Kazi hii inazidi kuwa muhimu na mifumo ya nishati mbadala. Uhifadhi wa nishati chini ya ardhi Na haswa Hifadhi ya hidrojeni katika mapango ya chumvi kwa upande wa usalama wa kijiografia. Vyanzo vinavyoweza kurejeshwa kama vile jua na upepo havitoi kiasi sawa cha nishati kila wakati. Kwa sababu hii, kubadilisha umeme wa ziada kuwa hidrojeni ya kijani na kuhifadhi hidrojeni hii kwa usalama kwa kiasi kikubwa inachukuliwa kuwa muhimu kwa mustakabali wa mifumo ya nishati. Mapango ya chumvi ni wagombea wenye nguvu kwa kusudi hili; kwa sababu mwamba wa chumvi una upenyezaji mdogo sana, uwezo wa kujiponya kwa sehemu na tabia inayofaa ya mitambo.

Hata hivyo, tahadhari kuu ya utafiti ni kwamba mapango ya chumvi yanaweza kubaki salama yanapoendeshwa na mzunguko mmoja au mdogo wa kutokwa polepole kwa mwaka; hata hivyo, ikiwa sindano ya hidrojeni na uzalishaji hufanywa mara nyingi zaidi ili kukabiliana na mabadiliko ya nishati mbadala, mwamba wa chumvi karibu na pango unakabiliwa na uchovu mzito zaidi wa thermo-mechanical. Wakati wa sindano ya gesi, joto ndani ya pango huongezeka kwa sababu ya ukandamizaji. Wakati wa uzalishaji wa gesi, joto hupungua haraka kwa sababu ya upanuzi na athari ya Joule-Thomson. Kwa kuwa conductivity ya mafuta ya mwamba wa chumvi ni ya chini, mabadiliko haya ya joto hujilimbikizia katika eneo nyembamba karibu na ukuta wa pango, ambapo matatizo ya joto yanayojirudia hutokea.

Watafiti wameunda mfano wa kawaida wa kutambaa wa Burgers kuelezea shida hii. Mtindo mpya unahusika na kudhoofika kwa moduli ya elastic na joto, mabadiliko ya mnato na sheria ya Arrhenius, kuongezeka kwa mkazo kwa kasi ya kutambaa, na microcracks kukusanya na kukuza uharibifu. Mfano; Ilijaribiwa kuthibitishwa na majaribio ya pango la chumvi ya kiwango cha maabara, vipimo vya utoaji wa akustisk, ufuatiliaji wa uvujaji wa gesi na uigaji wa nambari wa miaka 30.

Hitimisho kuu la utafiti liko wazi kabisa: Mzunguko wa sindano-kwa-uzalishaji wa 1 kwa mwaka unaonekana kuwa salama mwishoni mwa mwaka 30 kwa pango la chumvi la JK8-6 la Jintan lililosomwa. Katika mizunguko 2 kwa mwaka, hatari ya kukosekana kwa utulivu wa muundo wa ndani inaonekana. Katika mizunguko 3 kwa mwaka, sababu ya uharibifu wa jumla inazidi kizingiti cha uhandisi 0,5 katika mikoa mikubwa, na hatari ya mtandao wa ufa wa macroscopic, upotezaji wa muhuri na uhamiaji wa hidrojeni huongezeka kwa kiasi kikubwa.

Ugunduzi huu unaonyesha kuwa mifumo ya uhifadhi wa hidrojeni sio tu kwa kiasi, shinikizo, na uwezo wa kiuchumi, Mzunguko wa uendeshaji Inaonyesha pia kwamba inapaswa kuundwa kwa suala la afya. Ingawa pango moja linaweza kufanya kazi kwa usalama na mzunguko mmoja kwa mwaka, inaweza kuwa hatari kwa muda mrefu na mizunguko mitatu kwa mwaka. Kwa sababu hii, uhifadhi wa hidrojeni wa pango la chumvi unapaswa kusimamiwa kwa kutathmini uchovu wa mwamba, mshtuko wa joto, deformation ya kutambaa na upotezaji wa kupenyeza pamoja, sio kwa mantiki ya "kukimbia mara nyingi hutoa kubadilika bora" wakati wa kuunganisha kwenye gridi za nishati mbadala.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Kiini cha utafiti huu ni tatizo muhimu lakini mara nyingi hupuuzwa la mpito wa nishati: Ni vigumu kuhifadhi hidrojeni hii kwa usalama kwa muda mrefu kama ilivyo kuzalisha kiasi kikubwa cha hidrojeni ya kijani. Nishati ya upepo na jua inakua kwa kasi katika uzalishaji wa umeme; lakini vyanzo hivi vinabadilika kwa asili. Jua halitoi usiku, hupungua siku za mawingu; upepo hauvumi kila wakati kwa kasi sawa. Ili mfumo wa nishati ubaki katika usawa, uzalishaji wa ziada lazima uhifadhiwe na kutumiwa tena inapohitajika.

Hidrojeni ya kijani inaonekana kama suluhisho muhimu kwa wakati huu. Umeme mbadala wa ziada unaweza kubadilishwa kuwa hidrojeni kupitia electrolysis. Hidrojeni inaweza kutumika katika tasnia, usafirishaji, uzalishaji wa umeme au uhifadhi wa nishati ya msimu. Hata hivyo, mara nyingi haitoshi na ya kiuchumi kuweka mizinga juu ya uso ili kuhifadhi kiasi kikubwa cha hidrojeni. Kwa sababu hii, uhifadhi wa chini ya ardhi, hasa mapango ya chumvi, unasimama kama chaguo dhabiti la kijiolojia kwa uhifadhi mkubwa wa hidrojeni.

Mapango ya chumvi ni mashimo makubwa ya chini ya ardhi ambayo huundwa kwa asili au kwa bandia. Mwamba wa chumvi una upenyezaji mdogo sana; Hiyo ni, ni vigumu kwa gesi kutoroka kupitia mwamba. Kwa kuongeza, mwamba wa chumvi una uwezo wa kuziba microcracks na kudumisha sehemu yake mwenyewe kwani inaonyesha tabia ya plastiki/kutambaa kwa muda. Sifa hizi hufanya mapango ya chumvi kuwa ya thamani kwa gesi asilia, hewa iliyoshinikizwa, na uhifadhi wa hidrojeni.

Walakini, utafiti unaonyesha kuwa hali ya jadi ya uendeshaji imebadilika katika uhifadhi wa hidrojeni uliounganishwa na nishati mbadala. Mapango ya kawaida ya kuhifadhi gesi kawaida hufanya kazi kwa msimu: hujazwa wakati fulani wa mwaka na kumwagika wakati fulani wa mwaka. Katika hali kama hiyo ya uendeshaji, mabadiliko ya shinikizo na joto hutokea polepole zaidi na mara chache. Hifadhi za hidrojeni zinazotumiwa kukabiliana na mabadiliko ya nishati mbadala zinaweza kuhitaji sindano na uzalishaji wa mara kwa mara. Hii inafunua mwamba wa chumvi karibu na pango kwa upakiaji-upakuaji wa masafa ya juu na mizunguko ya upanuzi wa joto.

Swali la msingi la utafiti linatokea katika hatua hii: Ikiwa mfumo wa kuhifadhi hidrojeni wa pango la chumvi utaongezwa na kumwagika mara kadhaa kwa mwaka ili kukidhi mabadiliko ya mara kwa mara ya gridi ya nishati mbadala, je, mwamba unaozunguka pango unaweza kubaki umefungwa na salama kimuundo kwa miaka 30?

Kwa nini operesheni ya masafa ya juu inaweza kuwa hatari zaidi?

Kizazi cha sindano ya masafa ya juu hukuza athari mbili za msingi wakati huo huo kwenye mwamba karibu na pango: uchovu wa mitambo na uchovu wa joto.

Kwa upande wa mitambo, shinikizo la gesi ndani ya pango huongezeka wakati wa sindano na hupungua wakati wa uzalishaji. Wakati shinikizo linaongezeka, ukuta wa pango unalazimishwa nje; wakati shinikizo linapungua, msaada kwenye mwamba unaozunguka hupungua. Upakuaji huu unaoendelea huathiri deformation ya kutambaa na ugawaji upya wa dhiki wa mwamba wa chumvi. Deformations ambayo inaonekana ndogo katika mzunguko mmoja, inapokusanywa kwa miongo kadhaa, inaweza kusababisha kupungua kwa kiasi cha pango, maendeleo ya nyufa katika mwamba unaozunguka, na kutokuwa na utulivu wa ndani.

Kwa upande wa joto, tabia ya gesi ni ngumu zaidi. Gesi ya shinikizo la juu inapojaza pango wakati wa sindano, ukandamizaji na mkusanyiko wa joto hutokea. Utaratibu huu huongeza joto ndani ya pango. Wakati wa uzalishaji, gesi hupanuka na baridi hutokea kwa sababu ya athari ya Joule-Thomson. Wakati huu, joto ndani ya pango hupungua haraka. Kwa maneno mengine, ukuta wa pango kwanza huwaka moto na kisha kupoa katika mzunguko mmoja.

