一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法与流程

文档序号:20015503发布日期:2020-02-25 10:22阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法,多个洞罐均设有水幕系统的水幕巷道(1)和水幕孔,洞罐内的洞室(6)的存储空间之间设有连接巷道(7);洞室处还设有操作竖井(2);操作竖井下部设有泵坑(11)和集水池(10);其特征在于:所述气密性检验方法包括以下步骤;

步骤s1:对各洞罐开展水文地质与微震监测网络布置;利用地质勘探孔作为水文地质监测孔,开展监测孔内包括水位、水压及降雨、潮汐在内的监测项目;同时在各洞罐水幕系统设置气密性检验期及洞库运营期水文地质监测网络和微震监测系统,以实现水幕孔水位监测、水压监测及微震信号监测,位于水幕系统的监测线缆通过水幕系统仪表井接至地表数据采集及控制系统;

步骤s2:对各洞罐进行清洗并绘制库容-深度曲线图;各洞罐在开挖支护、注浆堵水及底板铺砌完成后,为防止施工期废弃物污染储存的油气,采用净水将洞壁冲刷干净,及时排除污水并保证底板无积水;采用包括三维激光扫描仪在内的测量仪器对洞罐库容进行精细测量,绘制库容-高度曲线图,绘制时可以洞室底板为起算基准面,所述的洞罐库容为所有与洞室连通且可用于储存油气的空间的体积,包括洞室、连接巷道、泵坑、集水池;

步骤s3:对各洞罐进行气密性检验过程中关键物理量监测仪器及配套管线布置;对各洞罐的每条洞室均匀布置多点平均温度计,其精度须达到±0.1℃,其中温度计沿洞室轴线方向的横向间距为150-200m、沿洞室高度方向的纵向间距为5-9m。将标准压力计与操作竖井内压力测量管线相连以测量洞罐气体压力,其精度须不低于50pa;洞罐操作竖井内放空管顶部安装测压仪,测量放空管顶部气体压力,精度须不低于50pa;

操作竖井内安装液位报警管线,液位报警管内安装伺服水液位计测量泵坑和集水池内水液位,且在管壁安装多点平均温度计(3)以测量异常情况下的洞罐气体温度,其精度为±0.1℃;液位测量线连接专用伺服水液位计测量洞室内水液位;安装裂隙水管,将裂隙水泵放置在泵坑底,在裂隙水出井口处安装水流量计,监测记录泵出洞罐的水量;

对洞罐操作竖井口外部,安装数字气压计测量大气压力,精度须不低于20pa。操作竖井口外放空管上部放置双金属温度计(13),测量空气压缩机出口的气体温度,精度须达到±1℃。在距操作竖井口较近的地面修建试验控制中心,安装水银温度计监测控制中心的温度,使其保持在20℃左右,所述温度计的精度须达到±0.1℃。各种仪器的线缆接到控制中心的信号采集和记录系统,与一台用于试验控制、数据存储和数据处理的电脑相连;

所有监测仪表的观测面应朝向竖井操作通道外,仪表的变送单元均安装在操作竖井口;

管线安装完成后,对施工巷道和操作竖井浇筑钢筋混凝土密封塞(9);

步骤s4:对气密性检验过程中的物理量监测仪器及配套管线进行调试、检验,对库容-深度曲线图和洞库周围岩体渗透系数进行校核;测量大气压力和各洞罐的初始温度,此步骤中,先核实温度计、压力计运行良好,然后对现场管线注入带压气体和无菌淡水,开展气密、水压试验,在此过程中需保证管线无材质缺陷、与设备接触良好且运行正常;

分别从各洞罐操作竖井的放空管向泵坑和集水池内注入无菌淡水,记录注水流量并通过伺服水液位计(15)监测泵坑和集水池与洞室内水位,当水位线到达洞室底板以上30cm时停止注水,在此注水过程中,根据注水量-深度值校核库容-深度曲线图;

