不同不溶沉积物含量下大间距双井盐穴储能稳定性评估及其工程应用价值

针对中国低品位盐穴沉积物含量高(SC)、储能空间受限的难题，研究人员通过建立大间距双井盐穴(LSTW-cavern)模型，结合被动土压力(PEP)理论及FLAC3D数值模拟，揭示了沉积物空隙储气对盐穴稳定性的提升机制。研究发现当SC=45%时，塑性区体积(PZV)较无沉积物条件降低47%-48%，证实沉积物能有效抑制盐穴蠕变变形，为低品位盐层储能空间开发提供了关键技术支撑。

　　

随着全球能源结构转型加速，可再生能源发电占比预计2030年将达33%，但间歇性供电特性使得大规模储能需求激增。盐穴储气(SCGS)因其密封性好、调峰能力强等优势，成为天然气、H₂
、压缩空气及CO₂
存储的理想选择。然而中国85%盐穴属于低品位盐层，沉积物含量(SC)高达45%-60%，传统单井垂直(SWV)盐穴有效容积率仅26%-84%，严重制约储能空间利用。如何安全开发含沉积物盐穴的储能潜力，成为亟待解决的世界性难题。

中国某研究团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究中，创新性地采用FLAC3D软件建立大间距双井(LSTW)盐穴三维模型，结合被动土压力(PEP)理论，系统模拟了华东中部某盐矿在不同SC(0%-60%)和内部气体压力(IGP:7.2-20.4 MPa)条件下30年运营期的稳定性变化。研究选取1060-1430米井段盐层数据，建立包含44层盐岩、21个盐群的精细化模型，通过体积损失率(VLR)、位移场和塑性区体积(PZV)等多参数评估体系，揭示了沉积物对盐穴力学行为的调控机制。

数值模型建立
基于华东盐矿E1/E2井实测数据，构建层厚370米、盐层占比66.2%的LSTW模型。采用Mohr-Coulomb准则描述沉积物力学特性，设置5组SC梯度(0%-60%)和3组IGP工况，引入Burgers蠕变模型模拟长期变形。

体积损失率(VLR)
模拟显示SC=45%时，低压力(7.2 MPa)和高压力(9.6 MPa)下的VLR分别为128%和104%，较无沉积物条件(245%/201%)显著降低。但当SC增至60%时，因腰部沉积物增强效应超越气体支撑作用，VLR反弹至143%/116%。

位移场特征
最大位移集中于盐穴顶部，30年运营期顶板位移量达腰部区域的2.3倍，证实顶板为最薄弱部位。沉积物存在使位移分布更均匀，SC=30%时整体位移场波动降低37%。

塑性区体积(PZV)
PZV与SC呈非线性关系：当SC<45%时，沉积物空隙储气使PZV下降40%以上；SC>45%后，沉积物自重导致的应力集中使PZV回升，但始终优于无沉积物条件。

被动土压力机制
理论分析表明，沉积物-气体复合空间形成"三维应力拱"效应：气体压力(IGP)产生径向约束，沉积物孔隙则通过颗粒间摩擦角(φ=28°)提供切向阻力，二者协同抑制盐岩蠕变。

该研究首次定量论证了低品位盐层中沉积物的"双刃剑"效应：适度SC(30%-45%)可通过孔隙储气提升稳定性，但过量沉积(SC>50%)会引发腰部应力集中。提出的LSTW-cavern设计标准，使得中国平顶山盐矿等低品位盐层的有效利用率提升70%，为全球同类盐穴的改造提供了关键技术路径。研究团队特别指出，未来需重点优化顶板加固技术，并建议将IGP控制在9.6-15 MPa区间以平衡经济性与安全性。这些发现不仅解决了沉积物空间利用的技术瓶颈，更为可再生能源配套储能设施选址拓展了地理范围，对实现"双碳"目标具有重要战略意义。