Kwa sababu conductivity ya mafuta ya mwamba wa chumvi ni ya chini, mabadiliko haya ya joto hayawezi kuenea haraka katika maeneo ya mbali na pango. Kubadilishana joto kwa kiasi kikubwa kunatokana na nyembamba katika eneo lililoathiriwa na joto hupunguza. Wakati mwamba unapokanzwa kila wakati na kupoa katika eneo hili nyembamba, upanuzi wa mafuta unaojirudia na mikazo ya contraction hutokea. Mikazo hii inaweza kuanzisha microcracks, kupanua nyufa zilizopo, na kudhoofisha kizuizi cha kuziba kwa muda.

Kwa hiyo, operesheni ya juu-frequency sio tu kuhusu "kufanya mchakato sawa mara nyingi zaidi". Kila mzunguko unaweza kuacha athari ndogo ya uharibifu wa mitambo na joto kwenye ukuta wa pango. Kadiri idadi ya mizunguko inavyoongezeka, athari hizi zinaweza kuungana na kufikia viwango muhimu vya uharibifu vinavyoamua usalama wa muundo.

Mchoro wa mfumo wa nishati wa dhana unasema nini?

Mchoro wa mfumo wa nishati ya dhana mwanzoni mwa utafiti unaonyesha mnyororo kutoka kwa umeme mbadala hadi hidrojeni ya kijani na kutoka hapo hadi uhifadhi wa chini ya ardhi. Umeme kutoka kwa vyanzo vya vipindi kama vile upepo na jua unahusishwa na gridi ya umeme. Umeme wa ziada hutumiwa kuzalisha hidrojeni katika mifumo ya electrolysis. Hidrojeni inayozalishwa hutumwa kwenye mapango ya chumvi ya chini ya ardhi kwa uhifadhi mkubwa na wa muda mrefu. Hidrojeni hii inaweza kurejeshwa kwenye mfumo wa nishati ikiwa inahitajika.

Mchoro huu unaonyesha kwa nini utafiti sio tu juu ya mechanics ya miamba, lakini pia juu ya usalama wa mfumo wa nishati. Ikiwa pango la kuhifadhi hidrojeni halifanyi kazi kwa usalama, kubadilika kunahitajika kwa ujumuishaji wa nishati mbadala pia hudhoofika. Kwa maneno mengine, uharibifu wa mwamba chini ya ardhi unaweza kuathiri kwa njia isiyo ya moja kwa moja kuegemea kwa gridi ya nishati juu ya uso.

Je, mzunguko wa mara kwa mara wa uingizaji na uzalishaji unaelezewaje?

Mchoro wa utaratibu wa uendeshaji uliotolewa katika utafiti unatoa muhtasari wa njia za uharibifu zinazotokea kwenye ukuta wa pango wakati wa sindano ya gesi na uzalishaji. Wakati wa awamu ya sindano, shinikizo la gesi na joto huongezeka. Wakati wa awamu ya uzalishaji, shinikizo hupungua, gesi hupanuka, na joto ndani ya pango hupungua. Mzunguko huu huunda matatizo ya mara kwa mara ya mafuta na mabadiliko ya mzigo wa mitambo karibu na ukuta wa pango.

Hatari tatu zinaonekana haswa katika mpango huo:

• Kupunguza kiasi: Kwa sababu ya tabia ya kutambaa ya mwamba wa chumvi, kiasi cha pango kinaweza kupungua kwa muda.
• Uharibifu wa mvutano na kukata: Mshtuko wa joto na ugawaji upya wa mafadhaiko unaweza kuunda nyufa za mvutano zilizojanibishwa au uharibifu wa shear.
• Kupoteza kukazwa: Ikiwa microcracks zitaungana katika mtandao wa nyufa za macroscopic, hatari ya uhamiaji wa hidrojeni na kutoroka kwa gesi inaweza kuongezeka.

Kwa wakati huu, utafiti una ujumbe muhimu: Usalama katika pango la chumvi hauwezi kupimwa tu ikiwa pango litaanguka. Hata kama pango linaonekana kuwa limesimama kijiometri, usalama wa uhifadhi unaweza kuathiriwa ikiwa mtandao wa microcracks kwenye mwamba unaozunguka utavuruga muhuri. Ukubwa mdogo wa molekuli ya hidrojeni na mahitaji makubwa ya kuziba hufanya hatari hii kuwa nyeti zaidi.

Mfano wa classic wa Burgers ni nini?

Wakati mwamba wa chumvi uko chini ya mzigo kwa muda mrefu, hubadilisha sura kwa muda badala ya kuvunjika mara moja. Tabia hii Kutambaa inaitwa. Kutambaa ni muhimu sana katika mapango ya chumvi chini ya ardhi; kwa sababu mwamba wa chumvi karibu na pango huenda polepole kwa miaka, kupunguza kiasi cha pango na kupanga upya eneo la mafadhaiko.

Mfano wa kawaida wa Burgers ni mfano wa viscoelastic unaotumiwa kuelezea tabia ya kutambaa. Mfano huo umejengwa kwa kuunganisha kipengele cha Maxwell na kipengele cha Kelvin katika mfululizo. Kipengele cha Maxwell kinawakilisha majibu ya elastic ya papo hapo na mtiririko wa muda mrefu wa viscous. Kipengele cha Kelvin, kwa upande mwingine, kinaelezea deformation ya elastic iliyochelewa.

Uhusiano wa kawaida wa kutambaa wa Burgers chini ya mafadhaiko ya mara kwa mara unaweza kuandikwa kama:

\[ \varepsilon(t)= \frac{\sigma}{E_1} + \frac{\sigma}{\eta_1}t + \frac{\sigma}{E_2} \left( 1-e^{-\frac{E_2}{\eta_2}t} \right) \]

Katika fomula hii, \(\varepsilon(t)\) ni mabadiliko ya mkazo wa kutambaa yanayotegemea wakati. \(\sigma\) ni mkazo unaotumika. \(E_1\) ni moduli ya elastic ya papo hapo ya mwili wa Maxwell na huamua deformation ya elastic inayoweza kurejeshwa wakati wa kupakia. \(\eta_1\) ni mgawo wa mnato wa Maxwell na inadhibiti mtiririko wa kudumu wa mnato wa muda mrefu. \(E_2\) ni moduli ya elastic ya mwili wa Kelvin. \(\eta_2\) ni mgawo wa mnato wa mwili wa Kelvin na huamua kiwango cha deformation ya kuchelewa.

Neno la kwanza katika fomula linawakilisha deformation ya elastic ya papo hapo, neno la pili linawakilisha deformation ya kudumu ya viscous ambayo hujilimbikiza kwa muda, na neno la tatu linawakilisha deformation ya elastic ambayo hupungua kwa wakati. Kwa hiyo, mfano wa Burgers ni muhimu kwa kuelezea deformation ya awali, kutambaa kwa kasi, na tabia thabiti ya kutambaa ya mwamba wa chumvi.

Kwa nini mtindo wa kawaida wa Burgers hauzingatiwi vya kutosha?

Mfano wa classic wa Burgers una kizuizi muhimu: Vigezo vya mfano mara nyingi huchukuliwa kuwa mara kwa mara. Hata hivyo, katika uhifadhi wa hidrojeni chini ya ardhini, joto, shinikizo na dhiki karibu na pango hubadilika kila wakati. Joto na shinikizo huongezeka wakati wa sindano; hupungua wakati wa uzalishaji. Mabadiliko haya huathiri moduli ya elastic, viscosity na uharibifu wa maendeleo ya mwamba wa chumvi.

Kwa maneno mengine, mwamba haufanyi kama nyenzo sawa katika kila mzunguko. Kadiri joto linavyoongezeka, moduli ya elastic inaweza kudhoofika. Kadiri mafadhaiko yanavyoongezeka, mtiririko wa viscous unaweza kuharakisha. Kadiri microcracks inavyojilimbikiza, eneo la ufanisi la kuzaa hupungua na mkazo sawa wa nje huunda athari ya juu ya mkazo wa ndani. Kwa hiyo, mfano wa classical unaweza kuwa wa kutosha kukamata kikamilifu uchovu wa thermo-mechanical katika shughuli za kuhifadhi hidrojeni za masafa ya juu.

Utafiti huu unapanua muundo wa Burgers pamoja na halijoto, shida, na mageuzi ya uharibifu ili kushughulikia kizuizi hiki haswa.

Je, joto linaathiri vipi moduli ya elastic?

Katika utafiti huo, ilikubaliwa kuwa moduli ya elastic ya mwamba wa chumvi hupungua kwa kasi na joto, sio mstari. Tabia hii inaonyeshwa na fomula ifuatayo ya MathJax:

\[ E_i(T)=E_{i0}\exp(-\beta_E \Delta T) \]

\[ \Delta T=T-T_0 \]

ambapo \(E_i(T)\) inaonyesha moduli ya elastic chini ya joto \(T\). \(E_{i0}\) ni moduli ya elastic kwenye joto la kumbukumbu. \(T_0\) ni halijoto ya kumbukumbu. \(\Delta T\) ni tofauti kati ya halijoto ya sasa na halijoto ya kumbukumbu. \(\beta_E\) ni mgawo wa kupunguza, ambao unaonyesha unyeti wa moduli ya elastic kwa joto.

Maana ya formula hii ni kwamba wakati joto linaongezeka, upinzani wa elastic wa mwamba wa chumvi hupungua. Hiyo ni, mwamba unakuwa zaidi kukabiliwa na deformation chini ya dhiki sawa. Wakati ukuta wa pango unawaka wakati wa sindano ya gesi, kudhoofika kwa joto hili kunaweza kuharakisha deformation ya kutambaa.

