一种地下水封油库水幕系统有效性分析与调控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地下水封油库水幕系统有效性分析与调控方法，通过分析不同区域水样与水幕系统供水水化学特征相似性来判断水幕系统有效性，并通过调节水幕供水水质对水幕系统进行调控的方法。本方法在油库建设前、建设中和建成后不同位置处采集地下水水样并进行水化学特征分析，结合聚类分析和主成分分析的方法对水样的水化学特征进行分类，获得库址区水幕系统供水和不同位置处的地下水之间的水力联系情况，进而能够准确判断出地下水封油库的水幕系统是否能有效的运行，并依据分析结果通过调整水幕供水成分对水幕系统进行调控。该发明专利技术提出了一种基于地下水化学特征的地下水封油库水幕系统有效性分析与调控方法。

Effectiveness analysis and control method of a water curtain system for underground oil depot

The invention discloses a method for analyzing and regulating the effectiveness of a water curtain system of a groundwater sealed oil storage, judging the effectiveness of the water curtain system by analyzing the similarity of the chemical characteristics of water samples in different regions and water curtain system, and regulating the water curtain system by regulating the water quality of the water curtain supply. This method collects groundwater samples at different locations before, during and after the construction of oil depots and analyzes their hydrochemical characteristics. Combined with cluster analysis and principal component analysis, the hydrochemical characteristics of the samples are classified. The hydraulic relationship between water supply of water curtain system and groundwater at different locations is obtained. Then it can accurately judge whether the water curtain system of the underground water-sealed oil storage can operate effectively, and adjust the water curtain system by adjusting the water supply components according to the analysis results. The invention presents a method for analyzing and regulating the effectiveness of a water curtain system in a groundwater sealed oil storage based on the chemical characteristics of groundwater.

【技术实现步骤摘要】
一种地下水封油库水幕系统有效性分析与调控方法
本专利技术涉及一种分析与调控地下水封油库水幕系统有效性的方法，具体的说是一种以地下水封油库库址区不同部位的地下水水化学特征为基础，通过分析不同部位地下水水化学特征相似性来判断水幕系统供水是否能够覆盖整个库区，并根据发生的化学反应对水幕系统性能进行调控的方法。本专利技术属于地下工程领域。
技术介绍