停止注水后,将各洞罐静置且时间不小于24h,并监测洞室水位变化,获得洞罐涌水量实测值;基于地下水渗流数值模拟软件,构建洞库周边较大范围的地下水渗流数值模型,所述地下水渗流数值模拟软件包括visualmodflow、feflow,以基于勘察阶段获得的岩体渗透系数和步骤s1获得的水位、水压监测结果作为初始条件和边界条件,获得洞罐涌水量计算值,经与洞罐涌水量实测值对比,对岩体渗透系数取值进行校核、调整。静置24h后,开启裂隙水泵、产品泵,使淡水从洞罐裂隙水管、产品出库管排出,确保裂隙水泵、产品泵等正常工作,实时监测泵坑和集水池的水位,检验液位报警器(14)的自动控制功能;

步骤s5:向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水;注水速度应满足施工巷道和操作竖井每天的水位上升值不低于10m,直至水位达到设计地下水位为止;注水过程中,基于地下水渗流数值模拟软件开展洞周地下水渗流场模拟,并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比,当注水液面高度达到洞室顶部以上25m并且监测孔水位、水压真实值与数值计算值基本一致时,便可以进行下一步;

步骤s6:将各洞罐进行编号,当所述多洞罐至少包括洞罐a(4)、洞罐b(5)时,首先使用空气压缩机(12)连续向洞罐a(4)内注入压缩空气,同时按照所述步骤s5的要求向其余的各洞罐注水,直至水位达到设计地下水位为止;

此过程中,每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、空气压缩站出口的压缩空气温度、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、洞周裂隙水压力等,每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压等。整个洞罐a气密性检验过程中,尚未经过气密性检验通过的其它洞罐如洞罐b,则一直保持大气压力。注入压缩空气时,应满足以下要求:

(1)为降低洞罐内压缩气体的温度稳定时间,空气压缩机出口处设置临时空气冷却器使操作竖井口空气温度与洞罐岩壁温度差值不超过2℃;

(2)压缩空气注入速率应始终保持近匀速状态。考虑放空管最小直径处的温度和空气流速降低,压缩空气开始注入的0-48h内,压缩空气的注入速率应控制洞罐升压速率不超过30kpa/d;48h后,注入速率应控制洞罐升压速率不超过100kpa/d;注气终止时的洞罐气体相对压力,即洞罐气体绝对压力与竖井口大气压力之差pc(kpa)应为1.1pg+5,其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa);

(3)注入压缩空气期间,施工巷道和操作竖井的水位应比洞室顶部高出0.0102pc+25m,其中pc为洞罐气体相对压力(kpa);

(4)将洞罐气体压力变化过程考虑为洞罐岩壁水压边界条件的变化,基于地下水渗流数值模拟软件开展注气过程中地下水渗流场模拟,并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比,当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时,注气速率应降低,宜不超过40kpa/d;

步骤s7:当洞罐a内的气体相对压力pc(kpa)达到1.1pg+5,其中pg为储存温度下储品的饱和蒸汽压(kpa),则停止注入压缩空气,洞罐a进入温度稳定阶段,此阶段持续4-5d;此过程中,每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力,每1d至少记录2次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压;

待洞罐a所有洞室的多点平均温度计读取的温度变化都不超过0.1℃/d时,且满足以下要求时,视为温度稳定阶段结束,可进入下一步:

(1)基于地下水渗流数值模拟软件开展温度稳定阶段的地下水渗流场模拟,并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比,当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时,则温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上,直至水文地质现象正常为止;

(2)如果操作竖井口测得的洞罐气体相对压力低于1.1pg,则需要增补注入压缩空气,并重新开始温度稳定阶段;

步骤s8:洞罐a的温度稳定阶段结束后,开始进入压力测试阶段,此阶段为持续保持洞罐a气体封闭状态100h以上,以确保有足够长时间监测洞罐内的任何气体压力波动;

此过程中,每1h至少记录1次洞罐气体压力、操作竖井口的大气压力、洞罐气体温度、地面试验控制中心温度、泵坑和集水池水位、泵出洞罐的水量、裂隙水压力,每1d记录两次水文监测孔、施工巷道和操作竖井的水位、水压;