Kwa nini mnato umebadilishwa na sheria ya Arrhenius?

Mnato ni upinzani wa muda mrefu wa nyenzo kwa mavuno au kutambaa. Mwamba wa chumvi unaweza kutambaa kwa urahisi zaidi wakati joto linapoongezeka. Tabia hii inaweza kuelezewa na uhusiano wa aina ya Arrhenius, kama ilivyo katika michakato mingi iliyoamilishwa kwa joto.

Katika utafiti, mgawo wa mnato ulibadilishwa na athari ya joto na mafadhaiko kama ifuatavyo:

\[ \eta_j(T,\sigma)= \frac{ \eta_{j0} \exp\left(\frac{Q_j}{R(T+273)}\right) }{ 1+\alpha_\sigma \sigma } \]

ambapo \(\eta_j(T,\sigma)\) ni mgawo wa mnato uliosahihishwa chini ya joto na mafadhaiko. \(\eta_{j0}\) ni mgawo wa mnato katika hali ya kumbukumbu. \(Q_j\) ni nishati ya uanzishaji ya mtiririko wa viscous. \(R\) ni gesi bora mara kwa mara. \(T+273\) ni halijoto iliyobadilishwa kuwa kiwango cha Kelvin. \(\alpha_\sigma\) ni uimarishaji wa mkazo au mgawo wa unyeti wa mafadhaiko. \(\sigma\) inarejelea kiwango cha mkazo kinachotumika.

Fomula hubeba athari mbili za msingi kwa wakati mmoja. Wakati joto linapoongezeka, mtiririko wa viscous huharakisha. Wakati mkazo unapoongezeka, neno \(1+\alpha_\sigma\sigma\) katika denominator hukua na mnato mzuri hupungua. Wakati mnato unapungua, mwamba hutambaa kwa urahisi zaidi. Kwa hivyo, fomula inaelezea kihisabati ujumbe kwamba "joto la juu na mkazo wa juu hutoa deformation ya haraka ya kutambaa."

Kigezo cha uharibifu D kinamaanisha nini?

Moja ya vipengele muhimu zaidi vya utafiti ni tofauti ya uharibifu inayoendelea, ambayo inawakilisha mkusanyiko wa microcracks. Tofauti hii inaonyeshwa na \(D\) na kwa ujumla inazingatiwa katika safu \(0 \leq D \leq 1\). \(D=0\) inaonyesha kuwa nyenzo hazijaharibiwa au hazijakamilika; \(D\) inaonyesha kuwa microcracks huongezeka kadiri inavyokua; \(D\) inaonyesha kuwa nyenzo hupoteza uwezo wake wa kubeba na kuziba inapofikia maadili ya juu sana.

Kulingana na mechanics ya uharibifu unaoendelea, eneo la kuzaa la nyenzo hupungua kadiri microcracks inavyoongezeka. Katika kesi hii, mkazo sawa wa nje hufanya kama mkazo wa juu zaidi ndani ya nyenzo zilizoharibiwa:

\[ \tilde{\sigma}=\frac{\sigma}{1-D} \]

ambapo \(\tilde{\sigma}\) ni mkazo mzuri unaokuzwa kwa sababu ya uharibifu. \(\sigma\) ni mkazo wa macroscopic unaotumiwa nje. \(D\) ni tofauti ya uharibifu. Kadiri \(D\) inavyoongezeka, \(1-D\) inakuwa ndogo na mafadhaiko ya ufanisi yanakua. Hii inaelezea hali ya kujiharakisha ya uharibifu: uharibifu mkubwa, shida zaidi ya nyenzo hupata; kadiri inavyopata shida zaidi, uharibifu unakua haraka.

Je, mageuzi ya uharibifu yanaundwaje?

Utafiti huo ulitumia equation ikiwa ni pamoja na halijoto, masafa ya kupakia, kunyoosha sawa, na athari ya kujiongeza kasi ili kufanya uharibifu ukue kwa muda:

\[ \frac{dD}{dt} = C f \left[ \frac{\sigma_{eq}/\sigma_c}{1-D} \right]^m \exp\left[ -\frac{Q_D}{R(T+273)} \right] \]

Katika fomula hii, \(\frac{dD}{dt}\) ni kiwango ambacho uharibifu huongezeka kwa muda. \(C\) ni mgawo wa uharibifu uliorekebishwa kwa majaribio. \(f\) ni mzunguko wa upakiaji unaopishana; yaani, inawakilisha mzunguko wa mizunguko ya sindano-kwa-uzalishaji. \(\sigma_{eq}\) ni thamani inayotafsiri hali ya mkazo wa tatu-dimensional katika ukubwa mmoja sawa wa mafadhaiko. \(\sigma_c\) ni nguvu ya tabia. \(m\) ni kielelezo ambacho huamua unyeti usio na mstari wa mageuzi ya uharibifu. \(Q_D\) ni nishati ya uanzishaji wa uharibifu. \(R\) ni gesi bora mara kwa mara. \(T\) ni joto.

Mlinganyo huu ndio moyo wa utafiti. Kwa sababu hubeba mawazo matatu muhimu mara moja:

• Kadiri mzunguko wa uendeshaji unavyoongezeka \(f\), ndivyo uharibifu unavyojilimbikiza haraka.
• Kadiri mkazo sawa \(\sigma_{eq}\) unavyoongezeka, ukuaji wa microcrack huharakisha.
• Kadiri uharibifu \(D\) unavyoongezeka, \(1-D\) inakuwa ndogo, na uharibifu unaofuata unakuwa haraka.

Kwa hivyo, hatari sio laini katika uhifadhi wa hidrojeni wa masafa ya juu. 3 mizunguko kwa mwaka haiwezi kutoa mara tatu tu ya athari za mizunguko ya 1 kwa mwaka; matokeo ya muda mrefu yanaweza kuwa makali zaidi kwa sababu uharibifu unajiharakisha.

Je, hali ya mkazo wa pande tatu inazingatiwaje?

Mwamba wa chumvi chini ya ardhi hauko chini ya mkazo rahisi wa uniaxial. Mzigo wa kifuniko, mafadhaiko ya kijiolojia ya usawa, shinikizo la gesi ya ndani ya pango, mafadhaiko yanayosababishwa na joto, na athari za safu hufanya kazi pamoja juu yake. Kwa hivyo, mfano hutumia mkazo sawa kulingana na makadirio ya Mohr-Coulomb badala ya mafadhaiko ya uniaxial:

\[ \sigma_{eq} = \frac{1}{3}I_1\sin\varphi + \sqrt{J_2} \left( \cos\theta - \frac{\sin\theta\sin\varphi}{\sqrt{3}} \right) - c\cos\varphi \]

ambapo \(\sigma_{eq}\) ni mkazo sawa unaotumiwa katika tathmini ya uharibifu na mavuno. \(I_1\) ni isiyobadilika ya kwanza ya tensor ya mkazo na inahusiana na hali ya wastani / ya kawaida ya mafadhaiko. \(J_2\) ni mkazo wa kupotoka na inawakilisha athari ya kubadilisha sura/shear. \(\theta\) ni pembe ya Lode na inaonyesha tabia ya njia ya mkazo wa pande tatu. \(\varphi\) ni pembe ya msuguano wa ndani. \(c\) ni mshikamano.

Maana ya vitendo ya formula hii ni kwamba mwamba karibu na pango hautathminiwi tu kulingana na shinikizo, lakini kulingana na mchanganyiko wa tatu-dimensional wa dhiki. Hii ni njia ya kweli zaidi; kwa sababu katika mapango ya chumvi, uharibifu mara nyingi hausababishwi na mzigo katika mwelekeo mmoja, lakini kwa mchanganyiko wa shinikizo, shear, tensile na athari za mkazo wa joto.

Je, usanidi wa majaribio uliwekwaje?

Majaribio ya uigaji wa kimwili wa kiwango cha maabara yalifanywa ili mfano huo usibaki kinadharia tu. Sampuli ya mwamba wa chumvi asilia kutoka Pakistan ilitumika katika majaribio. Kipenyo cha sampuli 200 mm, urefu 400 mm imetolewa kama. Pango dogo la chumvi liliundwa ndani ya sampuli. Kipenyo cha juu cha pango lililoundwa ni 62,58 mm, urefu 75,12 mm, na kiasi chake ni 158,64 mL Imeelezwa kama.

Usanidi huu wa majaribio unakusudia kuiga operesheni halisi ya pango la chumvi kwa kiwango cha maabara. Shinikizo la axial na mzunguko hutumiwa kwa sampuli kutoka nje. Gesi ya shinikizo la juu hudungwa ndani ya pango. Shinikizo la gesi huongezeka kwa mzunguko na kupungua. Kwa hivyo, mizunguko ya uzalishaji wa sindano ambayo hutokea kwenye pango halisi la kuhifadhi inaigwa kwa kiwango kidogo.

Deformation ya axial, deformation ya radial, na uvujaji wa gesi ulipimwa wakati wote wa jaribio. Pia kufuatilia maendeleo ya microcrack Utoaji wa sauti mfumo ulitumika. Utoaji wa acoustic hutambua mawimbi ya elastic yaliyotolewa wakati wa matukio kama vile uundaji wa nyufa au kuteleza kidogo kwenye mwamba. Kwa hivyo ni zana yenye nguvu ya kuelewa ni lini na kwa kiwango gani uharibifu unatokea kwa kiwango cha maabara.