随着经济和社会发展，石油的需求量日益增大，进行石油储备意义重大。在石油的储备各种方式中，地下水封油库具有占地小、储量大和安全性高等特点，因此得到了越来越广泛的应用。地下水封油库储油功能建立在以下3个基础条件之上：1)石油相对密度小于水；2)石油遇水不分解，不溶解；3)油库周围水压大于储压。在储油时，地下水封油库依靠水幕系统防止石油泄露。因此，评价水幕系统有效性对于油库的安全稳定运行具有至关重要的作用。但目前还缺少有效的技术手段。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术的主要目的在于构建一种具有极高应用价值的地下水封油库水幕系统有效性分析与调控方法。本方法在油库建设前、建设中和建成后不同位置处采集地下水水样并进行水化学特征分析，结合聚类分析和主成分分析的方法对水样的水化学特征进行分类，获得库址区水幕系统供水和不同位置处的地下水之间的水力联系情况，进而能够准确判断出地下水封油库的水幕系统是否能有效的运行，并依据分析结果通过调整水幕供水成分对水幕系统进行调控。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种地下水封油库水幕系统有效性分析方法，具体包括以下步骤：(1)样品采集：根据确定好的取样时间和取样点分别采集岩石试样和地下水水样，能够反映油库库址区地质特征。(2)样品检测：对采集的岩石试样进行XRD(X射线衍射)分析，以获得库址区岩石的矿物组成，根据岩石的矿物组成成分和区域水文地质条件判断可能发生的水化学反应，来选取相适应的水样检测指标。(3)数据分析：采用聚类分析和主成分分析两种数理统计方法相结合，将相关性很高的水样检测指标转换为彼此相互独立或不相关的新变量，得到水样主成分，绘出各地下水样主成分的散点图，并获得主要影响因素，分别是岩石的溶解和地下水的渗流。对主成分散点图上的取样点进行分组，将主成分散点图上位置较近的点归为一组。(4)水幕有效性讨论：分析水幕供水水化学特征，通过分析与水幕供水水化学特征相似的取样点分布情况判断水幕系统有效性。根据上文技术方案，优选的情况下，所述岩石试样采集在油库建设前，所述水样采集应分别在油库建设前、建设中和投入运行后进行，能够反映全过程地下水化学变化特征。根据上文技术方案，优选的情况下，所述取样时间应避免在暴雨期和干旱期等气候异常时段取样。所述水样采集过程应在1～3天内完成，以避免失去时效性从而对分析结果产生不利的影响。根据上文技术方案，优选的情况下，所述取样点为水文地质单元、不良断层体、工程建设影响区、油气污染区这些关键区域，使得所取得试样具有代表性。根据上文技术方案，更为优选的情况下，对油气污染区包括通风竖井、污水口这些关键区域应加密采集点的布置，重点评估油库建设对环境产生的影响。所述水文地质单元即含水层、相对隔水层、补给区和排泄区而组成的一个地下水流系统，所述不良断层体即岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的部位，所述工程建设影响区即结构施工可能影响到周边地质条件的区域，所述油气污染区即储油过程中因油气泄露可能对周边环境产生污染的区域。所述水化学反应类型主要包括岩石的溶解反应，氧化还原反应，水解反应。硅酸盐矿物包括长石、辉石、角闪石、云母、橄榄石主要发生水解反应。含低价铁的硅酸盐及其他矿物都可以被氧化破坏变成高价铁。岩石的溶解一直发生，其中方解石和白云石易发生溶解反应。所述水样检测指标为：K+、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Al3+、SO42-、CO32-、NO3-、矿化度、全硬度和pH值等指标。其中岩石的溶解反应主要应检测K+、Cl-、Na+、SO42-、CO32-，水解反应应主要检测Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Al3+和pH值等指标。矿化度、NO3-、全硬度对检测水质污染程度有较大作用。根据上文技术方案，优选的情况下，所述将相关性很高的水样检测指标转换为彼此相互独立或不相关的新变量，即设水样样本数为n，选取的水样检测指标数为p，则由水样的原始数据可得矩阵X＝(xij)n×p，其中xij表示第i个取样点的第j项指标数据，指标数据进行标准化，得到标准化矩阵，根据标准化数据矩阵建立协方差矩阵R，Rij(i，j＝1，2，…，p)为原始变量Xi与Xj的相关系数，其计算公式为：其中表示第i个取样点不同指标的平均值，表示j指标的平均值，xkj表示第k个取样点j指标的值，根据协方差矩阵R求出特征值、主成分贡献率和累计方差贡献率，确定主成分个数。根据上文技术方案，更为优选的情况下，解特征方程|λE-R|＝0，其中E表示单位矩阵，求出特征值λi(i＝1，2，…，p)，将其按大小顺序排列，即λ1≥λ2≥…≥λi≥0，主成分Zi的贡献率其中λj表示指标的特征值，得累计贡献率为选取累计贡献率大的作为主成分，累计贡献率达78％-95％的特征值λ1，λ2，…，λm所对应的1，2，…，m(m≤p)，其中整数m即为主成分的个数。根据上文技术方案，优选的情况下，若归为一组内取样点的水样和水幕供水水化学成分相似，说明水幕系统与该部位存在水力联系，水幕系统的水封效果良好，水幕系统能有效运行；反之则说明水幕系统有待改善。