A promising option for storing large-scale quantities of green gases (e.g., hydrogen) is in subsurface rock salt caverns. The mechanical performance of salt caverns utilized for long-term subsurface energy storage plays a significant role in long-term stability and serviceability. However, rock salt undergoes non-linear creep deformation due to long-term loading caused by subsurface storage. Salt caverns have complex geometries and the geological domain surrounding salt caverns has a vast amount of material heterogeneity. To safely store gases in caverns, a thorough analysis of the geological domain becomes crucial. To date, few studies have attempted to analyze the influence of geometrical and material heterogeneity on the state of stress in salt caverns subjected to long-term loading. In this work, we present a rigorous and systematic modeling study to quantify the impact of heterogeneity on the deformation of salt caverns and quantify the state of stress around the caverns. A 2D finite element simulator was developed to consistently account for the non-linear creep deformation and also to model tertiary creep. The computational scheme was benchmarked with the already existing experimental study. The impact of cyclic loading on the cavern was studied considering maximum and minimum pressure that depends on lithostatic pressure. The influence of geometric heterogeneity such as irregularly-shaped caverns and material heterogeneity, which involves different elastic and creep properties of the different materials in the geological domain, is rigorously studied and quantified. Moreover, multi-cavern simulations are conducted to investigate the influence of a cavern on the adjacent caverns.


翻译:用于长期地下能源储存的盐洞穴的机械性能在长期稳定性和可使用性方面起着重要作用。然而,岩盐由于地下储存造成的长期负荷而出现非线状变异性。盐洞穴具有复杂的地貌特征,盐洞洞周围的地质领域有大量物质异质性。安全地将气体存放在洞穴中,对地质领域进行彻底分析变得至关重要。迄今为止,很少有研究试图分析盐洞洞长期地下能源储存的几何和物质异质性对盐洞穴长期负荷压力状态的影响。在这项工作中,我们提出严格和系统的模型研究,以量化盐洞穴变异性的影响,并量化洞洞穴周围的压力状况。一个量化的地表域要素模拟器已经变得十分关键。对于非线性岩浆变异性岩浆变异性、物变异性变异性变异性变异性变异的地质领域进行了全面分析。在进行这种模型研究时,正在研究的岩浆变变变的岩浆变变变变变模型,并正在研究关于岩化的轨变变变的模型分析。

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