Je, ni hali gani za majaribio?

Masharti matatu makuu ya majaribio yalianzishwa katika utafiti:

Kila jaribio lilikuwa na mizunguko 5. Kila mzunguko ulidumu masaa 12; Ilijumuisha shinikizo la chini, shinikizo la juu na hatua za marekebisho ya shinikizo. Heliamu ilitumika kama gesi. Shinikizo la juu la gesi ni 17 MPa na shinikizo la chini la gesi ni 7 MPa. Baada ya majaribio, maji ya chumvi yaliyojaa yaliingizwa ndani ya pango ili uharibifu wa awali usiathiri majaribio yaliyofuata na athari ya kujiponya ya mwamba wa chumvi ilitumiwa kwa kuiweka chini ya shinikizo 7 MPa kwa siku 3.

Ni vipengele gani vya mfano ambavyo matokeo ya majaribio yanaunga mkono?

Matokeo ya majaribio yalitathminiwa kutoka kwa vipengele vitatu kuu: deformation ya macroscopic creep, maendeleo ya uharibifu na utoaji wa acoustic, na utendaji wa kubana kwa gesi.

Kwanza, deformation ya creep ya radial ilitofautiana sana. Deformation ya radial mwishoni mwa mzunguko 5 katika hali ya msingi 0,0159% kiwango. Chini ya hali ya joto la juu, thamani hii 0,0245% imekuwa. Chini ya hali ya juu ya mkazo wa kupotoka, 0,0388% imefikia kiwango.

Matokeo haya yanaonyesha kuwa ongezeko la joto huharakisha kutambaa kwa mwamba wa chumvi; hata hivyo, mkazo mkubwa wa kupotoka una athari ya kuharakisha deformation. Ugunduzi huu unasaidia kupatikana kwa kulainisha joto na neno sawa la kuendesha mkazo katika mfano.

Pili, tofauti ya uharibifu wa jumla iliyotokana na uzalishaji wa acoustic ilionyesha maendeleo ya fomu ya S badala ya mstari. Ongezeko la haraka lilizingatiwa mwanzoni, kisha maendeleo thabiti zaidi, na kisha mabadiliko ya uharibifu wa haraka. Hasa 5 chini ya hali ya mkazo mkubwa wa kupotoka. Uharibifu tofauti katika mzunguko D = 0,076 kiwango na ilionyesha mwelekeo usio thabiti wa uenezi. Tabia hii inaendana na utaratibu wa kujiongeza kasi unaowakilishwa na dhehebu \(1-D\) katika equation ya uharibifu.

Tatu, uvujaji wa gesi ulikua sambamba na tofauti ya uharibifu. Katika hali ya msingi na katika hali ya joto la juu, ongezeko la uvujaji ni mdogo zaidi na la kawaida zaidi. Katika hali ya mkazo wa juu wa deviatoric, 5 baada ya mkusanyiko wa polepole katika mizunguko ya kwanza. Kiwango cha kuvuja huongezeka kwa kasi katika mzunguko 0,105% kiwango. Hii inaonyesha tabia ya microcracks kuunganisha na kuvuruga kizuizi cha kuziba.

Wakati ushahidi huu tatu unatathminiwa pamoja, inaonekana kwamba mfano unaweza kuwakilisha sio tu deformation lakini pia uharibifu wa mkusanyiko na mwelekeo wa upotezaji wa muhuri. Kama matokeo ya urekebishaji, mgawo wa jumla wa kufaa wa mfano ulifikia kiwango cha \(R^2 > 0,92\), ikionyesha makubaliano makubwa na data ya majaribio.

Vigezo vya mfano vilivyosawazishwa vinamaanisha nini?

Katika utafiti huo, vigezo vya msingi vya mfano wa Burgers iliyoharibiwa na thermo-mechanical vilisawazishwa na data ya majaribio. Baadhi ya maadili maarufu ni:

Vigezo hivi vinaonyesha kuwa mfano sio tu equation ya kinadharia, lakini inafanywa kwa nambari inayoweza kutekelezwa na data ya majaribio. Hasa, thamani ya \(m=3,5\) inaonyesha kuwa mageuzi ya kushindwa sio ya mstari, lakini ni nyeti sana kwa mafadhaiko na hali ya kutofaulu.

Mfumo wa tathmini ya uthabiti wa pande tano ni nini?

Moja ya michango muhimu ya utafiti ni kwamba haipunguzi usalama wa pango la chumvi kwa kigezo kimoja. Inaweza kuwa haitoshi kutathmini ikiwa pango ni salama kwa kuhamishwa peke yake, shida peke yake, au uharibifu peke yake. Kwa hivyo, utafiti ulianzisha mfumo wa tathmini ya pande tano:

• Uhamisho wa jumla,
• Vuta faharisi ya hatari,
• Sababu ya hifadhi ya nguvu ya nguvu,
• Deformation sawa ya viscoplastic,
• Sababu ya uharibifu wa jumla.

Muundo huu unatathmini mabadiliko ya jiometri ya macroscopic, hatari ya ufa wa mvutano, nguvu ya kukata manyoya, mtiririko wa kutambaa, na mkusanyiko wa microcrack wakati huo huo. Kwa hivyo, pango linachunguzwa sio tu na swali "je, imeanguka?" lakini kwa swali "je, ukali wake na uadilifu wa muundo wa muda mrefu unadumishwa?"

Je, jumla ya uhamishaji huhesabiwaje?

Uhamishaji wa jumla ni ukubwa wa pamoja wa mwendo wa hatua ndani ya mwamba katika pande tatu za anga:

\[ U_{\mathrm{total}}=\sqrt{u^2+v^2+w^2} \]

ambapo \(u\), \(v\) na \(w\) ni vipengele vya uhamishaji katika maelekezo \(X\), \(Y\) na \(Z\), kwa mtiririko huo. \(U_{\mathrm{total}}\) inatoa jumla ya athari ya kijiometri ya vipengele hivi vitatu.

Kwa usalama wa macroscopic, inashauriwa kuwa uhamishaji haupaswi kuzidi 10% ya kipenyo cha juu cha pango, na kupunguzwa kwa kiasi haipaswi kuzidi 30% ya kiasi cha awali. Hata hivyo, utafiti hauzingatii tu thamani kamili, bali pia kwa kiwango cha mabadiliko kwa muda. Ikiwa kasi ya uhamishaji inaongezeka hatua kwa hatua, mwamba unaweza kuwa umeingia katika awamu ya kutambaa kwa kasi, ikionyesha kuwa kutokuwa na utulivu kunakaribia.

Fahirisi ya hatari ya kuvuta inapima nini?

Mwamba wa chumvi ni sugu kwa shinikizo na dhaifu kwa mkazo. Nguvu ya mvutano kwa ujumla iko katika viwango vya chini kama vile 1-2 MPa. Wakati shinikizo la gesi na joto linapungua wakati wa kizazi cha masafa ya juu, mikazo ya ndani inaweza kutokea kwenye ukuta wa pango. Kwa hivyo uharibifu wa mvutano ni hatari kubwa kwa kuziba.

Fahirisi ya hatari ya kuvuta inafafanuliwa kama:

\[ Risk_{\mathrm{Tensile}}=\sigma_1-\sigma_t(T) \]

ambapo \(Risk_{\mathrm{Tensile}}\) inaonyesha hatari ya kupasuka kwa mvutano. \(\sigma_1\) ni mkazo mkuu wa kwanza na mvutano unachukuliwa kuwa chanya. \(\sigma_t(T)\) ni nguvu ya mvutano na athari ya joto kuzingatiwa.

Ikiwa \(Risk_{\mathrm{Tensile}}<0\), mwamba unachukuliwa kuwa salama; kwa sababu mkazo wa sasa wa mvutano uko chini ya nguvu ya mvutano au mwamba uko chini ya shinikizo. Ikiwa \(Risk_{\mathrm{Tensile}}>0\), kuna hatari ya kupasuka kwa mvutano wa ndani. Katika mapango ya chumvi, hatari hii haimaanishi tu kuvunjika kwa mitambo; ikiwa nyufa zinaungana, zinaweza kuunda njia za kutoroka kwa gesi na uhamiaji wa hidrojeni.

Je, sababu ya hifadhi ya nguvu inayobadilika inaonyesha nini?

Mwamba wa chumvi upo chini ya shinikizo la triaxial chini ya ardhi. Kwa hiyo, nguvu ya shear inategemea shinikizo la mazingira na tabia ya msuguano wa ndani. Katika utafiti, sababu ya hifadhi ya nguvu ya nguvu hutumiwa kupima ni kiasi gani cha usalama ambacho mwamba wa mwamba hubeba dhidi ya uharibifu wa shear katika hali ya sasa ya mafadhaiko:

\[ SF= \frac{ \sigma_c(T)+ \sigma_3 \tan^2 \left( 45^\circ+\frac{\varphi(T)}{2} \right) }{ \sigma_1 } \]

ambapo \(SF\) ni sababu ya hifadhi ya nguvu ya nguvu. \(\sigma_1\) na \(\sigma_3\) ni dhiki kuu za juu na za chini. \(\sigma_c(T)\) ni nguvu ya kukandamiza uniaxial chini ya ushawishi wa joto. \(\varphi(T)\) ni pembe ya msuguano wa ndani kutokana na joto.

