一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法技术

本发明专利技术提出提出一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法，先布置监测网络；清洗洞罐并绘制库容‑深度曲线图；再校核库容‑深度曲线图和围岩渗透系数取值；检验时先注入无菌淡水；再向待检验洞罐注入压缩空气，其余尚未检验通过的洞罐保持大气压力；注气阶段结束后，待检验洞罐先后进入温度稳定阶段和压力测试阶段，计算压力测试阶段的气体压力变化绝对值，若洞罐的气密性检验通过；向检验通过的洞罐注水排气，将排出的气体注入下一个待检验洞罐继续检验。本发明专利技术基于地下水渗流场数值模拟和现场监测，克服了现有方法无法对气密性检验参数进行动态校核、调整的弊端；提出了正确的压力测试阶段气体相对压力修正公式，确保气密性检验结果可靠。

A test method for air tightness of underground water sealed cavern under the condition of multiple caverns and tanks

【技术实现步骤摘要】
一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法
本专利技术涉及石油、液化石油气等能源储存的地下水封洞库工程
，尤其是一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法。
技术介绍
在石油对外依存度逐年提高、西方国家石油储备体系逐步完善的背景下，我国于2003年开始实行国家战略石油储备计划，分三期进行。鉴于地下储备库在安全、环保、节省费用和节约土地等方面的优势，二期的黄岛、湛江、惠州和锦州4个，三期规划的8～10个均采用地下水封洞库形式。同时，储存液化石油气的地下水封洞库也在我国多处兴建，已建或在建的液化石油气水封洞库有近10个。由于地下水封洞库储存的石油、液化石油气一旦泄漏将造成极其严重的安全生产问题和环境污染问题，因此在洞库正式投入运营之前，必须对各个洞罐的气密性进行科学检验，以提前排除潜在的泄漏隐患。目前，传统的压力容器或压力管道的气密性检验方法主要有超声波检测法、压水试验法、气体示踪法和压气试验法等。从原理和可行性上看，压气试验法可有效应用于地下水封洞库气密性检验，目前对此已有初步研究，但存在以下技术缺陷：①缺少各个洞罐的全面水文地质与工程地质监测系统以及与之相应的地下水渗流场动态模拟，由此无法校核气密性检验参数的合理性且无法对检验参数进行动态调整；②气密性检验过程中的关键指标未被系统提出，导致目前的气密性检验结果可信性较低、危险性较大；③目前提出的压力测试阶段的气体相对压力修正公式是错误的，无法进行工程应用；④对于多洞罐条件下的地下水封洞库气密性检验技术基本空白。
技术实现思路
本专利技术提出一种多洞罐条件下地下水封洞库气密性检验方法，有较好的准确性，而且能在多个洞罐条件下进行高效检测。本专利技术采用以下技术方案。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)；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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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)；/n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；/n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；/n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Visual Modflow、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；/n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；/n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；/n此过程中，每1h至少记...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹洋兵，公维国，黄真萍，吴阳，谢浩，黄月，刘志，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35