Научный электронный журнал КубГАУ . № 08(16), 2005

УДК 622.011.43

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОКРЕСТНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ПОЛОСТЕЙ-ГАЗОХРАНИЛИЩ

Аршинов Г. А. – к. ф.-м. н.

Кубанский государственный аграрный университет

Исследуется распределение напряжений вблизи эксплуатируемых осесимметричных полостей-газохранилищ различной конфигурации. Рассматривается модель режима эксплуатации.

Рассмотрим одну из схем режима эксплуатации (рис. 1) осесимметричного газохранилища, заложенного в массиве каменной соли на глубине 1000 м. В начальный момент времени (t=0), соответствующий точке А (рис. 1), давление хранимого газа составляет . Через полгода оно повышается до 105  и по истечении следующего полугодия снижается до исходного (точка Е на рисунке 1).

Рисунок 1 – Схема изменения давления газа в хранилище

Для исследования зависимости напряженного состояния эксплуатируемых подобным образом газохранилищ необходимо знание законов деформирования каменной соли в различных циклических режимах нагружения и разгрузки. Экспериментально установлено, что циклические нагрузки не влияют на физико-механические свойства галита.

Предполагая неизменность механических свойств каменной соли в упомянутом режиме эксплуатации газохранилища и учитывая быстротечность процесса релаксации напряжений, будем считать, что при повышении давления газа в полости ползучесть окружающей толщи каменной соли определяется лишь соответствующими приращениями напряжений, а при понижении давления до исходной величины массив переходит в первоначальное состояние, т.е. напряжения, вызванные догрузкой, снимаются.

На основе этих предположений методами конечных элементов и упругих решений исследовалось напряженное состояние вблизи осесимметричных эксплуатируемых газохранилищ, заключенных в толще каменной соли (рис. 2). Уравнения, связывающие напряжения и деформации, были приняты в виде

(1)

с параметрами ; =0,3; =0,73;  (объемный вес галита  [1].

Результаты расчета напряжений сведены в таблицу. Как и следовало ожидать, свободная от нагрузки полость вызывает более высокую начальную

(t=0) концентрацию напряжений по сравнению с заполненной газом под давлением 20  (колонка А таблицы). В процессе релаксации (участок АВ рисунка 1) упругие напряжения вблизи хранилищ трансформируются и к концу полугодия (точка В рисунка 1) достигают практически стабильных значений, указанных в колонке В таблицы.

Р1=–z1 Р2=–z

Рисунок 2 – Схема к расчету осесимметричного нефтегазохранилища, заключенного в массиве каменной соли

В этот момент давление газа в полости мгновенно повышается до 105  (точка С рисунка 1), в результате чего меняется напряженное состояние окружающего массива галита (колонка С таблицы), и в целом концентрация напряжений ослабевает. С течением времени (0,5 года) поле напряжений, соответствующее догрузке в 85 , порождает новый процесс ползучести вмещающей толщи каменной соли, и к концу года (точка D рисунка 1) напряжения достигают значений, указанных в колонке D таблицы (размерность напряжений ).

После снижения давления до 20  устанавливается напряженное состояние, соответствующее точке В, остающееся неизменным в промежутке времени ЕF (рисунок 1).

Рассмотренный цикл изменения напряженного состояния эксплуатируемого газохранилища повторяется при последующих аналогичных колебаниях внутреннего давления газа в полости.

Список литературы

1. Ержанов, Ж. С. Ползучесть соляных пород / Ж. С. Ержанов, Э. И. Бергман. – Алма-Ата : Наука, 1977.

Научный электронный журнал КубГАУ . № 08(16), 2005