Masafa ya tathmini ni kama ifuatavyo:

• \(SF>1,5\): eneo salama la muda mrefu,
• \(1,0 \leq SF \leq 1,5\): eneo muhimu la usalama,
• \(SF<1,0\): Hatari ya kutokwa na damu kwa plastiki au uharibifu wa shear.

Fahirisi hii inaonyesha jinsi uharibifu wa shear ulivyo karibu na mwamba karibu na pango. Upanuzi wa maeneo muhimu, haswa katika 2 kwa mwaka na hali 3 za mzunguko, ni onyo muhimu kwa operesheni ya muda mrefu.

Je, mkengeuko sawia wa viskoplastiki unafafanuwaje?

Mwamba wa chumvi hutambaa katika uwanja tata wa mafadhaiko wa pande tatu. Kwa hiyo, haitoshi kufuatilia tu deformation katika mwelekeo mmoja. Utafiti ulitumia deformation sawa ya Von Mises:

\[ \varepsilon_{vp} = \sqrt{ \frac{2}{3} e^{vp}_{ij}e^{vp}_{ij} } \]

ambapo \(\varepsilon_{vp}\) ni ulemavu sawa wa viscoplastic. \(e^{vp}_{ij}\) ni tensor ya ulemavu wa viscoplastic ya kupotoka ambayo inabaki baada ya ulemavu wa wastani wa volumetric kutolewa:

\[ e^{vp}_{ij} = \varepsilon^{vp}_{ij} - \varepsilon^{vp}_m\delta_{ij} \]

\[ \varepsilon^{vp}_m= \frac{1}{3}\varepsilon^{vp}_{kk} \]

ambapo \(\delta_{ij}\) ni delta ya Kronecker. Fomula hii inapunguza deformation ya tatu-dimensional kwa thamani moja ya scalar. Kwa hivyo, inaweza kulinganishwa kwa urahisi zaidi na majaribio ya maabara na vizingiti vya uhandisi.

Katika utafiti, vipindi vya usalama vinatathminiwa kama ifuatavyo:

• \(\varepsilon_{vp}<3\%\): eneo salama au la mapema la deformation,
• \(3\% \leq \varepsilon_{vp} \leq 10\%\): eneo maarufu la kutambaa linalohitaji umakini,
• \(\varepsilon_{vp}>10\%\): hatari ya kutambaa kwa kasi au uharibifu wa rheolojia.

Kwa nini sababu ya uharibifu wa jumla ni moja ya viashiria muhimu zaidi?

Sababu ya uharibifu wa jumla \(D\) inawakilisha maendeleo ya microcracks na hatari ya kushindwa kwa kubana kwa miamba. Vizingiti vifuatavyo vilitumika kwa uharibifu katika utafiti:

• \(D<0,1\): Mwamba unachukuliwa kuwa imara kwa kiasi kikubwa.
• \(0,1 \leq D \leq 0,5\): Ni eneo la mwanzo na maendeleo ya uharibifu.
• \(D>0,5\): Kwa mtazamo wa uhandisi, hatari ya kupoteza kubana na mtandao wa ufa mkubwa inakuwa kali.

Kihisabati, \(D\) inaweza kupanda e 1; hata hivyo, katika mazoezi ya uhandisi, \(D>0,5\) inawakilisha kizingiti muhimu sana. Kwa sababu katika kiwango hiki, microcracks zinaweza kuunganishwa katika mtandao wa macroscopic wa nyufa. Kwa upande wa uhifadhi wa hidrojeni, hii sio tu uharibifu wa mwamba, lakini pia tatizo la uhamiaji wa moja kwa moja wa gesi na usalama wa kuziba.

Ni pango gani halisi ambalo mfano wa nambari ulitumika?

Katika utafiti huo, uchambuzi wa nambari wa miaka 30 ulifanywa katika mkoa wa Jintan nchini China. JK8-6 Ilitengenezwa kwa kutumia data ya pango la chumvi. Mfano huo ni mfano wa kijiografia uliosafishwa wa pande tatu kulingana na data ya kipimo cha pango la sonar na vipengele vya stratigraphic vya ndani.

Mkoa wa kukokotoa 1500 m × 1500 m × 1000 m Ilianzishwa kama kizuizi cha vipimo. Safu ya chumvi ni kuhusu 995-1195 m Masafa ya kina na 200 m Ni nene. Kuna tabaka mnene za mawe ya matope juu na chini ya safu ya chumvi. Urefu wa pango lililochunguzwa ni karibu 89,7 m, na kipenyo chake cha juu ni kuhusu 69,2 m Imetolewa kama.

Kuchagua vipimo vya mfano zaidi ya mara 10 ya saizi ya pango ni kuzuia athari za mipaka kutoka kwa kupotosha matokeo. Kwa kuongeza, mipaka ya pango hupunguzwa ili makosa makubwa katika jiometri halisi ya pango hayafanyi umoja wa nambari. Hii ni njia ambayo inasawazisha kati ya data halisi ya uhandisi na mfano wa nambari unaoweza kuhesabiwa.

Je, hali tatu za biashara zinafafanuliwaje?

Katika uigaji wa miaka 30, masafa matatu tofauti ya sindano-kwa-uzalishaji yalichunguzwa:

Matukio haya yanajaribu moja kwa moja jinsi uhifadhi wa hidrojeni wa pango la chumvi unaweza kubadilika pamoja na mifumo ya nishati mbadala. Ingawa mzunguko mmoja kwa mwaka unaweza kutosha kwa uhifadhi wa jadi wa gesi asilia, hidrojeni inaweza kuhitaji kutumika mara kwa mara kwa madhumuni ya kusawazisha gridi ya taifa. Utafiti unajaribu kukadiria gharama ya kijiografia ya mzunguko huu wa operesheni.

Je, eneo la joto ndani ya pango linabadilikaje?

Uchambuzi wa joto unaonyesha kuwa mabadiliko makubwa ya joto hutokea ndani ya pango wakati wa sindano na uzalishaji. Wakati wa sindano ya gesi, joto ndani ya pango huongezeka kwa sababu ya ukandamizaji, na joto katika mkoa wa kati ni takriban 68 °C kiwango. Wakati wa uzalishaji wa gesi, joto hupungua haraka kwa sababu ya upanuzi na athari ya Joule-Thomson; joto katika mkoa wa kati 45 °C kiwango.

Mabadiliko haya ya joto hayabaki tu kwenye gesi. Kubadilishana joto hutokea na mwamba wa chumvi kwenye ukuta wa pango. Hata hivyo, kutokana na conductivity ya chini ya mafuta ya mwamba wa chumvi, ubadilishanaji huu wa joto hauenei katika maeneo ya mbali; imejilimbikizia katika eneo nyembamba lililoathiriwa na joto karibu na ukuta wa pango. Katika nafasi hii nyembamba, mzunguko wa kurudia wa moto-baridi hutoa matatizo makubwa ya joto yanayopishana katika mwamba unaozunguka.

Utaratibu huu una jukumu kuu katika tafsiri ya uharibifu wa utafiti. Kwa hivyo moja ya vichochezi kuu vya uharibifu wa muda mrefu sio tu mzunguko wa shinikizo, lakini mshtuko wa joto unaorudiwa unaokuja na mzunguko wa shinikizo.

Je, pango ni salama kutokana na mizunguko ya 1 kwa mwaka?

Katika hali ya jadi ya operesheni ya msimu 1 mzunguko kwa mwaka, pango JK8-6 chumvi linaonekana kuwa salama kwa ujumla mwishoni mwa mwaka 30. Deformation inaonyesha tabia thabiti na takriban ya mstari wa kutambaa kulingana na wakati. Upeo wa uhamishaji wa usawa mwishoni mwa miaka 30 2,37 m, upeo wa makazi ya ardhi 1,85 m Ilihesabiwa kama. Kiwango cha kupungua kwa kiasi ni 4,02% kiwango.

Maadili haya ni chini ya mipaka ya usalama. Kwa kuzingatia u 10% ya kipenyo cha juu cha pango na kikomo cha 30% cha kupunguza kiasi, mizunguko 1 ya operesheni kwa mwaka inabaki salama katika suala la jiometri ya pango.

Viashiria vingine viko katika mwelekeo sawa. Hatari ya kupungua kwa ujumla ni sifuri au hasi; Hiyo ni, mwamba unaozunguka unabaki chini ya shinikizo kwa kiasi kikubwa. Sababu ya hifadhi ya nguvu inayobadilika iko katika kiwango cha \(SF>1,5\) katika mikoa mingi. Deformation sawa ya viscoplastic kawaida huwa chini ya 3% katika maeneo ya mbali. Sababu ya uharibifu wa jumla inabaki katika kiwango cha \(D<0,1\) katika mikoa mingi na hakuna maeneo ya hatari yanayohusiana na \(D>0,5\).

Matokeo haya yanaonyesha kuwa operesheni ya jadi ya masafa ya chini ni salama katika suala la kuziba kwa muda mrefu na uadilifu wa muundo kwa pango linalochunguzwa.

Ni mabadiliko gani katika mizunguko 2 kwa mwaka?

