Influence of the anhydrite interbeds on a stability of the storage caverns in the Mechelinki salt deposit (Northern Poland)

• Autorzy: Cała M. , Cyran K. , Kowalski M. , Wilkosz P.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ams.2018.124990

Warianty tytułu

PL

Wpływ wkładek anhydrytowych na stateczność kawern magazynowych w złożu soli kamiennej Mechelinki (Północna Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a complex study of anhydrite interbeds influence on the cavern stability in the Mechelinki salt deposit. The impact of interbeds on the cavern shape and the stress concentrations were also considered. The stability analysis was based on the 3D numerical modelling. Numerical simulations were performed with use of the Finite Difference Method (FDM) and the FLAC3D v. 6.00 software. The numerical model in a cuboidal shape and the following dimensions: length 1400, width 1400, height 1400 m, comprised the part of the Mechelinki salt deposit. Three (K-6, K-8, K-9) caverns were projected inside this model. The mesh of the numerical model contained about 15 million tetrahedral elements. The occurrence of anhydrite interbeds within the rock salt beds had contributed to the reduction in a diameter and irregular shape of the analysed caverns. The results of the 3D numerical modelling had indicated that the contact area between the rock salt beds and the anhydrite interbeds is likely to the occurrence of displacements. Irregularities in a shape of the analysed caverns are prone to the stress concentration. However, the stability of the analysed caverns are not expected to be affected in the assumed operation conditions and time period (9.5 years).

PL

W artykule przedstawiono kompleksowe studium wpływu wkładek anhydrytowych na stateczność kawern magazynowych w złożu soli kamiennej Mechelinki. Rozważany był także wpływ wkładek anhydrytowych na kształt kawern magazynowych i koncentrację naprężeń. Analizę stateczności przeprowadzono z wykorzystaniem metod modelowania numerycznego. W symulacjach numerycznych została zastosowana metoda różnic skończonych i program FLAC3D v. 6.00. W celu wykonania symulacji numerycznych zbudowano model numeryczny analizowanego obszaru. Model numeryczny w kształcie sześcianu i wymiarach 1400 × 1400 × 1400 m obejmował część złoża Mechelinki oraz trzy kawerny magazynowe (K-6, K-8, K-9). Siatka modelu składała się z 15 milionów teraedrycznych elementów. Występowanie wkładek anhydrytowych w obrębie pokładu soli kamiennej przyczyniło się do redukcji średnicy i nieregularności kształtu analizowanych kawern magazynowych. Wyniki modelowania numerycznego 3D wykazały, że strefy kontaktu pomiędzy warstwami soli kamiennej i wkładkami anhydrytowymi są podatne na występowanie przemieszczeń. Ponadto, obszary koncentracji naprężeń są związane z nieregularnością kształtu komór magazynowych. Symulacje numeryczne wykazały, że stateczność analizowanych komór w przyjętych warunkach eksploatacji i analizowanym 9.5-letnim okresie nie zostanie naruszona.

Słowa kluczowe

EN

storage caverns; stability analysis; anhydrite interbeds; 3D numerical modelling

PL

kawerny magazynowe; analiza stateczności; wkładki anhydrytowe; modelowanie numeryczne 3D

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 4
• Strony: 1007--1025
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cała M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Krakow, Poland, al. Mickiewicza 30, 30-059 Cracow

autor

Cyran K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Krakow, Poland, al. Mickiewicza 30, 30-059 Cracow

autor

Kowalski M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Krakow, Poland, al. Mickiewicza 30, 30-059 Cracow

autor

Wilkosz P.