若库址区取样点的地下水水样可和水幕供水水样水化学特征相似，说明水幕供水可充分渗入取样点处，该处在水幕孔的供水范围内，这种情况下即可说明水幕系统的水封效果良好，能够有效的防止石油泄露，这种情况下即可说明水幕系统的水封效果良好。本专利技术还提供一种地下水封油库水幕系统有效性调控方法，基于上述水幕系统的有效性分析结果，根据判断的主要水化学反应类型，通过改变水幕系统供水的化学成分调节水岩反应过程，对水幕系统进行调控。本专利技术的有益效果是：本专利技术以地下水封油库库址区地下水的水化学特征相似性为判断依据，在不同建设时期采取能代表地质条件的岩样水样，并根据岩体矿物组成和水文地质条件选择合适的水化学数据指标；利用另种数理统计方法相结合的方法对取样点进行分组，获得与水幕系统供水水化学特征相似取样点分布范围，从而判断水幕系统有效性；结合库址区主要水岩反应类型，通过调节水幕系统供水水质进行水幕系统有效性调控。该方法能够全面、准确的判断出地下水封油库水幕系统是否能有效的运行，并可依据分析结果对水幕系统有效性进行调控。1、建立了一种基于地下水化学原理的地下水封油库水幕系统有效性分析方法；2、本专利技术可根据得到的油库库址区地下水样水化学特征，判断可能发生的水化学反应类型，通过调节水幕供水成分对水幕系统进行调控。相较于之前的判断方法，本专利技术可以有效的避免各种干扰因素，得到的结论也更为可靠，对判断复合条件下地下工程安全性有着重大意义。同时，本专利技术应用范围广泛，除了地下水封油库之外，对于核废料储置、二氧化碳地下封存、垃圾地下填埋、天然气储存等地下工程也适用。附图说明图1为地下水封油库地下工程结构图；图2为地下水封油库库址区地下水取样点位置分布情况；图3为监测时间段内地下水中主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)样品采集：根据确定好的取样时间和取样点分别采集岩石试样和地下水水样；(2)样品检测：对采集的岩石试样进行XRD分析，以获得库址区岩石的矿物组成，根据岩石的矿物组成成分和区域水文地质条件判断发生的水化学反应，来选取相适应的水样检测指标；(3)数据分析：采用聚类分析和主成分分析两种数理统计方法相结合，将相关性很高的水样检测指标转换为彼此相互独立或不相关的新变量，得到水样主成分，绘出各地下水样主成分的散点图，并获得主要影响因素，分别是岩石的溶解和地下水的渗流，对主成分散点图上的取样点进行分组，将主成分散点图上位置较近的点归为一组；(4)水幕有效性讨论：分析水幕供水水化学特征，通过分析与水幕供水水化学特征相似的取样点分布情况判断水幕系统有效性。

【技术特征摘要】
1.一种地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)样品采集：根据确定好的取样时间和取样点分别采集岩石试样和地下水水样；(2)样品检测：对采集的岩石试样进行XRD分析，以获得库址区岩石的矿物组成，根据岩石的矿物组成成分和区域水文地质条件判断发生的水化学反应，来选取相适应的水样检测指标；(3)数据分析：采用聚类分析和主成分分析两种数理统计方法相结合，将相关性很高的水样检测指标转换为彼此相互独立或不相关的新变量，得到水样主成分，绘出各地下水样主成分的散点图，并获得主要影响因素，分别是岩石的溶解和地下水的渗流，对主成分散点图上的取样点进行分组，将主成分散点图上位置较近的点归为一组；(4)水幕有效性讨论：分析水幕供水水化学特征，通过分析与水幕供水水化学特征相似的取样点分布情况判断水幕系统有效性。2.根据权利要求1所述的地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，所述岩石试样采集在油库建设前，所述水样采集应分别在油库建设前、建设中和投入运行后进行，能够反映全过程地下水化学变化特征。3.根据权利要求1所述的地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，所述取样时间应避免在暴雨期和干旱期气候异常时段取样，所述水样采集过程应在1～3天内完成。4.根据权利要求1所述的地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，所述取样点为水文地质单元、不良断层体、工程建设影响区、油气污染区这些关键区域。5.根据权利要求4所述的地下水封油库水幕系统有效性分析方法，其特征在于，对油气污染区的通风竖井、污水口这些关键区域应加密采集点的布置。6.根据权利要求1所述的地下水封油库水幕系统有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：王者超，孙华阳，乔丽苹，黄安达，岳伟平，杨磊，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21