基于原位蠕变试验的超深盐穴储气库稳定性评估与关键运行参数设计研究

为解决超深盐穴储气库在高温高压条件下的长期稳定性问题，研究人员基于河北宁晋盐矿（埋深>2700 m）的原位蠕变试验，结合数值模拟分析了盐岩蠕变本构模型参数，评估了储气库在注采循环下的稳定性，并提出最小运行压力需>40 MPa的关键设计参数。研究揭示了实验室与现场蠕变参数的差异对长期变形预测的影响，为超深盐穴储气库建设提供了理论支撑。

　　

随着中国天然气消费量十年间以9.68%的年均增长率飙升至3757亿立方米（2022年），对外依存度突破40%，构建战略天然气储备成为保障能源安全的关键。盐穴储气库因其极低渗透性（10^-20-10^-21 m²）和优异注采效率被全球青睐，但现有设施多建于2000米以浅。河北宁晋盐矿埋深超2700米，属于"超深"范畴，其高温高压环境下的盐岩蠕变行为缺乏理论和实践经验，传统实验室参数难以反映真实地质条件。为此，中国科研团队通过原位蠕变试验与数值模拟相结合，首次系统评估了该超深盐穴的长期稳定性。

研究采用现场蠕变试验获取盐岩本构参数，建立三维地质模型模拟30年运行工况，综合位移、塑性区、等效应变等5项指标评估稳定性。结果显示：在年注采周期下盐穴无失稳风险，但体积收缩率要求最小运行压力>40 MPa；对比实验室参数发现，传统方法会低估现场实际变形量，差异源于实验加载条件无法完全复现地层原位状态。

地质条件
宁晋盐矿为湖相蒸发岩沉积，盐层厚度约200米，夹有泥岩和钙芒硝层。通过钻孔取样发现盐岩纯度较高，为储气库选址提供了理想条件。

结果分析
数值模拟表明：盐穴顶板位移随深度增加呈非线性增长，但均在安全阈值内；等效蠕变应变集中于腔体中部；30年累计体积收缩率<15%，符合工程标准；安全因子分析证实40 MPa为压力下限。

讨论
实验室参数预测的变形量较现场参数结果低12%-18%，主要因未考虑地层围压和温度耦合效应。研究首次量化了参数来源差异对超深盐穴设计的影响。

结论
该研究为全球首个埋深超2700米的盐穴储气库提供了稳定性判据和关键运行参数，创立了基于原位试验的超深盐穴设计方法。成果发表于《Geoenergy Science and Engineering》，对推动中国能源储备向深部发展具有里程碑意义。