基于地下水渗流数值模拟软件(如visualmodflow、feflow等)开展压力测试阶段的地下水渗流场模拟,并将水文地质监测孔水位、水压真实值与数值计算值进行对比,当真实值与计算值差别较大或监测孔水压、水位发生异常变化时,则压力测试阶段的持续时间延长至15d以上,直至水文地质现象正常为止。

步骤s9:由于气体温度变化、溶于岩体裂隙渗出水的空气损失、泵坑和集水池水位变化等因素,对压力测试阶段记录的数据,按照如下公式计算出洞罐气体相对压力修正值;

若压力测试阶段的第1组数据为初始状态,此时洞罐气体相对压力为pc1、竖井口大气压力为p1、洞罐容积为v1、洞罐气体总量为n1(mol)、温度为t,根据理想气体状态方程,则有:

(pc1+p1)v1=n1rt(公式1)

对于其它的第n组数据,若其洞罐气体相对压力为pcn、竖井口大气压力为pn、洞罐容积为vn、洞罐气体总量为nn(mol)、温度为tn,则有:

(pcn+pn)vn=nnrtn(公式2)

其中,

式中,δv为泵坑和集水池内水体积比初始状态的增加量,α为气体在水中的溶解度,wn为从初始状态到此时的累计抽水量,δt为洞罐气体温度相比初始温度的增加量。

将式(3)代入式(2),可得:

(pcn+pn)(v1-δv)=(n1-α(wn+δv))r(t+δt)(公式4)

经上述修正后,通过式(4)和式(1),可获得与初始状态等同的洞罐气体相对压力的计算式,如下:

由上可得:

定义洞罐气体相对压力变化绝对值δn,为第n组数据测试时的与初始状态pc1的差值的绝对值,即有:

对于任意一组测试数据,若其对应的气体相对压力变化绝对值δn不超过50pa,即在监测仪器误差范围内,表明洞罐气密性良好,该洞罐气密性检验获得通过,可进入下一步;若δn超过50pa,则放空洞罐,对洞罐涌水部位进行增补注浆、确保水幕系统连通性良好且水压力稳定,并查明其它可能存在的气体泄漏通道并进行封堵处理,再重新开始上述检验全过程。

步骤s10:打开洞罐a放空管,使洞罐气体能沿其流出,通过产品进库管道向洞罐a内注水,驱替洞罐气体使其排出,当注水量达到洞罐容积98%时停止注水;将洞罐a排出的压缩空气经洞罐b操作竖井注入,对洞罐b重复上述步骤s6~s10,对其他洞罐的气密性检验依此类推。

2.根据权利要求1所述的一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法,其特征在于:所述检验方法程适用于2个及以上洞罐的大型地下水封洞库气密性检验,在此方法中,对于待检验的洞罐,其洞罐气体压力应始终保持在大气压力状态;在各洞罐注水排气的同时,可将上一个已检验通过的洞罐排出的压缩空气注入下一个待检验洞罐内以节省检验成本。

3.根据权利要求1所述的一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法,其特征在于:在气密性检验的监测仪器及配套管线调试阶段、注气加压阶段、温度稳定阶段和压力测试阶段,充分利用地下水渗流数值模拟软件开展地下水渗流场数值模拟,并通过与实际水文地质监测数据对比以校核水文地质参数、发现水文地质异常现象、动态调整气密性检验过程参数,以消除因偶然事件可能造成的数据误差较大、数据不实甚至无法读取的缺陷。

4.根据权利要求1所述的一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法,其特征在于:从步骤s6的注气加压至检验结束的过程中,洞罐内的水始终保持在泵坑和集水池内,洞罐底板不能留有水垫层;

在步骤s4,向施工巷道、水幕系统和各洞罐的操作竖井注入无菌淡水阶段完成后,施工巷道和操作竖井中的水位须稳定在设计地下水位。

5.根据权利要求1所述的一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法,其特征在于:在步骤s7温度稳定阶段,若无法从洞罐内的多点平均温度计读取温度数值,应从液位报警器(14)的液位报警管处的多点平均温度计读取温度值,同时将温度稳定阶段的持续时间延长至15d以上。

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