Wakati mzunguko 2 sindano-kwa-uzalishaji unafanywa kwa mwaka, utulivu wa muda mrefu wa pango hudhoofika sana. Upeo wa makazi ya ardhi mwishoni mwa miaka 30 3,36 m, upeo wa uhamishaji wa usawa 2,65 m hupanda kwa kiwango. Kiwango cha kupungua kwa kiasi ni 14,32% hutokea.

Upunguzaji huu wa kiasi bado uko chini ya kikomo cha 30%; hata hivyo, ni ongezeko kubwa ikilinganishwa na thamani ya 4,02% katika hali ya mzunguko wa 1 kwa mwaka. Hii inaonyesha kwamba kadiri idadi ya mizunguko inavyoongezeka, nafasi ya kutambaa karibu na pango huunganishwa haraka na kiasi cha uhifadhi kinachofaa hupungua.

Viashiria vya utulivu wa multidimensional vinatoa maonyo makali zaidi. Hatari ya kupasuka kwa mvutano huongezeka, haswa katika mikoa ya interlayer. Katika sababu ya hifadhi ya nguvu ya nguvu \(1,0 \leq SF \leq 1,5\) maeneo muhimu ya mpito huwa mazito na endelevu zaidi. Kanda sawa za viscoplastic za deformation na uharibifu wa jumla hupanuka. Katika ukuta wa pango, eneo la maendeleo ya microcrack linakua na \(0,1 \leq D \leq 0,5\) eneo la mageuzi ya uharibifu linatamkwa zaidi.

Tafsiri ya utafiti wa hali hii ni makini na yenye usawa: Operesheni ya muda mfupi inaweza kudhibitiwa; hata hivyo, kufanya kazi kwa mzunguko huu kwa miaka 30 huongeza hatari ya kukosekana kwa utulivu wa muundo wa ndani. Kwa hivyo mizunguko 2 kwa mwaka haimaanishi maafa ya haraka; lakini kipindi cha uendeshaji cha muda mrefu lazima kidhibitiwe sana.

Kwa nini mizunguko 3 kwa mwaka inakuwa muhimu?

Hali ya mizunguko ya 3 kwa mwaka inaonyesha kikomo hatari cha operesheni ya masafa ya juu. Upeo wa makazi ya ardhi mwishoni mwa miaka 30 4,54 m, upeo wa uhamishaji wa usawa 3,58 m kiwango. Kiwango cha kupungua kwa kiasi 19,39% hutokea.

Kwa mtazamo wa kwanza, upunguzaji huu wa kiasi bado unaonekana kuwa chini ya kikomo cha 30%. Hata hivyo, utafiti unaonyesha wazi kuwa kuangalia tu upunguzaji wa kijiometri haitoshi. Kwa sababu kuzorota kwa kweli muhimu hutokea katika viashiria vya uharibifu, kupungua, nguvu ya shear na tightness.

Katika hali hii, kupasuka kwa mvutano kunakuwa kali zaidi katika mikoa ya interlayer. Sababu ya hifadhi ya nguvu ya nguvu hupungua na kanda za \(SF<1,0\) hupanuka. Hii inaonyesha kuwa mwamba umefikia kizingiti cha mavuno ya plastiki au uharibifu wa shear katika baadhi ya maeneo. Deformation sawa ya viscoplastic hutokea kwenye shingo ya pango, kona ya chini na kuta za upande 10% kizingiti; ambayo inaonyesha hatari ya uharibifu wa rheological ya ndani.

Matokeo muhimu zaidi ni katika sababu ya uharibifu wa jumla. Katika maeneo makubwa ya wingi wa mwamba, kizingiti cha \(D>0,5\) kinazidi. Hii ina maana kwamba microcracks inaweza kuunganishwa kwa kiwango kikubwa, na kutengeneza mtandao wa macroscopic wa nyufa, na utendaji wa kuziba wa pango unaweza kupunguzwa sana. Kwa upande wa uhifadhi wa hidrojeni, matokeo haya ni muhimu sana; kwa sababu katika kesi hii, hatari sio tu deformation ya kimuundo, lakini pia kuvuja kwa gesi na uhamiaji wa hidrojeni.

Hitimisho la utafiti ni wazi: mizunguko ya 3 kwa mwaka inaweza kuzingatiwa katika hali ya dharura au ya muda mfupi isiyo ya kawaida; hata hivyo, haipaswi kutumika kama njia ya kawaida ya operesheni kwa miaka 30. Kwa muda mrefu, hatari ya kutokuwa na utulivu wa jumla, uharibifu na kupoteza tightness ni kubwa sana.

Matokeo ya matukio hayo matatu yanapaswa kulinganishwaje?

Jedwali hili linaonyesha athari isiyo ya mstari ya mzunguko wa uendeshaji. Kupunguza kiasi huongezeka sana wakati wa kubadili kutoka kwa mzunguko 1 hadi mzunguko 2. Katika mzunguko 3, hata kama mipaka ya kijiometri bado haijazidi kabisa, vizingiti muhimu katika suala la uharibifu na kubana hupitwa. Kwa sababu hii, kupunguzwa kwa kiasi au uhamishaji pekee haitoshi katika usalama wa pango; sababu ya uharibifu na maendeleo ya ufa inapaswa pia kuwa vigezo kuu vya uamuzi.

Kazi hii inapaswa kuelewekaje katika suala la maisha ya kila siku?

Ingawa kazi hii kitaalam inahusu pango la chumvi ya kina, uundaji wa kijiografia, na uhifadhi wa hidrojeni, inaweza kueleweka kwa mlinganisho wa kila siku. Ikiwa unapiga waya wa chuma kila wakati huku na kurudi, haitavunjika kwa njia moja. Lakini inapoinama kwa nguvu vya kutosha, inachoka na kuvunjika. Vile vile, pango la chumvi haliwezi kuharibiwa mara moja katika sindano moja au mzunguko wa uzalishaji. Hata hivyo, mabadiliko ya mara kwa mara ya shinikizo na joto yanaweza kukusanya uharibifu wa uchovu kwenye mwamba kwenye ukuta wa pango.

Mlinganisho mwingine ni mshtuko wa moto-baridi. Ikiwa unaweka maji ya moto sana kwenye kikombe cha glasi na kisha utoe maji baridi mara baada ya hapo, tofauti ya joto hujenga mkazo katika nyenzo. Ukuta wa pango la chumvi pia huwaka moto katika sindano ya gesi na kupoa katika uzalishaji wa gesi. Wakati mchakato huu unatokea mara moja kwa mwaka, mwamba unaweza kupona au uharibifu unaweza kuwa mdogo. Hata hivyo, ikiwa mzunguko huu unakuwa mara kwa mara, mkazo wa joto unaoendelea hutokea katika eneo moja na microcracks inaweza kukua.

Kwa hivyo, usalama wa uhifadhi wa hidrojeni sio tu juu ya ukubwa wa pango au shinikizo ngapi linaweza kuhimili, lakini pia jinsi inavyoendeshwa. Pango hilo hilo ni salama katika operesheni ya polepole na isiyo ya kawaida; inaweza kuwa hatari katika operesheni ya haraka na ya mara kwa mara.

Ni nini umuhimu wa utafiti katika suala la mpito wa nishati?

Mpito wa nishati mara nyingi huzungumzwa katika suala la paneli za jua, mitambo ya upepo, elektrolisisi na uzalishaji wa hidrojeni. Hata hivyo, utafiti huu unatukumbusha kwamba miundombinu ya uhifadhi wa chini ya ardhi ni muhimu vile vile. Uchumi wa hidrojeni ya kijani sio tu kuhusu kuzalisha hidrojeni. Hidrojeni inayozalishwa lazima ihifadhiwe kwa usalama, kiuchumi na kwa muda mrefu.

Mapango ya chumvi ni mojawapo ya chaguo za kuahidi zaidi kwa uhifadhi mkubwa wa hidrojeni. Hata hivyo, ikiwa mapango haya yataendeshwa mara kwa mara ili kukabiliana na mabadiliko ya nishati mbadala, mipaka ya mechanics ya miamba inakuwa sababu ya kuamua katika mkakati wa uendeshaji wa mfumo wa nishati. Kwa hivyo wakati mwendeshaji wa gridi ya taifa anasema "jaza na utupu mara nyingi zaidi", kikomo cha uchovu wa mwamba wa chumvi chini ya ardhi lazima pia kizingatiwe.

Utafiti huu unajenga daraja muhimu katika suala hili: Inakadiria uhusiano kati ya ustahimilivu wa mfumo wa nishati na utulivu wa kijiografia. Matokeo yanaonyesha kuwa mapango ya kuhifadhi hidrojeni yanaweza kusaidia nishati mbadala; hata hivyo, operesheni ya masafa ya juu haiwezi kuchukuliwa kuwa salama isiyo na kikomo.

Maana ya kazi katika suala la zamani, la sasa na la baadaye

Kwa mtazamo wa kihistoria, mapango ya chumvi yametumika kwa uhifadhi wa gesi asilia na baadhi ya matumizi ya uhifadhi wa nishati kwa miaka mingi. Biashara hizi kwa ujumla zimetegemea mantiki ya kusawazisha kilele cha msimu. Katika matumizi kama haya, idadi ya mizunguko ni ndogo, na shinikizo na mabadiliko ya joto ni polepole na ya muda mrefu. Kwa sababu hii, mifano ya utulivu wa classical imezingatiwa kuwa ya kutosha katika matumizi mengi.