• Gas Storage Poland Sp. z o.o., al. Jana Pawła II 70, 00-175 Warsaw

Bibliografia

• [1] Brańka S., Kasprzyk W., Piesiewicz T., Rybka J., Urbańczyk K., 2014. Planned K-6, K-8, K-9 caverns – project of shape, volume and storage pressure. CHEMKOP report, Cracow.
• [2] Bruno M.S., 2005. Geomechanical analysis and design considerations for thin-bedded salt caverns: final report. Arcadia, CA: Terralog Technologies USA.
• [3] Bruno M.S., Dorfmann L., Han G., Lao K., Young J.T., 2005. 3D geomechanical analysis of multiple caverns in bedded salt. In: SMRI Fall Meeting, October 1-5, 2005, Nancy, France, 1-25.
• [4] Cosenza P., Ghoreychi M., Bazargan-Sabet B., de Marsily G., 1999. In situ rock salt permeability measurement for long term safety assessment of storage. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 36, 4, 509-526.
• [5] Cosenza P., Ghoreychi M., 1999. Effects of very low permeability on the longterm evolution of a storage cavern in rock salt. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 36, 527-533.
• [6] Czapowski G., Bukowski K., 2010. Geology and resources of salt deposits in Poland: the state of the art. Geological Quarterly 54, 4, 509-518.
• [7] Czapowski G., Chełmiński J., Tomaszczyk M., Tomassi-Morawiec H., 2007. Metodyka modelowania przestrzennego budowy geologicznej osadowych złóż pokładowych na przykładzie cechsztyńskiego złoża soli kamiennej Mechelinki nad Zatoką Pucką. Przegląd Geologiczny 55, 8, 681-689.
• [8] DeVries K.L., Mellegard K.D., Callahan G.D., Goodman W.M., 2005. Cavern roof stability for natural gas storage In bedded salt. Topical Report RSI-1829 DE-FG26-02NT41651, RESPEC, Rapid City, USA.
• [9] Evans D.J., Chadwick R.A., 2009. Underground Gas Storage: Worldwide Experiences and Future Development in the UK and Europe. Geological Society Special Publication 313, 1-283.
• [10] Han G., Bruno M., Lao K., Young J., 2007. Gas storage and operations in single bedded salt caverns: stability analyses. SPE Production & Operations, SPE-99520-PA.
• [11] Jing L., 2003. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40, 283-353.
• [12] Lankof L., Polański K., Ślizowski J., Tomaszewska B., 2016. Possibility of energy storage in salt caverns. AGH Drilling, Oil, Gas 33, 2, 405-415.
• [13] Li J.P., Shi X., Yang C., Li Y., Wang T., Ma H., Shi H., Li J., Liu J., 2017. Repair of irregularly shaped salt cavern gas storage by re-leaching under gas blanket. Journal of Natural Gas Science and Engineering 45, 848-859.
• [14] Li Y.P., Yang C.H., Qian Q.H., Wei D.H., Qu D.A., 2007. Experimental research on deformation and failure characteristics of laminated salt rock. In: Wallner M., Lux K.H., Minkley W., Hardy Jr. H.R (eds.), Proceedings of the 6th Conference on the Mechanical Behaviors of Salt, Taylor & Francis Group, London, 1-6.
• [15] Li M., 2015. Numerical modelling investigations on waste disposal salt caverns. Msc Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.
• [16] Minkley W., Muhlbauer J., 2007. Constitutive models to describe the mechanical behavior of salt rocks and the imbedded weakness planes. In: Wallner M., Lux K.H., Minkley W., Hardy Jr. H.R (eds.), 6th Conference on the Mechanical Behaviors of Salt; Taylor & Francis Group, London, 119-126.
• [17] Sobolik S.R., Ehgartner B.L., 2006. Analysis of shapes for the strategic petroleum reserve. Albuquerque, USA: Sandia National Laboratories.
• [18] Swift G.M., Reddish D.J., 2005. Underground excavation in rock salt. Geotechnical and Geological Engineering 23, 1, 17-42.
• [19] Wang T., Yan X., Yang H., Yang X., Jiang T., Zhao S., 2013. A new shape design method of salt cavern used as underground gas storage. Applied Energy 104, 50-61.
• [20] Wang T., Yang C., Ma H., Li Y., Shi X., Li J., Daemen J.J.K., 2016. Safety evaluation of salt cavern gas storage close to an old cavern. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 83, 95-106.
• [21] Warren K., 2006. Evaporites, sediments, resources and hydrocarbons. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• [22] Wilkosz P., Burliga S., Grzybowski Ł., Kasprzyk W., 2012. Comparison of internal structure and geomechanical properties in horizontally layered Zechstein rock salt. W: Bérest P., Ghoreychi M., Hadj-Hassen F., Tijani M. (eds.): Mechanical Behavior of Salt VII. Leiden, CRC Press, Taylor & Francis Group, 89-96.
• [23] Xiang J., Huang X., Ma H., 2015. Gas leakage mechanism in bedded salt rock storage cavern considering damaged interface. Petroleum 1, 4, 366-372.
• [24] Yang C.H., Liang W.G., Wei H.D., 2005. Investigation on possibility of energy storage in salt rock in China. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 24, 4409-4417.
• [25] Yu L., Liu J., 2015. Stability of interbed for salt cavern gas storage in solution mining considering cusp displacement catastrophe theory. Petroleum 1, 1, 82-90.
• [26] Zhang G., Wu Y., Wang L., Zhang K., Daemen J.J.K., Liu W., 2015a. Time-dependent subsidence prediction model and influence factor analysis for underground gas storages in bedded salt formations. Engineering Geology 187, 156-169.
• [27] Zhang G., Li Y., Daemen J.J.K., Yang C., Wu Y., Zhang K., Chen Y., 2015b. Geotechnical feasibility analysis of compressed air energy storage (CAES) in bedded salt formations: a case study in Huai’an City, China. Rock Mechanics and Rock Engineering 48, 5, 2111-2127.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)