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.
Tempo konwergencji podziemnych magazynów solnych jest jednym z parametrów warunkujących ich długotrwałą stabilność. Pełzanie dyslokacyjne jest powszechnie uważane za główny mechanizm deformacji w solach kamiennych odpowiedzialny za konwergencję kawern. Jest to związane głównie z faktem, że mechanizm ten dominuje dla deformacji związanej z dużymi naprężeniami różnicowymi, które są spodziewane podczas eksploatacji takich kawern. Przedstawiona w artykule analiza wskazuje, że dla szerokich zakresów możliwych stanów naprężeń w magazynach pełzanie dyfuzyjne może być drugim istotnym mechanizmem deformacji. Jest to szczególnie istotne dla kawern, w których magazynowane są substancje gazowe, gdyż stan naprężeń waha się istotnie w zależności od poziomu wypełnienia gazem. Analiza danych z sześciu otworów wiertniczych na terenie wyniesienia Łeby wykazała, że przy uwzględnieniu pełzania dyfuzyjnego tempa odkształcenia, a co za tym idzie, tempa zaciskania się kawerny, w niektórych częściach profilu mogą być znacznie wyższe niż w przypadku obliczeń opartych wyłącznie na zjawisku pełzania dyslokacyjnego. Różnica ta może sięgnąć nawet kilku rzędów wielkości. Szczególnie istotną cechą jest tu rozmiar uziarnienia, który ma kluczowe znaczenie dla intensywności pełzania dyfuzyjnego. Przedstawione w artykule badania wskazują, że dla prawidłowej oceny tempa zaciskania się kawern istotne jest uwzględnienie dwóch mechanizmów deformacji zarówno pełzania dyslokacyjnego jak i dyfuzyjnego
EN
Convergence rate is one of the important parameters that influence the long-term stability of underground storage caverns situated in rock-salt deposits. Dislocation creep is generally considered to be the main deformation mechanism responsible for the cavern convergence. This is mainly related to the fact that dislocation creep dominates during the deformation process, at high differential stresses that are expected to occur around the salt cavern. However, in this paper, we present an analysis showing that, at large ranges of probable differential stresses around the caverns, diffusion creep can also become a significant deformation mechanism. That is of special importance for gas storage cavern construction, since the stress state around the cavern is highly dependent on the pressure of gas within the cavern, and the latter varies significantly throughout the gas injection-withdrawal cycle. Our analysis of the data collected from six selected boreholes located in the Łeba Elevation (northern Poland) shows that incorporation of the diffusion creep in the convergence rate calculation can lead to significantly higher values, as compared to our analysis when only dislocation creep is considered. The difference can reach several orders of magnitude. The salt grain size is especially important since it strongly influences the pressure solution creep. Our paper shows that both dislocation and diffusion creep should be employed in the study intended to obtain accurate prediction of cavern convergence rates.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.