Kwa mtazamo wa leo, kadiri kiwango cha nishati mbadala kinavyoongezeka, mantiki ya kufanya kazi ya miundombinu ya uhifadhi hubadilika. Hifadhi za hidrojeni zinaweza kutumika sio tu kwa uhifadhi wa msimu kati ya msimu wa baridi na majira ya joto, lakini pia kulipa fidia kwa mabadiliko ya nguvu ya mara kwa mara. Hii ina maana kwamba pango la chumvi linakabiliwa na mizunguko zaidi. Utafiti unaonyesha kuwa hali hizi mpya za uendeshaji zinapinga mawazo ya usalama wa classical.

Kwa mtazamo wa siku zijazo, kila pango la chumvi litahitaji kuigwa na hali yake ya kijiolojia, mizunguko ya shinikizo la joto, mzunguko wa mzunguko, mkusanyiko wa uharibifu, na usalama wa kuziba kwa ukuaji salama wa uchumi wa hidrojeni. Hukumu isiyobadilika ya "pango la chumvi ni salama" au "pango la chumvi ni hatari" haitoshi. Usalama unategemea sura, kina, muundo wa tabaka, shinikizo la uendeshaji, kushuka kwa joto, na idadi ya mizunguko ya pango.

Je, ni nguvu gani za utafiti?

Moja ya nguvu kuu za utafiti ni kwamba inazingatia operesheni ya uhifadhi wa hidrojeni ya masafa ya juu zaidi ya mipaka ya mechanics ya mwamba wa classical. Mfano sio tu deformation ya elastic; inazingatia kutambaa, kulainisha joto, mabadiliko ya mnato, kuimarisha mafadhaiko, na mageuzi ya uharibifu pamoja.

Nguvu ya pili ni kwamba mfano wa kinadharia unajaribiwa kuthibitishwa na majaribio ya maabara. Uigaji mdogo wa pango la chumvi, mizunguko ya gesi ya shinikizo la juu, ufuatiliaji wa utoaji wa sauti, na vipimo vya uvujaji wa gesi huzuia mfano kubaki pendekezo la hisabati tu.

Nguvu ya tatu ni tathmini yake ya pande tano ya usalama. Utulivu wa pango unasomwa kwa ujumla zaidi kwa sababu uhamishaji, hatari ya kupungua, hifadhi ya nguvu, deformation ya viscoplastic na sababu ya uharibifu hutumiwa pamoja. Hii ni muhimu hasa katika uhifadhi wa hidrojeni; kwa sababu upotezaji wa kubana unaweza kuwa muhimu kabla ya kuanguka kwa muundo.

Nguvu ya nne ni uchambuzi wa nambari wa miaka 30 na data JK8-6 Jintan, pango halisi la uwanja. Kwa hivyo, utafiti hautoi tu mfano bora lakini pia ulinganisho wa hali ya muda mrefu inayohusiana na uhandisi.

Nguvu ya tano ni kwamba matokeo hutuma ujumbe wazi kutoka kwa mtazamo wa sera ya biashara. 1 mizunguko kwa mwaka ni salama, mizunguko 2 kwa mwaka inahitaji udhibiti makini, na mizunguko 3 kwa mwaka inaonekana kuwa hatari sana kwa operesheni ya kawaida ya muda mrefu. Vizingiti kama hivyo ni vya thamani ya vitendo kwa upangaji wa uhifadhi wa hidrojeni.

Je, ni mapungufu gani ya utafiti?

Kizuizi cha kwanza na muhimu zaidi ni kwamba utafiti ni uchapishaji wa awali ambao haujapitiwa na rika. Kwa hivyo, matokeo yanapaswa kuonekana kama matokeo muhimu ya utafiti wa kisayansi; hata hivyo, hazipaswi kuzingatiwa kuwa dhahiri kama matokeo ya mwisho ya uchapishaji yaliyopitiwa na rika.

Kizuizi cha pili ni kwamba majaribio yalifanywa kwa kiwango cha maabara. Sampuli ya maabara ina kipenyo cha 200 mm na urefu wa 400 mm. Pango halisi la chumvi lina ukubwa wa makumi ya mita na limezungukwa na matabaka magumu zaidi ya kijiolojia. Matokeo ya maabara yana nguvu kwa kuelewa utaratibu; hata hivyo, hazipaswi kuhamishiwa moja kwa moja kwenye kiwango cha shamba.

Kizuizi cha tatu ni matumizi ya heliamu katika majaribio. Tabia ya molekuli ya hidrojeni, tabia ya kuvuja, mwingiliano wa kemikali, na hali ya usalama wa uendeshaji inaweza kutofautiana na heliamu. Uchambuzi wa nambari unalenga muktadha wa uhifadhi wa hidrojeni; hata hivyo, vipimo halisi vya uwanja wa hidrojeni pia vinahitajika.

Kizuizi cha nne ni kwamba mfano huo ulitumika kwa jiometri maalum ya pango na tovuti ya Jintan JK8-6. Tabaka tofauti za chumvi, kina tofauti, safu tofauti za safu, maumbo tofauti ya pango, na safu tofauti za shinikizo zinaweza kutoa matokeo tofauti. Kwa hiyo, calibration ya ndani inapaswa kufanywa kwa kila tovuti.

Kizuizi cha tano ni kwamba uchambuzi wa miaka 30 ni mdogo kwa masafa fulani ya mzunguko. Katika operesheni halisi, mizunguko inaweza kuwa isiyo ya kawaida; inaweza kuwa mara kwa mara katika baadhi ya vipindi na mara kwa mara kwa wengine. Kwa kuongeza, usaidizi wa gridi ya dharura, hali ya soko na mahitaji ya hidrojeni yanaweza kubadilisha wasifu wa biashara. Kwa hiyo, matukio ya biashara yasiyo ya kawaida na ya stochastic yanapaswa pia kuchunguzwa katika siku zijazo.

Utafiti huu unasema nini na hausemi nini?

Utafiti huu unakubali kwamba uhifadhi wa nishati ya hidrojeni na chini ya ardhi katika mapango ya chumvi una uwezo mkubwa; hata hivyo, inaonyesha kuwa usalama unategemea sana mzunguko wa uendeshaji. Pango, ambalo huchunguzwa chini ya hali ya kawaida ya uendeshaji kama vile mizunguko ya 1 kwa mwaka, inabaki salama na kudhibitiwa kwa miaka 30.

Utafiti huo unasema kuwa hatari huongezeka sana katika mizunguko ya 2 kwa mwaka. Katika kesi hii, operesheni ya muda mfupi bado inaweza kudhibitiwa; hata hivyo, hatari ya kukosekana kwa utulivu wa ndani huongezeka katika operesheni ya muda mrefu kwa miaka 30. Kwa hiyo, kipindi cha uendeshaji, ufuatiliaji wa uharibifu na mipaka ya usalama lazima isimamiwe kwa uangalifu.

Utafiti unaonyesha kuwa operesheni ya masafa ya juu katika mizunguko ya 3 kwa mwaka sio salama kama hali ya kawaida ya muda mrefu. Ikiwa sababu ya uharibifu inazidi kizingiti cha 0,5, inaonyesha kuwa hatari ya microcracks kugeuka kuwa mtandao wa macro-crack na upotezaji wa kubana inakuwa mbaya sana.

Kinyume chake, utafiti hausemi kwamba mapango yote ya chumvi yatashindwa katika mizunguko 3 kwa mwaka. Matokeo ni halali kwa mfano uliosomwa, vigezo, jiometri ya tovuti ya JK8-6 na hali ya uendeshaji inayotumiwa. Matokeo tofauti yanaweza kupatikana katika mapango tofauti. Lakini tahadhari kuu ya kisayansi ni kali: Katika mapango ya kuhifadhi hidrojeni, mzunguko wa uendeshaji unapaswa kuwa moja ya vigezo kuu vya muundo wa usalama wa muundo.

Mbinu ya Utafiti na Matokeo

Utafiti huu ni mfano wa mfano, majaribio, na utafiti wa uigaji wa nambari unaochunguza uharibifu wa thermo-mechanical na tabia ya utulivu wa muda mrefu chini ya shughuli za uzalishaji wa sindano za masafa ya juu za nishati ya chini ya ardhini/hifadhi ya hidrojeni katika mapango ya chumvi.

Njia ya utafiti ina hatua kuu tatu:

• Maendeleo ya mfano wa kutambaa wa Burgers na uharibifu wa thermo-mechanical,
• Uigaji wa kimwili wa pango la chumvi la kiwango cha maabara na uthibitishaji wa utoaji wa acoustic,
• JK8-6 Uigaji tatu wa masafa ya uendeshaji kwa miaka 30 kwa pango la chumvi la Jintan.

