷層傾角的增大，斷層危險(xiǎn)系數(shù)先增大后減小，當(dāng)斷層傾角θ與巖石內(nèi)摩擦角φ的關(guān)系為θ=45°+φ/2時(shí)，斷層危險(xiǎn)系數(shù)最大，斷層最易破壞；得到的儲(chǔ)氣庫(kù)斷層的最大危險(xiǎn)系數(shù)置信區(qū)間為[0.62，0.70]，儲(chǔ)氣庫(kù)最大運(yùn)行壓力為23.6MPa。

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Application of interval theory in maximum operating pressure prediction of gas storage in fault zone

YU Benfu1，YAN Xiangzhen2
（1.School of Civil Engineering and Architecture，Linyi University，Linyi 276000，China；2.College of Pipeline and Civil Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China)

Considering the influence of rock parameters uncertainty on the damages to inactive faults，the maximum operating pressure for the stability of fault at gas storage was obtained according to the confidence interval of fault risk coefficient by taking the fault risk coefficient as the basis for maximum operating pressure analysis of gas storage and using the confidence interval of fault risk coefficient obtained according to the logging data and interval theory after gas injection.Using the above method，the confidence interval of risk coefficient and maximum operating pressure of an oilfield block in China after gas storage reconstruction were studied and compared with the analog results.The results show that the fault risk coefficient first increases and then decreases with the increase of fault dip，and the fault is in the most dangerous situation and easily be damaged when the relationship between fault dip angle （θ)and friction angle （φ)is θ=45°+φ/2.The maximum operating pressure of gas storage is obtained with the interval theory considering the rock parameters uncertainty is 23.6 MPa.In order to ensure the safety ofunderground gas storage， the lowerlimitvalue ofmaximum operating pressure confidence interval is chosen as the maximum operating pressure of underground gas storage.

underground gas storage； interval theory； fault； risk coefficient； maximum operating pressure

A

1674-5124（2017）10-0006-08

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.10.002

2016-12-25；

2017-02-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51374228)

于本福（1987-)，男，山東日照市人，講師，博士，主要從事儲(chǔ)油庫(kù)、儲(chǔ)氣庫(kù)及地下巖土結(jié)構(gòu)安全可靠性研究。

（編輯：商丹丹）