Mfano wa kawaida wa kutambaa wa Burgers unaonyeshwa kama ifuatavyo:

\[ \varepsilon(t)= \frac{\sigma}{E_1} + \frac{\sigma}{\eta_1}t + \frac{\sigma}{E_2} \left( 1-e^{-\frac{E_2}{\eta_2}t} \right) \]

Mfano huo unajumuisha athari ya joto na upunguzaji wa moduli ya elastic:

\[ E_i(T)=E_{i0}\exp(-\beta_E \Delta T) \]

\[ \Delta T=T-T_0 \]

Mgawo wa mnato hurekebishwa na athari ya joto na mafadhaiko kama ifuatavyo:

\[ \eta_j(T,\sigma)= \frac{ \eta_{j0} \exp\left(\frac{Q_j}{R(T+273)}\right) }{ 1+\alpha_\sigma \sigma } \]

Ukuzaji wa uharibifu unawakilishwa na equation ifuatayo:

\[ \frac{dD}{dt} = C f \left[ \frac{\sigma_{eq}/\sigma_c}{1-D} \right]^m \exp\left[ -\frac{Q_D}{R(T+273)} \right] \]

Katika equation hii, \(D\) ni tofauti ya uharibifu, \(f\) inahusu mzunguko wa mzunguko, \(\sigma_{eq}\) inahusu mkazo sawa, \(\sigma_c\) inahusu nguvu ya tabia, \(C\) na \(m\) hurejelea vigezo vya uharibifu wa majaribio, \(Q_D\) inahusu nishati ya uanzishaji wa uharibifu. Equation inaonyesha kuwa mizunguko ya masafa ya juu, mafadhaiko ya juu, na joto huharakisha uharibifu; uharibifu unapokua, uharibifu unaofuata huharakisha yenyewe.

Viashiria muhimu vinavyotumiwa katika tathmini ya utulivu ni pamoja na:

\[ U_{\mathrm{total}}=\sqrt{u^2+v^2+w^2} \]

\[ Risk_{\mathrm{Tensile}}=\sigma_1-\sigma_t(T) \]

\[ SF= \frac{ \sigma_c(T)+ \sigma_3 \tan^2 \left( 45^\circ+\frac{\varphi(T)}{2} \right) }{ \sigma_1 } \]

\[ \varepsilon_{vp} = \sqrt{ \frac{2}{3} e^{vp}_{ij}e^{vp}_{ij} } \]

\[ e^{vp}_{ij} = \varepsilon^{vp}_{ij} - \varepsilon^{vp}_m\delta_{ij} \]

\[ \varepsilon^{vp}_m= \frac{1}{3}\varepsilon^{vp}_{kk} \]

Sampuli ya mwamba wa chumvi asilia ilitumika katika uthibitishaji wa majaribio. Kipenyo cha sampuli ni 200 mm na urefu ni 400 mm. Pango dogo la chumvi lenye kipenyo cha juu cha 62,58 mm, urefu wa 75,12 mm, na kiasi cha 158,64 mL kiliundwa ndani ya sampuli. Katika majaribio, shinikizo la gesi lilibadilishwa kati ya mzunguko wa 7-17 MPa na 5 ulitumika.

Masharti matatu ya majaribio ni:

• T1 kundi la msingi: shinikizo 23 MPa axial/circumferential, 50°C joto.
• T2 kundi la mkazo wa juu wa kupotoka: shinikizo 28,8 MPa axial/mduara, joto la 50 ° C.
• T3 kikundi cha joto la juu: shinikizo 23 MPa axial/mduara, joto la 65 ° C.

Matokeo ya majaribio:

• Mwishoni mwa mzunguko 5, mkazo wa radial ulikuwa 0,0159% katika T1, 0,0245% katika T3, na 0,0388% katika T2.
• Joto la juu liliharakisha kutambaa, na mkazo mkubwa wa kupotoka ulizalisha ongezeko kubwa la deformation.
• Tofauti ya uharibifu iliyotokana na data ya utoaji wa acoustic ilionyesha ongezeko la fomu ya S na isiyo ya mstari.
• Chini ya hali ya mkazo mkubwa wa kupotoka, 5. mzunguko, tofauti ya uharibifu ilifikia kiwango cha \(D=0,076\) na ilionyesha mwelekeo wa maendeleo ya uharibifu usio imara.
• Uvujaji wa gesi uliendelea kulingana na maendeleo ya uharibifu.
• Chini ya hali ya mkazo mkubwa wa kupotoka, 5. mzunguko, kiwango cha uvujaji cha jumla kiliongezeka hadi 0,105%.
• Vigezo vya mfano vilisawazishwa na data ya majaribio na makubaliano ya jumla yalitolewa katika kiwango cha \(R^2>0,92\).

JK8-6 Pango la chumvi la Jintan lilitumika katika uchambuzi wa nambari wa miaka 30. Urefu wa pango ni karibu 89,7 m na kipenyo chake cha juu ni karibu 69,2 m. Safu ya chumvi iko katika safu ya kina 995-1195 m na karibu unene wa 200 m.

Matokeo ya kuiga:

• Wakati wa sindano, joto ndani ya pango liliongezeka hadi karibu 68 °C katikati.
• Wakati wa uzalishaji, joto lilishuka chini ya 45 °C katikati kwa sababu ya upanuzi wa gesi na athari ya Joule-Thomson.
• Ubadilishanaji wa joto umejilimbikizia katika eneo nyembamba lililoathiriwa na joto karibu na ukuta wa pango.
• Mkazo wa joto unaorudiwa katika eneo hili nyembamba umefasiriwa kama sababu kuu ya kimwili ya uanzishaji wa microcrack na utaratibu wa kuongeza kasi ya uharibifu.

Matokeo ya miaka 30 ya matukio matatu ya biashara ni:

• 1 mizunguko/mwaka: Upeo wa uhamishaji wa usawa 2,37 m, 1,85 m ya makazi ya ardhi, kupungua kwa kiasi 4,02%. Hatari ya kupungua chini, \(SF>1,5\) kudumishwa katika mikoa mingi, \(D<0,1\) kubwa. Hali ya jumla ni salama na inadhibitiwa.
• 2 mizunguko/mwaka: Makazi ya ardhi 3,36 m, uhamishaji wa usawa 2,65 m, kupungua kwa kiasi 14,32%. Nguvu muhimu na maeneo ya uharibifu yamepanuka. Ingawa operesheni ya muda mfupi inaweza kudhibitiwa, operesheni ya miaka 30 hubeba hatari ya kukosekana kwa utulivu wa ndani.
• 3 mizunguko/mwaka: Makazi ya udongo 4,54 m, uhamishaji wa usawa 3,58 m, kupungua kwa kiasi 19,39%. Kanda za \(SF<1,0\) zimepanuka, \(\varepsilon_{vp}>10\%\) maeneo yameundwa, na kizingiti cha \(D>0,5\) kimezidi katika mikoa mikubwa. Kuna hatari ya kukosekana kwa utulivu mkubwa wa muundo na upotezaji wa muhuri kwa operesheni ya kawaida ya muda mrefu.

Kwa ujumla, utafiti unaonyesha kuwa usalama wa uhifadhi wa hidrojeni katika mapango ya chumvi umedhamiriwa sio tu na shinikizo la kuhifadhi au jiometri ya pango, lakini pia kwa mzunguko wa uendeshaji na mkusanyiko wa uchovu wa joto-mitambo. Ingawa operesheni ya masafa ya juu inavutia kwa ujumuishaji wa nishati mbadala, lazima iwekwe mdogo kwa uangalifu katika suala la uharibifu wa miamba ya muda mrefu na kuziba hidrojeni.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Maudhui haya yameandaliwa kwa kutegemea utafiti wa Jiasong Chen, Zhekang Ding, Tongtao Wang, Youqiang Liao na Tao He wenye kichwa “Thermo-Mechanical Damage and Stability of Underground Energy Storage Under High-Frequency Operations”. Taasisi za waandishi ni pamoja na Chuo Kikuu cha Chongqing, PipeChina Energy Storage Technology Co., Chuo Kikuu cha Akademia ya Sayansi ya China na Maabara Muhimu ya Jimbo la Geomechanics na Uhandisi wa Geotechnical ndani ya Chuo cha Sayansi cha China.

Katika maandishi ya utafiti, imeelezwa wazi kuwa “This preprint research paper has not been peer reviewed” Kuna taarifa. Pia kuna habari SSRN nakala ya elektroniki. Kwa hiyo, utafiti katika maudhui haya Maandishi ya utafiti ya awali ambayo hayajapitiwa na rika Ilitathminiwa kama.

Nakala hii inategemea muhtasari, utangulizi, uharibifu wa thermo-mechanical mfano wa Burgers, marekebisho ya joto na mafadhaiko, mlinganyo wa mageuzi ya uharibifu, njia sawa ya mafadhaiko ya Mohr-Coulomb, majaribio ya uigaji wa mwili wa maabara, uthibitishaji wa utoaji wa sauti, matokeo ya uvujaji wa gesi, urekebishaji wa mfano, mfumo wa tathmini ya uthabiti wa pande tano, uigaji wa nambari wa miaka 30 kwa pango la chumvi la JK8-6 Jintan, na hitimisho.

Madai ambayo hayajajumuishwa katika utafiti, kama vile kipimo sahihi cha kiwango cha uwanja cha kutoroka kwa hidrojeni, kikomo cha usalama kwa mapango yote ya chumvi, au kiwango cha moja kwa moja cha operesheni ya kibiashara, hayakujumuishwa. Matokeo yanapaswa kutathminiwa ndani ya mfumo wa mawazo ya mfano yaliyotumiwa, hali ya uthibitishaji wa maabara, jiometri ya pango JK8-6, na hali 1-3 za uendeshaji wa mzunguko/mwaka.